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)过热(rè)蒸汽？
1、过热(rè)蒸汽怎樣(yàng)产生(shēng)的？
如(rú)果(guǒ)鍋(guō)爐中(zhōng)产生(shēng)的飽和(hé)蒸汽通(tòng)过更(gèng)高(gāo)温(wēn)度(dù)的換热(rè)面(miàn)，繼續加热(rè)，它(tā)的温(wēn)度(dù)会上(shàng)升(shēng)並(bìng)超过蒸發(fà)温(wēn)度(dù)，这时(shí)，蒸汽就(jiù)会變(biàn)成(chéng)具有(yǒu)一(yī)定(dìng)过热(rè)度(dù)的过热(rè)蒸汽。
當仍有(yǒu)水(shuǐ)存在(zài)的时(shí)候，过热(rè)度(dù)是(shì)無法(fǎ)产生(shēng)的，因(yīn)为(wèi)吸收(shōu)的热(rè)量(liàng)首先(xiān)会蒸發(fà)更(gèng)多(duō)的水(shuǐ)。飽和(hé)蒸汽必須通(tòng)过額外的換热(rè)器才能(néng)得到(dào)更(gèng)高(gāo)的温(wēn)度(dù)，这就(jiù)需要(yào)在(zài)鍋(guō)爐中(zhōng)二(èr)次(cì)換热(rè)或(huò)經(jīng)过單独的过热(rè)器，主(zhǔ)要(yào)的加热(rè)媒介可(kě)以(yǐ)是(shì)热(rè)煙气(qì)或(huò)者(zhě)單独的加热(rè)裝(zhuāng)置。
2、过热(rè)蒸汽的主(zhǔ)要(yào)應(yìng)用(yòng)
2.1过热(rè)蒸汽大(dà)多(duō)數时(shí)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)的汽轮機(jī)中(zhōng)，利用(yòng)蒸汽驅動(dòng)葉(yè)轮轉(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)。汽轮機(jī)通(tòng)常有(yǒu)很多(duō)級，從同(tóng)一(yī)个(gè)軸的第(dì)一(yī)級轉(zhuǎn)子出(chū)来(lái)的蒸汽需要(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(néng)量(liàng)後(hòu)会使部(bù)分(fēn)蒸汽冷(lěng)凝。这就(jiù)是(shì)说通(tòng)过連(lián)續不(bù)斷的做功过程， 蒸汽会變(biàn)的越来(lái)越湿(shī)，这樣(yàng)不(bù)僅会導致(zhì)水(shuǐ)锤現(xiàn)象(xiàng)，而(ér)且(qiě)这些(xiē)水(shuǐ)滴還(huán)会沖蝕汽轮機(jī)。所(suǒ)以(yǐ)，最(zuì)佳解(jiě)決方(fāng)法(fǎ)是(shì)使用(yòng)过热(rè)蒸汽，利用(yòng)过热(rè)蒸汽做功，直(zhí)到(dào)温(wēn)度(dù)/壓力比較接近(jìn)飽和(hé)时(shí)再将蒸汽排出(chū)。
为(wèi)了提高(gāo)汽轮機(jī)的热(rè)效率，應(yìng)該滿足以(yǐ)下两(liǎng)个(gè)条(tiáo)件(jiàn)：
A、汽轮機(jī)進(jìn)口(kǒu)蒸汽的温(wēn)度(dù)或(huò)能(néng)量(liàng)應(yìng)盡可(kě)能(néng)高(gāo)，所(suǒ)以(yǐ)要(yào)盡可(kě)能(néng)提高(gāo)蒸汽的壓力和(hé)温(wēn)度(dù)。
B、排气(qì)蒸汽的温(wēn)度(dù)或(huò)能(néng)量(liàng)應(yìng)盡可(kě)能(néng)低(dī)，所(suǒ)以(yǐ)要(yào)盡可(kě)能(néng)降低(dī)蒸汽壓力和(hé)温(wēn)度(dù)，通(tòng)常在(zài)汽轮機(jī)排气(qì)處(chù)裝(zhuāng)冷(lěng)凝器来(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.2 过热(rè)蒸汽還(huán)会用(yòng)来(lái)加热(rè)一(yī)些(xiē)要(yào)求温(wēn)度(dù)非(fēi)常高(gāo)的产品，如(rú)某些(xiē)烘干類(lèi)設備。
3、过热(rè)蒸汽與(yǔ)飽和(hé)蒸汽的热(rè)量(liàng)对(duì)比
下面(miàn)过热(rè)蒸汽表(biǎo)顯示的是(shì)蒸汽在(zài)不(bù)同(tóng)壓力下的性(xìng)質(zhì)，这與(yǔ)飽和(hé)蒸汽表(biǎo)采用(yòng)的是(shì)同(tóng)樣(yàng)的辦(bàn)法(fǎ)。但是(shì)，对(duì)过热(rè)蒸汽来(lái)说，它(tā)的壓力和(hé)温(wēn)度(dù)並(bìng)不(bù)是(shì)一(yī)一(yī)对(duì)應(yìng)的，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)壓力下的过热(rè)蒸汽可(kě)能(néng)对(duì)應(yìng)有(yǒu)很大(dà)的範圍温(wēn)度(dù)值。
表(biǎo)1.6.1 过热(rè)蒸汽表(biǎo)舉例
| 絕对(duì)壓力 (bar a) | 單位(wèi) | 温(wēn)度(dù)(℃) |
| 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(dù) | 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(shàng)表(biǎo)1可(kě)以(yǐ)看(kàn)出(chū)，在(zài)大(dà)气(qì)壓下，即壓力1.013 bar a(0 bar g) 、温(wēn)度(dù)400℃的过热(rè)蒸汽，
其(qí)蒸汽焓hg = 3278 kJ /kg (过热(rè)蒸汽表(biǎo))
從上(shàng)表(biǎo)2可(kě)以(yǐ)看(kàn)出(chū)，在(zài)大(dà)气(qì)壓下，即壓力1.013 bar a(0 bar g) 、温(wēn)度(dù)100℃的飽和(hé)蒸汽，
其(qí)蒸汽焓hg = 2676 kJ /kg (飽和(hé)蒸汽表(biǎo))
过热(rè)部(bù)分(fēn)的焓 = 3278 – 2676=602kJ /kg
表(biǎo)面(miàn)上(shàng)看(kàn)起(qǐ)来(lái)过热(rè)蒸汽可(kě)利用(yòng)的能(néng)量(liàng)多(duō)了，但是(shì)實(shí)際上(shàng)，这对(duì)那(nà)些(xiē)想(xiǎng)利用(yòng)蒸汽来(lái)加热(rè)的工況来(lái)说，實(shí)際情(qíng)況則相反(fǎn)，而(ér)且(qiě)非(fēi)常麻(má)煩。從过热(rè)部(bù)分(fēn)的能(néng)量(liàng)来(lái)看(kàn)，比热(rè)容可(kě)以(yǐ)由(yóu)飽和(hé)蒸汽（100℃）和(hé)过热(rè)蒸汽（400℃）之(zhī)間(jiān)的温(wēn)度(dù)差别来(lái)計(jì)算：
但是(shì)，與(yǔ)水(shuǐ)的比热(rè)容不(bù)同(tóng)（水(shuǐ)的比热(rè)容=4.19 kJ/kg. ℃，是(shì)个(gè)常數），过热(rè)蒸汽的比热(rè)容受到(dào)壓力和(hé)温(wēn)度(dù)的影響而(ér)變(biàn)化(huà)，並(bìng)不(bù)是(shì)一(yī)个(gè)常數。因(yīn)此(cǐ)，上(shàng)邊(biān)計(jì)算的比热(rè)容的值2.0 kJ/(kg·℃)僅表(biǎo)示在(zài)0 bar g壓力下特(tè)定(dìng)的温(wēn)度(dù)範圍下的值。
过热(rè)蒸汽的温(wēn)度(dù)、壓力和(hé)比热(rè)之(zhī)間(jiān)沒(méi)有(yǒu)直(zhí)接的对(duì)應(yìng)關(guān)系(xì)。但在(zài)过热(rè)度(dù)比較小的时(shí)候，随着壓力的增加比热(rè)容也会逐漸增加。
4、过热(rè)蒸汽为(wèi)什(shén)麼(me)不(bù)如(rú)飽和(hé)蒸汽适合于(yú)过程加热(rè)？
过热(rè)蒸汽必須先(xiān)冷(lěng)卻到(dào)飽和(hé)温(wēn)度(dù)才能(néng)釋放(fàng)出(chū)蒸發(fà)焓，從过热(rè)蒸汽冷(lěng)卻到(dào)飽和(hé)温(wēn)度(dù)所(suǒ)放(fàng)出(chū)的热(rè)量(liàng)與(yǔ)蒸發(fà)焓相比来(lái)说很小。如(rú)果(guǒ)蒸汽过热(rè)度(dù)很小，这很小的一(yī)部(bù)分(fēn)热(rè)量(liàng)比較容易釋放(fàng)出(chū)来(lái)，但是(shì)过热(rè)度(dù)很大(dà)的时(shí)候，冷(lěng)卻的时(shí)間(jiān)相对(duì)要(yào)长(cháng)很多(duō)，而(ér)且(qiě)，在(zài)那(nà)段(duàn)时(shí)間(jiān)內(nèi)僅能(néng)放(fàng)出(chū)很少(shǎo)一(yī)部(bù)分(fēn)热(rè)量(liàng)。
與(yǔ)飽和(hé)蒸汽不(bù)同(tóng)的是(shì)，过热(rè)蒸汽的温(wēn)度(dù)並(bìng)不(bù)确定(dìng)，过热(rè)蒸汽必須冷(lěng)卻来(lái)放(fàng)热(rè)，而(ér)飽和(hé)蒸汽僅是(shì)發(fà)生(shēng)相變(biàn)放(fàng)热(rè)，这就(jiù)是(shì)说过热(rè)蒸汽放(fàng)热(rè)的时(shí)候可(kě)能(néng)在(zài)換热(rè)沿程产生(shēng)温(wēn)度(dù)梯(tī)度(dù)。
在(zài)換热(rè)器中(zhōng)，使用(yòng)过热(rè)蒸汽会在(zài)管(guǎn)殼(ké)式換热(rè)器管(guǎn)闆附近(jìn)形成(chéng)干牆(qiáng)，干牆(qiáng)區(qū)会很快(kuài)結垢,造成(chéng)管(guǎn)壁(bì)超温(wēn)導致(zhì)管(guǎn)子失效。
这些(xiē)都清(qīng)楚地(dì)表(biǎo)明(míng)了在(zài)热(rè)交換應(yìng)用(yòng)中(zhōng)，过热(rè)度(dù)过大(dà)的蒸汽應(yìng)用(yòng)很少(shǎo)，因(yīn)为(wèi)：
在(zài)冷(lěng)卻到(dào)飽和(hé)温(wēn)度(dù)前(qián)放(fàng)出(chū)热(rè)量(liàng)很少(shǎo)；
热(rè)交換表(biǎo)面(miàn)温(wēn)度(dù)梯(tī)度(dù)較大(dà)；
蒸汽过热(rè)的換热(rè)率較低(dī)；
需要(yào)更(gèng)多(duō)的換热(rè)面(miàn)。
由(yóu)此(cǐ)可(kě)見(jiàn)，在(zài)傳热(rè)應(yìng)用(yòng)中(zhōng)，过热(rè)蒸汽沒(méi)有(yǒu)飽和(hé)蒸汽效率高(gāo)。这看(kàn)起(qǐ)来(lái)違背了我(wǒ)们(men)的常規認識，一(yī)般傳热(rè)率與(yǔ)換热(rè)面(miàn)上(shàng)的温(wēn)度(dù)差别成(chéng)正(zhèng)比，如(rú)果(guǒ)相同(tóng)壓力下，过热(rè)蒸汽比飽和(hé)蒸汽温(wēn)度(dù)更(gèng)高(gāo)，那(nà)麼(me)當然應(yìng)該过热(rè)蒸汽能(néng)釋放(fàng)更(gèng)多(duō)的热(rè)量(liàng)？但这个(gè)答(dá)案(àn)是(shì)否定(dìng)的，因(yīn)为(wèi)：
Q=UAΔT，对(duì)任何換热(rè)設備来(lái)说，傳热(rè)面(miàn)積A是(shì)固定(dìng)的，但是(shì)，傳热(rè)系(xì)數U值則是(shì)不(bù)固定(dìng)的，过热(rè)蒸汽的“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)过热(rè)度(dù)越高(gāo)，“U”值就(jiù)越小。
过热(rè)蒸汽的“U”一(yī)般为(wèi)50到(dào)100 W/(m2·℃)，而(ér)飽和(hé)蒸汽則为(wèi)1200 W/( m2·℃)
因(yīn)此(cǐ)，盡管(guǎn)相同(tóng)壓力下的过热(rè)蒸汽的温(wēn)度(dù)總(zǒng)是(shì)高(gāo)于(yú)飽和(hé)蒸汽的，但它(tā)的傳热(rè)能(néng)力要(yào)遠(yuǎn)低(dī)于(yú)飽和(hé)蒸汽。因(yīn)此(cǐ)，在(zài)相同(tóng)壓力下的热(rè)傳遞过程中(zhōng)，过热(rè)蒸汽的效率要(yào)比飽和(hé)蒸汽低(dī)很多(duō)。
所(suǒ)以(yǐ)在(zài)實(shí)際生(shēng)产中(zhōng)，尤其(qí)現(xiàn)在(zài)越来(lái)越多(duō)的用(yòng)戶是(shì)使用(yòng)热(rè)電(diàn)廠(chǎng)集中(zhōng)供热(rè)，電(diàn)廠(chǎng)生(shēng)产出(chū)来(lái)的都是(shì)高(gāo)温(wēn)高(gāo)壓的过热(rè)蒸汽，都需要(yào)先(xiān)通(tòng)过減温(wēn)減壓站系(xì)統，把过热(rè)蒸汽變(biàn)成(chéng)飽和(hé)蒸汽以(yǐ)後(hòu)，再輸送給(gěi)各(gè)用(yòng)戶使用(yòng)，过热(rè)蒸汽只(zhī)有(yǒu)在(zài)冷(lěng)卻到(dào)飽和(hé)狀态时(shí)，才能(néng)釋放(fàng)出(chū)最(zuì)有(yǒu)用(yòng)的潛热(rè)。
