過熱蒸汽特點(diǎn)和正確使用

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　　我們一般說的蒸汽是飽和蒸汽，就是在鍋爐內(nèi)，鍋爐水被加熱蒸發(fā)而產(chǎn)生。如果鍋爐中產(chǎn)生的飽和蒸汽通過更高溫度的換熱面，它的溫度會上升并超過蒸發(fā)溫度。這時，蒸汽就會被描述為超過飽和溫度一定溫度的過熱蒸汽。

　　在鍋爐內(nèi)或蒸汽中，當(dāng)仍有水存在的時候，過熱度是無法產(chǎn)生的，因?yàn)槲盏臒崃渴紫葧舭l(fā)更多的水。飽和蒸汽必須通過額外的換熱器才能得到更高的溫度，這就需要在鍋爐中二次換熱或經(jīng)過單獨(dú)的過熱器，主要的加熱媒介可以是熱煙氣或者單獨(dú)加熱。

　　除了可以采用附加的換熱器（通常稱為過熱器）來獲得過熱度外，還可以通過讓蒸汽通過減壓閥的噴嘴后膨脹到低壓下來獲得。這是因?yàn)榻?jīng)過節(jié)流過程，低壓蒸汽與高壓蒸汽具有相同的焓（除去通過減壓閥時造成的一小部分能量損失），但是，節(jié)流后蒸汽溫度總是比供氣溫度低。

　　過熱蒸汽的典型應(yīng)用為動力性，例如：在汽輪機(jī)中，蒸汽通過噴嘴直接作用于轉(zhuǎn)子上，從而帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，使之發(fā)生的能量只能來自于蒸汽，所以，在邏輯上，蒸汽通過汽輪機(jī)后能量降低，如果這個蒸汽采用的是飽和蒸汽，那么失去能量后會使蒸汽冷凝。

　　在設(shè)備進(jìn)口供應(yīng)過熱蒸汽，利用過熱蒸汽做功，直到溫度/壓力比較接近飽和時再排出蒸汽。在汽輪機(jī)上使用過熱蒸汽的原因是為了提高熱效率。為了得到更高的熱效率，汽輪機(jī)進(jìn)口的溫度或能量應(yīng)盡可能高，這就意味著實(shí)際中所能達(dá)到的壓力和溫度；過熱蒸汽是達(dá)到這種條件的*簡單的辦法。

　　利用過熱蒸汽必須正確計(jì)算，蒸汽在不同壓力下的性質(zhì)形成過熱蒸汽表，這與飽和蒸汽表采用的是同樣的辦法。對過熱蒸汽來說，它的壓力和溫度沒有直接關(guān)系，因此，在特定壓力下的過熱蒸汽可能對應(yīng)有很大的范圍的溫度值。通常，飽和蒸汽對應(yīng)的是表壓，過熱蒸汽對應(yīng)的是**壓力。

　　值得注意的是，從過熱部分的能量來看，比熱容可以由飽和蒸汽（100°C）和過熱蒸汽（400°C）之間的溫度差別來計(jì)算，與水的比熱容不同，過熱蒸汽的比熱容受到壓力和溫度的影響而變化，并不是一個常數(shù)。簡單工程計(jì)算的比熱容的值2.0 kJ/kg 僅表示在某個壓力下特定的溫度范圍下的估計(jì)值。由于過熱蒸汽的溫度、壓力和比熱之間沒有直接的對應(yīng)關(guān)系，在過熱度比較小的時候，隨著壓力的增加比熱容的變化趨勢卻可以確定

　　過熱蒸汽可否用在過程熱交換器和其它熱系統(tǒng)上呢？盡管不是一個理想的換熱媒介，過熱蒸汽仍然在世界上很多工廠中得到了廣泛應(yīng)用，尤其是用于HPIs（烴類工藝工業(yè)）中，這些工藝是生產(chǎn)各類油和石化產(chǎn)品的。這方面的應(yīng)用類似于電站使用的過熱蒸汽，是由于過熱蒸汽更適合于汽輪機(jī)使用，而并非是說它比飽和蒸汽對加熱工藝更有優(yōu)勢。

　　在更多情況下，飽和蒸汽更適合用于熱交換工藝，有時甚至需要把過熱蒸汽減溫成飽和蒸汽來使用。通常通過減溫把蒸汽過熱度降到10度以內(nèi)，這個過熱度通過**個換熱表面而被消除，過大的過熱度無法做到這一點(diǎn)而且對加熱目的來說并不經(jīng)濟(jì)，*好避免過大的過熱度。有很多理由可以證明過熱蒸汽為什么不如飽和蒸汽適合于過程加熱。

　　過熱蒸汽必須先冷卻到飽和溫度才能釋放出蒸發(fā)焓，這部分從過熱蒸汽冷卻到飽和溫度所放出的熱量與蒸發(fā)焓相比來說很小。如果蒸汽過熱度很小，這很小的一部分熱量比較容易釋放出來，但是過熱度很大的時候，冷卻的時間相對要長很多，而且，在那段時間內(nèi)僅能放出很少一部分熱量。

　　與飽和蒸汽不同的是，過熱蒸汽的溫度并不確定，過熱蒸汽必須冷卻來放熱，而飽和蒸汽僅是發(fā)生相變來放熱，這就是說過熱蒸汽放熱的時候可能在換熱表面產(chǎn)生溫度梯度。

　　在換熱器中，使用過熱蒸汽會在沸騰區(qū)內(nèi)靠近管片的地方形成干墻，瓦特節(jié)能研究發(fā)現(xiàn)，干墻區(qū)會很快鱗化和變粗糙，管墻的高溫會導(dǎo)致管子失效。這些都清楚地表明了在熱交換應(yīng)用中，過熱度過大的蒸汽應(yīng)用很少，因?yàn)椋?/p>

　　- 在冷卻到飽和溫度前放出熱量很少；

　　- 熱交換表面溫度梯度較大；

　　- 蒸汽過熱時換熱率較低；

　　- 需要更多的換熱面；

　　所以，在傳熱應(yīng)用中，過熱蒸汽沒有飽和蒸汽效率高。盡管相同壓力下的過熱蒸汽的溫度總是大于飽和蒸汽的，它的傳熱能力要遠(yuǎn)小于飽和蒸汽。因此，在相同壓力下的熱傳遞過程中，過熱蒸汽的效率要比飽和蒸汽的低很多。

　　過熱蒸汽在熱傳遞方面比飽和蒸汽效率低，在換熱量相同的情況下，使用過熱蒸汽換熱的需要的盤管面積就比飽和蒸汽大。一般的換熱器設(shè)計(jì)中為蒸汽通過相對較小的通道，如：管殼式換熱器的管子或板式換熱器的板。

　　在一些應(yīng)用中，瓦特節(jié)能的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如造紙機(jī)械中的烘干筒，過熱蒸汽被引入一個很大的容積，因此流速變的非常小。這里，靠近烘筒壁的蒸汽溫度快速下降并開始冷凝，這樣，熱量通過管壁的傳遞與飽和蒸汽的一樣。過熱度僅存在于蒸汽空間的中心，對傳熱率影響較小。

　　有些工藝中需要把蒸汽冷凝后產(chǎn)生的濕氣引入工藝，如動物飼料的造粒工藝中，這是蒸汽的水分是工藝中必須的一部分，如果使用過熱蒸汽會使這些飼料過于干燥，很難進(jìn)行顆粒化。