一(yī)、制程中(zhōng)为(wèi)什(shén)麼(me)要(yào)使用(yòng)飽和(hé)蒸汽，而(ér)盡量(liàng)避免使用(yòng)过(guò)热蒸汽？
1、过(guò)热蒸汽怎樣(yàng)産生(shēng)的(de)？
如(rú)果(guǒ)鍋(guō)爐中(zhōng)産生(shēng)的(de)飽和(hé)蒸汽通(tòng)过(guò)更(gèng)高(gāo)温(wēn)度的(de)換热面(miàn)，繼續加热，它(tā)的(de)温(wēn)度会(huì)上升並(bìng)超过(guò)蒸發(fà)温(wēn)度，这(zhè)时，蒸汽就(jiù)会(huì)变成(chéng)具有(yǒu)一(yī)定(dìng)过(guò)热度的(de)过(guò)热蒸汽。
當仍有(yǒu)水(shuǐ)存在(zài)的(de)时候，过(guò)热度是(shì)無法(fǎ)産生(shēng)的(de)，因(yīn)为(wèi)吸收(shōu)的(de)热量(liàng)首先(xiān)会(huì)蒸發(fà)更(gèng)多(duō)的(de)水(shuǐ)。飽和(hé)蒸汽必須通(tòng)过(guò)额外的(de)換热器才能得到(dào)更(gèng)高(gāo)的(de)温(wēn)度，这(zhè)就(jiù)需要(yào)在(zài)鍋(guō)爐中(zhōng)二(èr)次(cì)換热或(huò)經(jīng)过(guò)單獨的(de)过(guò)热器，主要(yào)的(de)加热媒介可(kě)以(yǐ)是(shì)热煙气(qì)或(huò)者(zhě)單獨的(de)加热裝(zhuāng)置。
2、过(guò)热蒸汽的(de)主要(yào)應(yìng)用(yòng)
2.1过(guò)热蒸汽大(dà)多(duō)數时候是(shì)用(yòng)作(zuò)驅動(dòng)蒸汽，例如(rú)，在(zài)火(huǒ)力發(fà)電(diàn)廠(chǎng)的(de)汽輪機(jī)中(zhōng)，利用(yòng)蒸汽驅動(dòng)葉(yè)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，带(dài)動(dòng)發(fà)電(diàn)機(jī)轉(zhuǎn)子使其(qí)旋轉(zhuǎn)發(fà)電(diàn)。汽輪機(jī)通(tòng)常有(yǒu)很多(duō)級，從同(tóng)一(yī)个軸的(de)第(dì)一(yī)級轉(zhuǎn)子出(chū)来(lái)的(de)蒸汽需要(yào)進(jìn)入(rù)第(dì)二(èr)級轉(zhuǎn)子繼續做功，如(rú)果(guǒ)采用(yòng)飽和(hé)蒸汽，那(nà)麼(me)飽和(hé)蒸汽失去(qù)能量(liàng)后会(huì)使部(bù)分(fēn)蒸汽冷(lěng)凝。这(zhè)就(jiù)是(shì)说通(tòng)过(guò)連(lián)續不(bù)斷的(de)做功过(guò)程， 蒸汽会(huì)变的(de)越来(lái)越湿(shī)，这(zhè)樣(yàng)不(bù)僅会(huì)導致(zhì)水(shuǐ)錘現(xiàn)象(xiàng)，而(ér)且(qiě)这(zhè)些(xiē)水(shuǐ)滴(dī)還(huán)会(huì)沖蝕汽輪機(jī)。所(suǒ)以(yǐ)，最(zuì)佳解(jiě)決方(fāng)法(fǎ)是(shì)使用(yòng)过(guò)热蒸汽，利用(yòng)过(guò)热蒸汽做功，直(zhí)到(dào)温(wēn)度/壓力比較接近(jìn)飽和(hé)时再将蒸汽排出(chū)。
为(wèi)了(le)提(tí)高(gāo)汽輪機(jī)的(de)热效率，應(yìng)該滿足以(yǐ)下(xià)两(liǎng)个条(tiáo)件(jiàn)：
A、汽輪機(jī)進(jìn)口(kǒu)蒸汽的(de)温(wēn)度或(huò)能量(liàng)應(yìng)盡可(kě)能高(gāo)，所(suǒ)以(yǐ)要(yào)盡可(kě)能提(tí)高(gāo)蒸汽的(de)壓力和(hé)温(wēn)度。
B、排气(qì)蒸汽的(de)温(wēn)度或(huò)能量(liàng)應(yìng)盡可(kě)能低(dī)，所(suǒ)以(yǐ)要(yào)盡可(kě)能降低(dī)蒸汽壓力和(hé)温(wēn)度，通(tòng)常在(zài)汽輪機(jī)排气(qì)處(chù)裝(zhuāng)冷(lěng)凝器来(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.2 过(guò)热蒸汽還(huán)会(huì)用(yòng)来(lái)加热一(yī)些(xiē)要(yào)求温(wēn)度非(fēi)常高(gāo)的(de)産品，如(rú)某些(xiē)烘干(gàn)類(lèi)設備。
3、过(guò)热蒸汽與(yǔ)飽和(hé)蒸汽的(de)热量(liàng)对(duì)比
下(xià)面(miàn)过(guò)热蒸汽表(biǎo)顯示的(de)是(shì)蒸汽在(zài)不(bù)同(tóng)壓力下(xià)的(de)性(xìng)質(zhì)，这(zhè)與(yǔ)飽和(hé)蒸汽表(biǎo)采用(yòng)的(de)是(shì)同(tóng)樣(yàng)的(de)辦(bàn)法(fǎ)。但是(shì)，对(duì)过(guò)热蒸汽来(lái)说，它(tā)的(de)壓力和(hé)温(wēn)度並(bìng)不(bù)是(shì)一(yī)一(yī)对(duì)應(yìng)的(de)，两(liǎng)者(zhě)沒(méi)有(yǒu)直(zhí)接關(guān)系(xì)，因(yīn)此(cǐ)，在(zài)特(tè)定(dìng)壓力下(xià)的(de)过(guò)热蒸汽可(kě)能对(duì)應(yìng)有(yǒu)很大(dà)的(de)範围温(wēn)度值。
表(biǎo)1.6.1 过(guò)热蒸汽表(biǎo)舉例
| 絕对(duì)壓力 (bar a) | 單位(wèi) | 温(wēn)度(℃) |
| 150 | 200 | 250 | 300 | 400 | 500 |
| 1.013 | Vg(m3/kg) | 1.912 | 2.145 | 2.375 | 2.604 | 3.062 | 3.519 |
| ug (kJ /kg) | 2583 | 2659 | 2734 | 2811 | 2968 | 3131 |
| hg (kJ /kg) | 2777 | 2876 | 2975 | 3075 | 3278 | 3488 |
| sg (kJ /kg) | 7.608 | 7.828 | 8.027 | 8.209 | 8.537 | 8.828 |
表(biǎo)1.6.2 飽和(hé)蒸汽表(biǎo)舉例
| 絕对(duì)壓力 | 温(wēn)度 | 比焓 |
| (bar a) | （℃） | hf (kJ /kg) | hg (kJ /kg) | hfg (kJ /kg) |
| 1.013 | 99.974 | 418.99 | 2675.53 | 2256.54 |
從上表(biǎo)1可(kě)以(yǐ)看(kàn)出(chū)，在(zài)大(dà)气(qì)壓下(xià)，即壓力1.013 bar a(0 bar g) 、温(wēn)度400℃的(de)过(guò)热蒸汽，
其(qí)蒸汽焓hg = 3278 kJ /kg (过(guò)热蒸汽表(biǎo))
從上表(biǎo)2可(kě)以(yǐ)看(kàn)出(chū)，在(zài)大(dà)气(qì)壓下(xià)，即壓力1.013 bar a(0 bar g) 、温(wēn)度100℃的(de)飽和(hé)蒸汽，
其(qí)蒸汽焓hg = 2676 kJ /kg (飽和(hé)蒸汽表(biǎo))
过(guò)热部(bù)分(fēn)的(de)焓 = 3278 – 2676=602kJ /kg
表(biǎo)面(miàn)上看(kàn)起(qǐ)来(lái)过(guò)热蒸汽可(kě)利用(yòng)的(de)能量(liàng)多(duō)了(le)，但是(shì)實(shí)際上，这(zhè)对(duì)那(nà)些(xiē)想(xiǎng)利用(yòng)蒸汽来(lái)加热的(de)工況来(lái)说，實(shí)際情(qíng)況则相反(fǎn)，而(ér)且(qiě)非(fēi)常麻(má)烦。從过(guò)热部(bù)分(fēn)的(de)能量(liàng)来(lái)看(kàn)，比热容可(kě)以(yǐ)由(yóu)飽和(hé)蒸汽（100℃）和(hé)过(guò)热蒸汽（400℃）之(zhī)間(jiān)的(de)温(wēn)度差别来(lái)計(jì)算：
但是(shì)，與(yǔ)水(shuǐ)的(de)比热容不(bù)同(tóng)（水(shuǐ)的(de)比热容=4.19 kJ/kg. ℃，是(shì)个常數），过(guò)热蒸汽的(de)比热容受到(dào)壓力和(hé)温(wēn)度的(de)影響而(ér)变化(huà)，並(bìng)不(bù)是(shì)一(yī)个常數。因(yīn)此(cǐ)，上边計(jì)算的(de)比热容的(de)值2.0 kJ/(kg·℃)僅表(biǎo)示在(zài)0 bar g壓力下(xià)特(tè)定(dìng)的(de)温(wēn)度範围下(xià)的(de)值。
过(guò)热蒸汽的(de)温(wēn)度、壓力和(hé)比热之(zhī)間(jiān)沒(méi)有(yǒu)直(zhí)接的(de)对(duì)應(yìng)關(guān)系(xì)。但在(zài)过(guò)热度比較小的(de)时候，随着壓力的(de)增加比热容也(yě)会(huì)逐漸增加。
4、过(guò)热蒸汽为(wèi)什(shén)麼(me)不(bù)如(rú)飽和(hé)蒸汽适合于(yú)过(guò)程加热？
过(guò)热蒸汽必須先(xiān)冷(lěng)卻到(dào)飽和(hé)温(wēn)度才能釋放出(chū)蒸發(fà)焓，從过(guò)热蒸汽冷(lěng)卻到(dào)飽和(hé)温(wēn)度所(suǒ)放出(chū)的(de)热量(liàng)與(yǔ)蒸發(fà)焓相比来(lái)说很小。如(rú)果(guǒ)蒸汽过(guò)热度很小，这(zhè)很小的(de)一(yī)部(bù)分(fēn)热量(liàng)比較容易釋放出(chū)来(lái)，但是(shì)过(guò)热度很大(dà)的(de)时候，冷(lěng)卻的(de)时間(jiān)相对(duì)要(yào)长(cháng)很多(duō)，而(ér)且(qiě)，在(zài)那(nà)段(duàn)时間(jiān)內(nèi)僅能放出(chū)很少(shǎo)一(yī)部(bù)分(fēn)热量(liàng)。
與(yǔ)飽和(hé)蒸汽不(bù)同(tóng)的(de)是(shì)，过(guò)热蒸汽的(de)温(wēn)度並(bìng)不(bù)确定(dìng)，过(guò)热蒸汽必須冷(lěng)卻来(lái)放热，而(ér)飽和(hé)蒸汽僅是(shì)發(fà)生(shēng)相变放热，这(zhè)就(jiù)是(shì)说过(guò)热蒸汽放热的(de)时候可(kě)能在(zài)換热沿程産生(shēng)温(wēn)度梯(tī)度。
在(zài)換热器中(zhōng)，使用(yòng)过(guò)热蒸汽会(huì)在(zài)管(guǎn)殼(ké)式換热器管(guǎn)闆附近(jìn)形成(chéng)干(gàn)牆(qiáng)，干(gàn)牆(qiáng)區(qū)会(huì)很快結垢,造成(chéng)管(guǎn)壁(bì)超温(wēn)導致(zhì)管(guǎn)子失效。
这(zhè)些(xiē)都清(qīng)楚地(dì)表(biǎo)明(míng)了(le)在(zài)热交換應(yìng)用(yòng)中(zhōng)，过(guò)热度过(guò)大(dà)的(de)蒸汽應(yìng)用(yòng)很少(shǎo)，因(yīn)为(wèi)：
在(zài)冷(lěng)卻到(dào)飽和(hé)温(wēn)度前放出(chū)热量(liàng)很少(shǎo)；
热交換表(biǎo)面(miàn)温(wēn)度梯(tī)度較大(dà)；
蒸汽过(guò)热的(de)換热率較低(dī)；
需要(yào)更(gèng)多(duō)的(de)換热面(miàn)。
由(yóu)此(cǐ)可(kě)見(jiàn)，在(zài)傳热應(yìng)用(yòng)中(zhōng)，过(guò)热蒸汽沒(méi)有(yǒu)飽和(hé)蒸汽效率高(gāo)。这(zhè)看(kàn)起(qǐ)来(lái)違背了(le)我(wǒ)们(men)的(de)常規認識，一(yī)般傳热率與(yǔ)換热面(miàn)上的(de)温(wēn)度差别成(chéng)正(zhèng)比，如(rú)果(guǒ)相同(tóng)壓力下(xià)，过(guò)热蒸汽比飽和(hé)蒸汽温(wēn)度更(gèng)高(gāo)，那(nà)麼(me)當然應(yìng)該过(guò)热蒸汽能釋放更(gèng)多(duō)的(de)热量(liàng)？但这(zhè)个答(dá)案(àn)是(shì)否定(dìng)的(de)，因(yīn)为(wèi)：
Q=UAΔT，对(duì)任何換热設備来(lái)说，傳热面(miàn)積A是(shì)固定(dìng)的(de)，但是(shì)，傳热系(xì)數U值则是(shì)不(bù)固定(dìng)的(de)，过(guò)热蒸汽的(de)“U”随制程不(bù)同(tóng)而(ér)不(bù)同(tóng)，但遠(yuǎn)小于(yú)飽和(hé)蒸汽，而(ér)且(qiě)过(guò)热度越高(gāo)，“U”值就(jiù)越小。
过(guò)热蒸汽的(de)“U”一(yī)般为(wèi)50到(dào)100 W/(m2·℃)，而(ér)飽和(hé)蒸汽则为(wèi)1200 W/( m2·℃)
因(yīn)此(cǐ)，盡管(guǎn)相同(tóng)壓力下(xià)的(de)过(guò)热蒸汽的(de)温(wēn)度總(zǒng)是(shì)高(gāo)于(yú)飽和(hé)蒸汽的(de)，但它(tā)的(de)傳热能力要(yào)遠(yuǎn)低(dī)于(yú)飽和(hé)蒸汽。因(yīn)此(cǐ)，在(zài)相同(tóng)壓力下(xià)的(de)热傳遞过(guò)程中(zhōng)，过(guò)热蒸汽的(de)效率要(yào)比飽和(hé)蒸汽低(dī)很多(duō)。
所(suǒ)以(yǐ)在(zài)實(shí)際生(shēng)産中(zhōng)，尤其(qí)現(xiàn)在(zài)越来(lái)越多(duō)的(de)用(yòng)戶是(shì)使用(yòng)热電(diàn)廠(chǎng)集中(zhōng)供热，電(diàn)廠(chǎng)生(shēng)産出(chū)来(lái)的(de)都是(shì)高(gāo)温(wēn)高(gāo)壓的(de)过(guò)热蒸汽，都需要(yào)先(xiān)通(tòng)过(guò)減温(wēn)減壓站系(xì)統，把(bǎ)过(guò)热蒸汽变成(chéng)飽和(hé)蒸汽以(yǐ)后，再輸送給(gěi)各(gè)用(yòng)戶使用(yòng)，过(guò)热蒸汽只(zhī)有(yǒu)在(zài)冷(lěng)卻到(dào)飽和(hé)狀态时，才能釋放出(chū)最(zuì)有(yǒu)用(yòng)的(de)潛热。
