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过热蒸汽是指温度高于饱和温度的蒸汽。如果对饱和蒸汽继续加热并维持压力不变,它将变为过热蒸汽。这额外增加的热量使蒸汽:温度高于饱和温度,比饱和蒸汽具有更多的热量,也比饱和蒸汽具有更大的比容。
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1,过热蒸汽的优缺点
1.1,过热蒸汽的优点
a,可以使用更高的管道流速 (最高至100m/s),这样可以减小蒸汽管网的尺寸(假如压力降没有超出允许 的范围)。
b,对于连续运行的工厂,过热蒸汽意味着管道中没有冷凝水的形成,因此只需要在系统起动时进行疏水。
c,对于汽轮机等用汽设备,要求进入设备的蒸汽为干蒸汽,否则的话蒸汽在进入汽轮机做功过程中会发生冷凝,对于高速旋转的叶轮来说,这些液滴将会是致命的。
1.2,过热蒸汽的缺点
a,虽然过热蒸汽包含了更多的热量,这种热量以三种形式存在:水的焓、蒸发焓(潜热)、过热焓,但大部分热量是蒸发焓,过热部分的热量仅占很小一部分。例如,在10 bar a压力下温度为300℃的过热蒸汽,水的焓为 = 763 kJ/kg;蒸发焓为 = 2015 kJ/kg;过热焓为 = 274 kJ/kg,过热焓仅占比约9%。
b,当使用过热蒸汽作为传热介质时,其传热系数是变化的、比较低且难于精确量化。这样很难进行换热器的精确选型和控制。
c,高温的过热蒸汽意味着所使用的换热设备等级更高,因此设备投资成本更高。
d,过热蒸汽相比饱和蒸汽,温度更高,热值并没有高很多,换热器的传热系数低;使用过热蒸汽时需要的换热面积大,因为加热主要用的是蒸汽的冷凝潜热,需要很大的换热面积来将过热蒸汽冷却为饱和蒸汽,这部分面积就浪费了。
e,某些过程(例如蒸馏罐)当使用过热蒸汽时效率会降低。
2,过热蒸汽减温原理和方式
在实际生产中,电厂生产出来的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。
2.1,过热蒸汽减温原理
加入的水量应足够多以使蒸汽冷却到希望达到的温度;水量不够则蒸汽冷却得不充分,如果水量太多则产生湿蒸汽,需要使用汽水分离器加以分离。根据能量守恒和物料守恒原理,使用公式可以方便地算出需要的冷却液量。
2.2,过热蒸汽减温方式
a,非接触式 冷却蒸汽的介质不和被冷却的蒸汽直接接触。温度较低的液体、气体均可以作为冷却介质,比如空气。这种类型的减温器如壳管式换热器。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。当过热蒸汽通过换热器,热量从过热蒸汽传递给冷却介质。
通过调节过热蒸汽的进口流量或冷却介质的流量对过热蒸汽的出口温度进行控制。而通常调节过热蒸汽的进口流量的可操作性差,因此大多数系统调节冷却介质的流量。
b,直接接触式 用来冷却过热蒸汽的介质直接和过热蒸汽接触。通常冷却介质和过热气体为同一种物质,但处于液态。对于蒸汽减温器通常使用水。
减温器工作时,将一定量的水通过减温器的混合装置加入到过热蒸汽中,当水进入减温器,它吸收过热蒸汽的热量而蒸发,这样过热蒸汽的温度随之降低。
3,过热蒸汽减温减压补水量计算
1,过热蒸汽减温补水量计算公式
根据蒸汽的能量守恒和物料守恒原理,过热蒸汽焓值+冷却水焓值=减温后蒸汽焓值,推导出过热蒸汽减温减压计算公式。
1,过热蒸汽减温补水量计算表
举例1:现有10ton/h流量的过热蒸汽(P=10bar,T=210°C),需要减压到9.5bar的饱和蒸汽,使用85°C冷却水喷水减温,试求冷却水的流量。
举例2:现有8ton/h流量的饱和蒸汽(P=10bar,T=184°C),需要减压到8.0bar的饱和蒸汽,使用85°C冷却水喷水减温,试求冷却水的流量。
计算表使用方法:
1,填写过热蒸汽流量;
2,在蒸汽数据表中查询已知压力下过热蒸汽 / 饱和蒸汽的焓值并填写;
3,在蒸汽数据表中查询需减温后的饱和蒸汽压力下的焓值并填写;
4,填写已知温度下的冷却水焓值;
5,计算表会自动计算所需冷却水的流量。
该计算表也可以计算过热蒸汽减温到更低压力下的过热蒸汽,计算方法同上述两个案例。
计算表中有附蒸汽焓值表,可方便查询。
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