蒸汽知识与资源

STEAM KNOWLEDGE AND RESOURCES

蒸汽知识与资源

你的位置:首页 > 蒸汽知识与资源 > 蒸汽知识与资源
1.6饱和蒸汽与过热蒸汽
发布时间:2016-11-10 14:53:44

一、制程中为什么要使用饱和蒸汽,而尽量避免使用过热蒸汽?

1、过热蒸汽怎样产生的?

如果锅炉中产生的饱和蒸汽通过更高温度的换热面,继续加热,它的温度会上升并超过蒸发温度,这时,蒸汽就会变成具有一定过热度的过热蒸汽。

当仍有水存在的时候,过热度是无法产生的,因为吸收的热量首先会蒸发更多的水。饱和蒸汽必须通过额外的换热器才能得到更高的温度,这就需要在锅炉中二次换热或经过单独的过热器,主要的加热媒介可以是热烟气或者单独的加热装置。

 

2、过热蒸汽的主要应用

2.1过热蒸汽大多数时候是用作驱动蒸汽,例如,在火力发电厂的汽轮机中,利用蒸汽驱动叶轮转动,带动发电机转子使其旋转发电。汽轮机通常有很多级,从同一个轴的第一级转子出来的蒸汽需要进入第二级转子继续做功,如果采用饱和蒸汽,那么饱和蒸汽失去能量后会使部蒸汽冷凝。这就是说通过连续不断的做功过程, 蒸汽会变的越来越湿,这样不仅会导致水锤现象,而且这些水滴还会冲蚀汽轮机。所以,最佳解决方法是使用过热蒸汽,利用过热蒸汽做功,直到温度/压力比较接近饱和时再将蒸汽排出。

为了提高汽轮机的热效率,应该满足以下两个条件:

A、汽轮机进口蒸汽的温度或能量应尽可能高,所以要尽可能提高蒸汽的压力和温度。

B、排气蒸汽的温度或能量应尽可能低,所以要尽可能降低蒸汽压力和温度,通常在汽轮机排气处装冷凝器来实现。

2.2 过热蒸汽还会用来加热一些要求温度非常高的产品,如某些烘干类设备。


3、过热蒸汽与饱和蒸汽的热量对比

下面过热蒸汽表显示的是蒸汽在不同压力下的性质,这与饱和蒸汽表采用的是同样的办法。但是,对过热蒸汽来说,它的压力和温度并不是一一对应的,两者没有直接关系,因此,在特定压力下的过热蒸汽可能对应有很大的范围温度值。

1.6.1   过热蒸汽表举例

绝对压力

(bar a)

单位

温度()

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

 

1.6.2   饱和蒸汽表举例

绝对压力

温度

比焓

(bar a)

(℃)

hf (kJ /kg)

hg (kJ /kg)

hfg (kJ /kg)

1.013

99.974

418.99

2675.53

2256.54

从上表1可以看出,在大气压下,即压力1.013 bar a(0 bar g) 、温度400℃的过热蒸汽,

其蒸汽焓hg = 3278 kJ /kg (过热蒸汽表)

从上表2可以看出,在大气压下,即压力1.013 bar a(0 bar g) 、温度100℃的饱和蒸汽,

其蒸汽焓hg = 2676 kJ /kg (饱和蒸汽表)

过热部分的焓 = 3278 – 2676=602kJ /kg 

表面上看起来过热蒸汽可利用的能量多了,但是实际上,这对那些想利用蒸汽来加热的工况来说,实际情况则相反,而且非常麻烦。从过热部的能量来看,比热容可以由饱和蒸汽100℃)和过热蒸汽400℃之间的温度差别来计算:

但是,与水的比热容不同(水的比热容=4.19 kJ/kg. ℃,是个常数),过热蒸汽的比热容受到压力和温度的影响而变化,并不是一个常数。因此,上边计算的比热容的值2.0 kJ/(kg·)仅表示在0 bar g压力下特定的温度范围下的值。

过热蒸汽的温度、压力和比热之间没有直接的对应关系。但在过热度比较小的时候,随着压力的增加比热容也会逐渐增加。

 

4、过热蒸汽为什么不如饱和蒸汽适合于过程加热?

过热蒸汽必须先冷却到饱和温度才能释放出蒸发,从过热蒸汽冷却到饱和温度所放出的热量与蒸发相比来说很小。如果蒸汽过热度很小,这很小的一部热量比较容易释放出来,但是过热度很大的时候,冷却的时间相对要长很多,而且,在那段时间内仅能放出很少一部热量。

与饱和蒸汽不同的是,过热蒸汽的温度并不确定,过热蒸汽必须冷却来放热,而饱和蒸汽仅是发生相变放热,这就是说过热蒸汽放热的时候可能在换热沿程产生温度梯度。

在换热器中,使用过热蒸汽会在管壳式换热器管板附近形成干墙,干墙区会很快结垢,造成管壁超温导致管子失效。

这些都清楚地表明了在热交换应用中,过热度过大的蒸汽应用很少,因为:

在冷却到饱和温度前放出热量很少;

热交换表面温度梯度较大;

蒸汽过热的换热率较低;

需要更多的换热面。

由此可见,在传热应用中,过热蒸汽没有饱和蒸汽效率高。这看起来违背了我们的常规认识,一般传热率与换热面上的温度差别成正比,如果相同压力下,过热蒸汽比饱和蒸汽温度更高,那么当然应该过热蒸汽能释放更多的热量?但这个答案是否定的,因为:

Q=UAΔT,对任何换热设备来说,传热面积A是固定的,但是,传热系数U值则是不固定的,过热蒸汽的U随制程不同而不同,但远小于饱和蒸汽,而且过热度越高,“U”值就越小。

过热蒸汽的U一般为50100 W/(m2·℃),而饱和蒸汽则为1200 W/( m2·℃) 

因此,尽管相同压力下的过热蒸汽的温度总是高于饱和蒸汽的,但它的传热能力要远低于饱和蒸汽。因此,在相同压力下的热传递过程中,过热蒸汽的效率要比饱和蒸汽低很多。

所以在实际生产中,尤其现在越来越多的用户是使用热电厂集中供热,电厂生产出来的都是高温高压的过热蒸汽,都需要先通过减温减压站系统,把过热蒸汽变成饱和蒸汽以后,再输送给各用户使用,过热蒸汽只有在冷却到饱和状态时,才能释放出最有用的潜热。

[返回列表]
上一方案:1.5 蒸汽品质
下一方案:1.7饱和蒸汽表
广州维远工业控制设备有限公司 维远 广州维远 波纹管截止阀 自由浮球疏水阀 杠杆浮球疏水阀 先导式减压阀 气动控制阀 气动截止阀 汽水分离器 过滤器 止回阀
2016 @ 版权所有 广州维远工业控制设备有限公司 粤ICP备16069890号