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过热蒸汽如何转换为饱和蒸汽

时间:2012-11-04


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 0.8mpa 时, 蒸汽饱和温度为 174℃, 在这个压力下, 温度超过 174℃ 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 公斤 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 6 公斤 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。 (我们总部的热交换器频繁的因内漏而更换与此有 很大的关系) 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;同时减少水锤现象; 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。

2012 年 3 月 28 日


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