過熱蒸汽與飽和蒸汽的區(qū)別

過熱蒸汽與飽和蒸汽的區(qū)別1、過熱蒸汽怎樣產(chǎn)生的？如果鍋爐中產(chǎn)生的飽和蒸汽通過更高溫度的換熱面，繼續(xù)加熱，它的溫度會(huì)上升并超過蒸發(fā)溫度，這時(shí)，蒸汽就會(huì)變成具有一定過熱度的過熱蒸汽。當(dāng)仍有水存在的時(shí)候，過熱度是無法產(chǎn)生的，因?yàn)槲盏臒崃渴紫葧?huì)蒸發(fā)更多的水。飽和蒸汽必須通過額外的換熱器才能得到更高的溫度，這就需要在鍋爐中二次換熱或經(jīng)過單獨(dú)的過熱器，主要的加熱媒介可以是熱煙氣或者單獨(dú)的加熱裝置。2、過熱蒸汽的主要應(yīng)用過熱蒸汽大多數(shù)時(shí)候是用作驅(qū)動(dòng)蒸汽，例如，在火力發(fā)電廠的汽輪機(jī)中，利用蒸汽驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子使其旋轉(zhuǎn)發(fā)電。汽輪機(jī)通常有很多級(jí)，從同一個(gè)軸的第一級(jí)轉(zhuǎn)子出來的蒸汽需要進(jìn)入第二級(jí)轉(zhuǎn)子繼續(xù)做功，如果采用飽和蒸汽，那么飽和蒸汽失去能量后會(huì)使部分蒸汽冷凝。這就是說通過連續(xù)不斷的做功過程，蒸汽會(huì)變的越來越濕，這樣不僅會(huì)導(dǎo)致水錘現(xiàn)象，而且這些水滴還會(huì)沖蝕汽輪機(jī)。所以，最佳解決方法是使用過熱蒸汽，利用過熱蒸汽做功，直到溫度/壓力比較接近飽和時(shí)再將蒸汽排出。為了提高汽輪機(jī)的熱效率，應(yīng)該滿足以下兩個(gè)條件：（1）汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的溫度或能量應(yīng)盡可能高，所以要盡可能提高蒸汽的壓力和溫度。（2）排氣蒸汽的溫度或能量應(yīng)盡可能低，所以要盡可能降低蒸汽壓力和溫度，通常在汽輪機(jī)排氣處裝冷凝器來實(shí)現(xiàn)。過熱蒸汽還會(huì)用來加熱一些要求溫度非常高的產(chǎn)品，如某些烘干類設(shè)備。3、過熱蒸汽與飽和蒸汽的熱量對(duì)比上面過熱蒸汽表顯示的是蒸汽在不同壓力下的性質(zhì)，這與飽和蒸汽表采用的是同樣的辦法。但是，對(duì)過熱蒸汽來說，它的壓力和溫度并不是一一對(duì)應(yīng)的，兩者沒有直接關(guān)系，因此，在特定壓力下的過熱蒸汽可能對(duì)應(yīng)有很大的范圍溫度值。從上表可以看出，在大氣壓下，即壓力1.013bara（0barg）、溫度400℃的過熱蒸汽其蒸汽焓hg等于3278kJ/kg（過熱蒸汽表）；在大氣壓下，即壓力1.013bara（0barg）、溫度100℃的飽和蒸汽，其蒸汽焓hg等于2676kJ/kg（飽和蒸汽表）。過熱部分的焓等于3278減去2676等于602kJ/kg。表面上看起來過熱蒸汽可利用的能量多了，但是實(shí)際上，這對(duì)那些想利用蒸汽來加熱的工況來說，實(shí)際情況則相反，而且非常麻煩。從過熱部分的能量來看，比熱容可以由飽和蒸汽（100℃）和過熱蒸汽（400℃）之間的溫度差別來計(jì)算。但是，與水的比熱容不同（水的比熱容等于4.19kJ/kg.℃，是個(gè)常數(shù)），過熱蒸汽的比熱容受到壓力和溫度的影響而變化，并不是一個(gè)常數(shù)。因此，上邊計(jì)算的比熱容的值2.0kJ/（kg·℃）僅表示在0barg壓力下特定的溫度范圍下的值。過熱蒸汽的溫度、壓力和比熱之間沒有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但在過熱度比較小的時(shí)候，隨著壓力的增加比熱容也會(huì)逐漸增加。4、過熱蒸汽為什么不如飽和蒸汽適合于過程加熱？過熱蒸汽必須先冷卻到飽和溫度才能釋放出蒸發(fā)焓，從過熱蒸汽冷卻到飽和溫度所放出的熱量與蒸發(fā)焓相比來說很小。如果蒸汽過熱度很小，這很小的一部分熱量比較容易釋放出來，但是過熱度很大的時(shí)候，冷卻的時(shí)間相對(duì)要長很多，而且，在那段時(shí)間內(nèi)僅能放出很少一部分熱量。與飽和蒸汽不同的是，過熱蒸汽的溫度并不確定，過熱蒸汽必須冷卻來放熱，而飽和蒸汽僅是發(fā)生相變放熱，這就是說過熱蒸汽放熱的時(shí)候可能在換熱沿程產(chǎn)生溫度梯度。在換熱器中，使用過熱蒸汽會(huì)在管殼式換熱器管板附近形成干墻，干墻區(qū)會(huì)很快結(jié)垢,造成管壁超溫導(dǎo)致管子失效。這些都清楚地表明了在熱交換應(yīng)用中，過熱度過大的蒸汽應(yīng)用很少，因?yàn)椋海?）在冷卻到飽和溫度前放出熱量很少；（2）熱交換表面溫度梯度較大；（3）蒸汽過熱的換熱率較低；（4）需要更多的換熱面。由此可見，在傳熱應(yīng)用中，過熱蒸汽沒有飽和蒸汽效率高。這看起來違背了我們的常規(guī)認(rèn)識(shí)，一般傳熱率與換熱面上的溫度差別成正比，如果相同壓力下，過熱蒸汽比飽和蒸汽溫度更高，那么當(dāng)然應(yīng)該過熱蒸汽能釋放更多的熱量？但這個(gè)答案是否定的，因?yàn)镼等于UAΔT，對(duì)任何換熱設(shè)備來說，傳熱面積A是固定的，但是，傳熱系數(shù)U值則是不固定的，過熱蒸汽的U隨制程不同而不同，但遠(yuǎn)小于飽和蒸汽，而且過熱度越高，U值就越小。過熱蒸汽的U一般為50到100W/（m2·℃），而飽和蒸汽則為1200W/（m2·℃）。因此，盡管相同壓力下的過熱蒸汽的溫度總是高于飽和蒸汽的，但它的傳熱能力要遠(yuǎn)低于飽和蒸汽。因此，在相同壓力下的熱傳遞過程中，過熱蒸汽的效率要比飽和蒸汽低很多。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，尤其現(xiàn)在越來越多的用戶