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蒸汽的基礎知識 ----過熱蒸汽

文章出處:廈門程可欣商貿有限公司 人氣:-發表時間:2017-05-10 14:15:00


蒸汽的基礎知識 ----過熱蒸汽


水達到飽和溫度時就成為飽和水,并開始蒸發,直到成為干飽和蒸汽,溫度一定保持在飽和溫度范圍。然而,當再 進一步對干飽和蒸汽加熱時,溫度則升高,這種比干飽和蒸汽溫度高的蒸汽稱為“過熱蒸汽”。過熱蒸汽的溫度與該壓 力下飽和蒸汽溫度的差稱為“過熱度”。此外,為了使干飽和 蒸汽成為過熱蒸汽所增加的熱量,可以用溫度計顯示出來,因此,它也是顯熱,其熱焓當然也就增大了。

如前所述,飽和蒸汽的壓力與溫度之間有一定的關系。 如果已知壓力,那么,該壓力下飽和蒸汽的溫度就即可得知。 但過熱蒸汽的壓力與溫度之間無任何關系,只要加熱,多少不限,就能提髙溫度。因此,壓力一定的場合,其過熱蒸汽的溫度卻大不相同。

在一定壓力下,過熱開始的瞬間所增加的熱量不但提高了蒸汽的溫度,而且使其體積也增大(參看表7)。因此,當壓 力相等,過熱蒸汽的過熱度越髙,蒸汽具有的熱量,即熱焓也就越大,所帶來的效益也應越顯著。一般說來,過熱蒸汽和飽和蒸汽相比,有以下優點:

①在蒸汽輸運管(蒸汽管)中和汽輪機等蒸汽原動機內,即使溫度下降,也不會產生蒸汽凝結,也就是說由于不 容易產生凝結水,蒸汽損失少,所以可防止凝結水(水滴)

產生的水擊作用。

②由于不容易產生凝結水,也就難以增加蒸汽原動機內的摩擦阻力,使蒸汽流通變得平穩順利,同時也減輕了因凝結水而造成的內部腐蝕現象。

③具有熱量多、容積大的特點,所以用少量蒸汽可以做 大功。因而蒸汽消費量少,可節省燃料。

過熱蒸汽也存在以下一些缺點:

①生產過熱蒸汽,則需要設置與鍋爐配套的過熱器, 這時鍋爐的價格是同容量的鍋爐加上過熱器的價格,則需增 加費用15%?20%,并且,使用方法復雜,使蒸汽成本增髙。

②過熱度即使提高了,但因為提高溫度的比例和所具有 的熱量不是成比例地增大,所以作為加熱源使用,其實用價 值不大。

因此,原則上,過熱蒸汽只適用于蒸汽輪機或蒸汽發動 機等蒸汽原動機作為動力源(這種場合,由于蒸汽的膨脹力 產生的動力,使熱能轉換成功),一般不作為加熱源來使用。

從表7過熱蒸汽的性質和過熱蒸汽的優點來看,理論上 可以認為,過熱蒸汽即使作為加熱源使用,可能蒸汽的利用率會很高,并且是很經濟的。然而,從實際上看,過熱蒸汽 作為如熱源,并不適當。以下對此進行說明。

過熱蒸汽在作為加熱源使用的場合,如果目的在于使用 熱量,那么,也是有很大效果和價值的。可是,如果其使用目的著眼于溫度(例如,要使被加熱物加熱至200°C,需使 用壓力為20kgf/cm2g下的220°C的過熱蒸汽。如果這時使 用飽和蒸汽的話,那么需要壓力比20kgf/cm2還要高的高壓蒸汽),在理論上暫且不論,而實際上必然會失敗的。

其原因是,蒸汽放熱時,如果是飽和蒸汽,則釋放內部潛在的潛熱,這時,潛熱全部釋放,直至還原為飽和水的狀凝結水溫度不變也不會降低。因此,等于在同一壓力下保持同 一溫度。然而,過熱蒸汽的過熱溫度是顯熱,并且與過熱度 相比,顯熱的熱焓小,稍一放熱,溫度降低則十分顯著,因此,維持一定的過熱度再進行放熱,不僅是不可能的,而且溫度下降很快。


但是,在單純以加熱為目的而使用蒸汽的場合,過熱蒸汽的有效熱量比同壓力下的飽和蒸汽僅僅多出相當于過熱度 的熱量,其熱效率可能會高。可是,從熱量交換的角度上看,其效果如何呢?關于這一點,可以引用中條義守氏的著作《燃料的節約和汽缸的保養》一文:

“這個問題,即使有識者,也往往陷入錯覺之中,進行 錯誤的解釋,在一般情況下,假如對傳熱系數或傳熱熱阻進 行研究的話,那么你自己得出的僅僅是理論上的判斷。也就 是說與蒸汽到傳熱面的傳熱熱阻相比,在總熱阻或被加熱面的熱阻顯著增大時,當然過熱蒸汽的傳熱量多。例如,采曖用的散熱器上,如果只是為了使它保持一定溫度而輸送過熱蒸 汽的話,這種方式應比同壓力下的飽和蒸汽的放熱量多,即在這種場合下,接觸空氣的表面傳熱熱阻很大。換言之,因為空氣的冷卻能力非常弱,因此散熱器的的表面溫度也比同 壓力的飽和蒸汽要高,進而釋放的熱量也應該多。

但是,當過熱和飽和兩種蒸汽是在同一溫度時,飽和蒸汽對傳熱面的 熱傳導系數大,因此,其放熱量也應該多。對此,蓋布哈爾 特也闡述了同樣論點,即:若用在給水加熱器上,即使是過熱蒸汽,其交換管壁上的熱量與同壓力的飽和蒸汽幾乎是一樣的。為什么呢?因為接觸水的一側的傳熱系數大,即水的冷卻能力特別大的緣故,實際上與過熱蒸汽的溫度高低無關。事實證明,不可能把管外面的溫度升高到同壓力的飽和蒸汽的溫度之上”。

“無論怎樣,對這些問題只要認真研究各傳熱系數,就可以在理論上得出正確的判斷。然而比這更重要的是,面對目前的實際問題,在一般情況下,對過熱蒸汽的溫度所抱有的迷信,從一開始就應毫不猶豫地打消,而應該把目標放到熱效率上來考慮過熱蒸汽的利用,這才是加明智的”。


以上說明,過熱蒸汽作為動力源使用比較合適,而作為加熱源使用,其優點并不多。這樣就容易理解為什么加熱源 —般使用飽和蒸汽的原因了。

另外,飽和蒸汽相對于過熱蒸汽來說,俗稱“原蒸汽”或“普通蒸汽”。



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