过热蒸汽的性质和饱和蒸汽的转换

过热蒸汽的性质和饱和蒸汽的转换

(2010-08-28 20:22:09)

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杂谈

过热蒸汽的性质和饱和蒸汽的转换

目前，随着国家能源及环保政策越来越高的要求，热电中心、集中供热已成为今后工厂用汽和区域供汽的发展方向。一般制程用汽设备均要求使用饱和蒸汽，而供热中心提供的往往是高压高温的过热蒸汽，那么过热蒸汽和饱和蒸汽有什么不同，是否可以直接用于制程换热呢？

一、什么是过热蒸汽？

当蒸汽温度超过其相应压力下的饱和温度时，称为过热蒸汽，如3barg时，蒸汽饱和温度为143.6℃，在这个压力下，温度超过143.6℃的蒸汽就是过热蒸汽。过热蒸汽可以通过两个方法获得：1.使饱和蒸汽通过换热面继续加热；2.干饱和蒸汽减压。

过热蒸汽与饱和蒸汽相比，具有更高的温度、更高的热量和更大的比容。在实际应用中，过热蒸汽主要用于发电厂的蒸汽轮机。根据Carmot和Rankine气体循环原理，用过热蒸汽驱动汽轮机时具有更高的热效率，并可避免水滴溢出而充蚀叶轮。蒸汽通过喷嘴推动叶轮转动，同时带动发电机转子旋转，这一过程消耗大量能量。如果是饱和蒸汽，能量的降低会导致部分蒸汽凝结成水。这不仅会造成水锤现象，同时水滴还会充蚀叶轮。另外，过热蒸汽能以更高的流速输送，通过管道和喷嘴，因而对同样尺寸的汽轮机可以提高它的性能。

二、过热蒸汽不能直接用于制程换热

虽然过热蒸汽比饱和蒸汽有更高的焓值，但并不适用于制程换热。

如果过热蒸汽直接用于制程换热，在换热器内，过热蒸汽温度首先降至饱和温度，再在恒定的饱和温度下再放出汽化潜热。

虽然过热蒸汽温度过高，具有比饱和蒸汽更多的热量，但这部分多出的热量与汽化潜热相比却非常小。例如：

6 barg,175℃的过热蒸汽，其比焓认为是1.186KJ／Kg℃.过热蒸汽在冷凝前必须冷却到饱和温度6barg,165℃.因此1Kg过热蒸汽冷却到饱和温度时释放出的热量为：

1Kg×1.186KJ／Kg℃×(175-165)℃=11.86KJ

而1Kg饱和蒸汽在165℃冷凝时释放的汽化潜热为2066KJ／Kg.显然，在制程换热应用中，过热蒸汽的过热热焓很小。不仅如此，更高的过热蒸汽还会在换热面上形成温度梯度，产生热应力，使设备容易损坏。

况且，在换热过程中过热蒸汽换热系数低，而且是变化的，很难精确计量，这使得换热设备很难选型和控制。换热器使用过热蒸汽时换热面更多、设备更大。另外过热蒸汽更高的温度，意味着换热设备更高的设计参数，更高的制造费用。

综上所述，过热蒸汽决不能直接用于制程换热，而必须经过减温后再用于制程换热。

三、如何将过热蒸汽转化为饱和蒸汽？

在我国各地的工业开发区内大都采用热电联产的方式为企业提供蒸汽动力，即利用热电联产的发电过程中部分已做过工的过热蒸汽作为下游各种工艺制程和蒸汽使用设备的蒸汽源。因此热电厂提供给开发区热网的是压力和温度较高的过热蒸汽，而一般工厂的工艺制程和用汽设备，如各种换热器，蒸煮浓缩等加热装置，以及空调制冷等大部分均要求使用饱和蒸汽，这就要求应用减温器以实现过热蒸汽到饱和蒸汽的转换。

1、减温减压装置的工作原理

当热电厂供应的高温高压过热蒸汽输送到各用气点后，必须先进入减压减温置，将过热蒸汽的压力和温度降至接近所要求的饱和状态（一般接近饱和温度3-5℃）后再送到制程换热设备使用。

有两种最基本的减温器类型

1.1非接触式

冷却蒸汽的介质不和被冷却的过热蒸汽直接接触。较冷的液体、气体、和蒸汽均可以用作冷却介质。周围空气也可用作冷却介质。这种类型的减温器如同管壳式换热器。过热蒸汽进入换热器的一侧，冷却介质进入换热器的另一侧。当过热蒸汽经过换热器，热量从过热蒸汽传递给冷却介质。采集换热器出口蒸汽的温度进行控制，可以调节：进口过热蒸汽的流量或者冷却介质的流量。

1.2直接接触式

用来冷却蒸汽的介质（通常为水）直接和过热蒸汽混合，如下图的文丘利型减温器和直接喷射性减温减压系统。

过热蒸汽首先减压后进入减温器，冷却水直接与过热蒸汽混合，吸收过热蒸汽的热量并蒸发成蒸汽，而过热蒸汽则被冷却。一定量的冷却水通过减温器内部的雾化和混合装置被加入。加入冷却水量的控制是通过减温器下游的蒸汽温度来实现的，减温器的出口设定温度通常高于饱和温度3℃.通常冷却水能完全蒸发，所以能产生干燥的蒸汽，这样可以避免下游管道和设备的损坏及冲蚀。

所有的直接接触式减温器都必须将打入的水打碎成小水滴，以增加水的表面积／体积比。水的表面积／体积比越大，水滴的蒸发速度越快，蒸汽降温越快。产生小水滴的过程通常称为“雾化”。喷入减温水的雾化质量的好坏，将直接影响减温系统的控制性能。不同类型的减温器采用不同的减温水雾化方法。

用于冷却的水源通常选择：锅炉补给水，脱矿水，去离子水，凝结水。城市用自来水或制程用水也可能使用，但取决于给水的硬度，水垢可能会积聚在减温器冷却水喷口内部或减温器下游管道的内壁表面。

通常冷却水的温度越高越好。这是因为热水滴比冷水滴吸收较少的热量达到蒸发温度，因此蒸发快，从而产生更加高效的减温效果。使用热水也减少水滴跌落到管道内壁的量，因此应该对给水管道进行保温。

以下是典型的减温减压站示意图：

方便面制程工艺要求使用用饱和蒸汽，与过热蒸汽相比有以下优点：

1.可以避免因产生的温度梯度对换热设备和承压管道造成的冲蚀和损坏；

2.可以提高面带的蒸煮效果达到理想的糊化度，从而提高面条的复水性、筋力和爽滑性

3.还可以降低面饼的脂肪含量，降低生产成本。

徒手攀月

2010年01月18日