蒸汽知識(shí)與資源

蒸汽知識(shí)與資源

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1.1什么是蒸汽？

1、蒸汽的本質(zhì)：

我們知道，水的三相分別為固態(tài)的冰、液態(tài)的水和氣態(tài)的蒸汽，所以通俗地講，蒸汽的本質(zhì)就是含有足夠熱量的氣態(tài)水，這樣解釋也是為

了方便解釋后面章節(jié)要介紹的疏水閥。

2、相比于其他熱傳遞載體，為什么蒸汽能得到最廣泛的使用？

1）、蒸汽更節(jié)能

2）、蒸汽的使用效率更高（大氣壓下1KG蒸汽的熱焙值為2257.51KJ）

3）、蒸汽的生產(chǎn)相對(duì)較簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)

4）、蒸汽可以高效地輸送到用汽點(diǎn)，其它的熱載體,如高溫油或水，都必須通過泵來輸送，而且較難控制

5）、蒸汽更穩(wěn)定，更容易控制（飽和蒸汽的溫度與壓力是一對(duì)應(yīng)的），而其它熱載體在輸送過程中會(huì)逐漸冷卻，直至在靜止管路中完

全冷卻

6）、蒸汽系統(tǒng)的設(shè)備管理更容易（效率高、維護(hù)方便）

7）、蒸汽應(yīng)用靈活、更廣泛（換熱、殺菌、滅火等）

空氣：作為另一種常見的動(dòng)力介質(zhì)，往往溫度較低。但空氣若進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)中，則是一種阻礙傳熱的有害不凝氣體，必須及時(shí)排除。

3、各種狀態(tài)蒸汽的分類

蒸汽的性質(zhì)取決于蒸汽的壓力、溫度和體積這三個(gè)條件的結(jié)合。

A、飽和蒸汽：是由液態(tài)水和氣態(tài)水組成的。換句話說，就是蒸發(fā)的速度等同于冷凝速度。由鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣基本上是飽和蒸汽。因?yàn)?/p>

其許多特性，飽和蒸汽成為了非常好的熱源，最終被廣泛用作100℃到200℃的熱源。

優(yōu)點(diǎn)：

1）、利用潛熱快速、均勻地加熱，產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量得到提高

2）、壓力和溫度能精確地控制，用控制壓力取代控制溫度成為可能

3）、傳熱系數(shù)高，換熱面積小可以減少設(shè)備的初期投資

4）、來源于水，所以安全并且低成本

當(dāng)用飽和蒸汽加熱時(shí)，有必要留意以下情況：

1）、熱輻射損失導(dǎo)致一些蒸汽冷凝，形成冷凝水，這些冷凝水必須通過安裝在蒸汽輸送主管的蒸汽疏水閥排出

2）、如果用的蒸汽不是完全的干顏口蒸汽，熱效率會(huì)被削弱

3）、如果因?yàn)楣艿纼?nèi)部摩擦引起了壓力的下降，那么溫度也會(huì)下降

飽和蒸汽一旦冷凝就失去了潛熱。所以當(dāng)飽和蒸汽通過排氣孔從管道排放到大氣，一部分接觸到大氣的蒸汽會(huì)冷凝，形成白色的水霧（小

水珠）。如果增加熱量，內(nèi)部能量上升，分子運(yùn)動(dòng)加速。分子活動(dòng)性的上升使氫鍵斷開，水就蒸發(fā)形成"水蒸氣"。

溫度

過熱蒸汽超臨界水

飽和蒸汽

100

0.11022.1助

施奧壓力KPa

B、過熱蒸汽：顏口蒸汽繼續(xù)加熱得到過熱蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽在相同壓力下比飽和蒸汽溫度更高。這類蒸汽主要應(yīng)用于動(dòng)力設(shè)備，如汽輪

機(jī)，很少用于加熱。

1）、過熱蒸汽很少用于加熱主要是因?yàn)橐韵略颍?/p>

2）、加熱過程中溫度會(huì)有變化，因?yàn)檫@部分熱量是顯熱，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量有影響

3）、即使壓力穩(wěn)定，溫度也不能精確控制，不能通過壓力來控制

4）、因?yàn)閭鳠嵯禂?shù)低,所以傳熱效果差，對(duì)生產(chǎn)效率和初期投資有影響

如我們所見，在熱交換器中使用過熱蒸汽^使用飽和蒸汽相比較，沒有優(yōu)勢(shì)可言。在另一方面，當(dāng)以高溫氣體的形式作為直接加熱的熱源時(shí)，

它相對(duì)熱空氣的優(yōu)勢(shì)在于能在無氧條件下加熱。目前正在研究在食品加工方面的應(yīng)用，比如烹飪和烘干。另外還有汽輪機(jī)。

C、超臨界水：超臨界水周旨超越了臨界點(diǎn)的水；在臨界點(diǎn)蒸汽的潛熱為零。

蒸汽物理特性

壓力不支的情況下就續(xù)加熱

在此處產(chǎn)生干飽和蒸汽

I中量I

(hf)(hfg)

D、干蒸汽和濕蒸汽

在一定壓力下的沸騰點(diǎn)溫度產(chǎn)生的蒸汽稱為干顏口蒸汽;

但是實(shí)際上鍋爐產(chǎn)生的蒸汽或電廠送來的蒸汽都是濕蒸汽，即蒸汽中含有一部分氣態(tài)水分（小水滴）,

4、蒸汽加熱的兩種方式：間接加熱和直接加熱

A、間接加熱：就是通過一種稱為“換熱器”的設(shè)備進(jìn)行加熱的方法

蒸汽從換熱器壁表面流過，蒸汽的熱量就轉(zhuǎn)移到被加熱的物質(zhì)一側(cè)。通過這種方式，蒸汽不會(huì)和被加熱的物質(zhì)接觸。典型的使用蒸汽加熱

的換熱器如夾套鍋、管加熱、翅片式換熱器（薄板翅片、空氣翅片）.

這種使用換熱器進(jìn)行加熱的方法不僅限于使用蒸汽作為唯一的熱煤，其它的熱煤還包括熱水或熱油等。

B、直接加熱：就是將蒸汽直接與物料接觸進(jìn)行加熱。如榨油廠的蒸脫機(jī)、膨化機(jī)調(diào)質(zhì)器、汽提塔、解析塔和精煉廠的脫臭塔。

5、蒸汽加熱的優(yōu)勢(shì)（使用蒸汽加熱和使用熱水或熱油加熱有何區(qū)別？）

A、使用蒸汽加熱：供應(yīng)給換熱器的蒸汽處于氣態(tài)，在其內(nèi)部變成液態(tài)（冷凝水）并離開換熱器。蒸汽中的潛熱在蒸汽冷凝成液體時(shí)被釋

放出來，所釋放的潛熱的量比冷凝后的熱水（飽和水）中所含的顯熱大2-5倍。潛熱被瞬間釋放并且通過換熱器傳遞到被加熱的產(chǎn)品。

B、使用熱水或熱油加熱：供應(yīng)給換熱器的熱水或熱油溫度非常高，離開換熱器時(shí)溫度很低。

因此，與通過降溫進(jìn)行加熱的熱水或熱油相比較，蒸汽通過從氣體轉(zhuǎn)換成液態(tài)進(jìn)行加熱，而且蒸汽通過凝結(jié)傳遞的熱量明顯比熱水或熱油

通過對(duì)流的熱量多。它還有以下優(yōu)勢(shì)：

?如果換熱器的換熱面積相同，使用蒸汽可以縮短加熱時(shí)間

?如果工作量相同，使用蒸汽加熱，換熱器的換熱面積更小

&蒸汽的危害性：（需要理解的幾個(gè)常用名詞解釋：沖蝕、汽蝕、空化、水錘、蒸汽綁、空氣綁、腐蝕）

1）、流速、沖蝕、汽蝕：因?yàn)檎羝魉佥^高，一般為25-40m/s,因此相對(duì)于水、空氣、導(dǎo)熱油等，蒸汽的高流速?gòu)?qiáng)烈影響腐蝕反應(yīng)和機(jī)

理。一般說來，流速增大，腐蝕速度隨之增大，當(dāng)流速達(dá)到某一臨界時(shí)，同時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的局部腐蝕，孔蝕、應(yīng)力腐蝕等的敏感性也隨之增強(qiáng)。所

以，蒸汽對(duì)閥門、管件、換熱設(shè)備等的腐蝕、沖蝕和汽蝕是不可忽視的。

2）、腐蝕：高溫帶來的氧化，蒸汽中化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，造成閥門、管件或加熱設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢。

3）、冷凝：因?yàn)檎羝谳斔秃蛽Q熱過程中會(huì)產(chǎn)生冷凝，因此必須使用疏水閥來及時(shí)排放冷凝水,否則造成設(shè)備內(nèi)積水,導(dǎo)致?lián)Q熱不能正常

進(jìn)行。另外可能產(chǎn)生一些相關(guān)的現(xiàn)象如閃蒸、水錘、失流、蒸汽綁、空氣綁等，這將導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。而使用熱水和導(dǎo)熱油加熱，則不需

使用疏水閥。

滲透性：蒸汽因?yàn)楸旧淼奈锢硖匦院蛪毫Φ脑颍哂幸欢ǖ臐B透性，因此對(duì)一些閥門及密閉壓力容器等，都要求良好的密封性能，比如

說需要使用波紋管密封的截止閥來防止蒸汽滲漏。當(dāng)然，若使用石墨填料來密封閥門，因石墨中的部分雜質(zhì)很容易被導(dǎo)熱油溶解，導(dǎo)致石墨粉狀

化，無法使石墨填料達(dá)到密封效果，因此導(dǎo)熱油的滲透性更強(qiáng)于蒸汽，大約是50倍。

1.2蒸汽的應(yīng)用領(lǐng)域

蒸汽廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)領(lǐng)域中，最常見應(yīng)用是使用蒸汽加熱，但蒸汽的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此。

以下是一些工業(yè)蒸汽的典型應(yīng)用：

加熱（正壓加熱和真空加熱）

滅菌/殺菌：食品、醫(yī)藥、健康產(chǎn)業(yè)、酒店醫(yī)院的消毒裝置等

滅火：糧油、化工等行業(yè)的一些重要的危險(xiǎn)的大型設(shè)備，危險(xiǎn)區(qū)廝口爆炸環(huán)境中，都會(huì)設(shè)置滅火蒸汽系統(tǒng)。如卸油站，當(dāng)油罐車起火時(shí)，

就可用蒸汽快速滅火。

動(dòng)力蒸汽：汽輪機(jī)

保濕

空調(diào)加濕

1、蒸汽加熱:

飽和蒸汽可以作為流體換熱器、再沸器、蒸發(fā)器、濃縮器、空氣力口熱器、空調(diào)制冷和其他類型設(shè)備的加熱源。

A、食品、飲料、乳品、制面、制糖行業(yè)：板式換熱器、管式換熱器（盤管、列管、套管）、CIP清洗設(shè)備、提取萃取設(shè)備、均質(zhì)機(jī)、夾層

鍋、蒸煮機(jī)、煮醬鍋、油炸機(jī)、蒸箱、蒸發(fā)濃縮設(shè)備、烘干機(jī)、殺菌釜、臥式殺菌鍋、巴氏殺菌、殺菌機(jī)、APV超高溫瞬時(shí)殺菌、凍干機(jī)等。

B、啤酒行業(yè)：糖化鍋、糊化鍋、煮沸鍋、殺菌機(jī)、洗瓶機(jī)（堿液槽）、CIP清洗、發(fā)酵罐等.

C、糧油行業(yè)：榨油廠（調(diào)質(zhì)塔、蒸脫機(jī)、蒸炒鍋、）精煉（脫臭塔、脫色罐）、分提（結(jié)晶罐）、包裝（灌裝機(jī)）

D、飼料行業(yè)：制粒機(jī)、膨化機(jī)、烘干機(jī)。

E、制藥行業(yè)：提取罐、多效蒸鐳水機(jī)、濃縮器、滅菌柜、制粒機(jī)、噴霧干燥器

F、輪胎行業(yè)：硫化機(jī)（主要）（用BFT系列疏水閥）、開煉機(jī)、擠出機(jī)、密煉機(jī)

G、造紙行業(yè)：滾筒烘干機(jī)（用BFT系列疏水閥）、烘箱、蒸煮鍋、蒸發(fā)器、磨木機(jī)

H、紡織印染行業(yè)：定型機(jī)、染缸、滾筒烘干機(jī)、印花機(jī)、預(yù)縮機(jī)、熨燙機(jī)

I、酒店醫(yī)院：洗衣房（烘干機(jī)、整平機(jī)、折疊機(jī)、板式換熱器、蒸籠）、鍋爐房、洗衣房（消毒柜、洗衣房、烘干機(jī)、整平機(jī)、折疊機(jī)、

板式換熱器、蒸籠）、鍋爐房.

J、煙草行業(yè)：制絲車間（真空回潮機(jī)、膨脹煙絲生產(chǎn)線、潤(rùn)葉機(jī)、烘絲機(jī)）、動(dòng)力（鍋爐房）

K、化工行業(yè)：蒸儲(chǔ)塔、精溜塔、反應(yīng)釜

L、其他行業(yè)：鋼鐵、金屬加工、發(fā)電、造船、塑料、電子、烹飪、空調(diào)制冷、烘烤、園藝、建筑、膠帶、等

2、蒸汽驅(qū)動(dòng)/動(dòng)力

A、汽輪機(jī)：是火力發(fā)電廠至關(guān)重要的設(shè)備，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)一般使用過熱蒸汽，以防止冷凝水

對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的沖蝕損壞。但在某些類型的核電廠是不允許使用高溫蒸汽的，只能使用高壓顏口蒸汽，這時(shí)必須安裝汽水分離器來排除夾帶在

蒸汽中的冷凝水，保護(hù)葉輪。

B、渦輪壓縮機(jī)或泵，還有氣體壓縮機(jī)和冷卻塔水泵等，利用蒸汽推動(dòng)其他流體流動(dòng)。蒸汽壓縮機(jī)內(nèi)的蒸汽是用來混合空氣的,增加流速，它

們同樣可以用來帶走表面冷凝器上的殘留空氣，以保持設(shè)備所需要的壓力。

C、動(dòng)力機(jī)械泵（冷凝水回收泵）：利用蒸汽作為動(dòng)力源。

3、蒸汽保濕

典型設(shè)備有：飼料行業(yè)的制粒機(jī),造紙廠的紙機(jī)。要求在供熱的同時(shí)補(bǔ)充水分。

紙機(jī)：蒸汽可以用來生產(chǎn)需要保濕的紙張，通過高速翻動(dòng)紙張來防止紙張斷裂或積水。

制粒機(jī)：通常情況下蒸汽直接噴射到飼料上，用來為生產(chǎn)出的飼料中供給額外的水分和熱量，同時(shí)保證溫度和濕度，保濕且軟化的飼料和

部分含有膠狀淀粉的成分能使顆粒更加的緊實(shí)堅(jiān)固，確保制粒效果。

4、蒸汽加濕

典型應(yīng)用是空調(diào)機(jī)組的加濕。

空調(diào)機(jī)組的加熱線圈經(jīng)常和蒸汽加濕器組合使用，空調(diào)保證室內(nèi)舒適的溫度以及對(duì)其的數(shù)字控制。當(dāng)空氣經(jīng)過蒸汽加熱線圈,空氣的相對(duì)

濕度勢(shì)必就會(huì)下降，那么它就必須噴射干飽和蒸汽，把濕度調(diào)整到一個(gè)合適的數(shù)字后才能進(jìn)入到風(fēng)管內(nèi)送到使用點(diǎn)。

空調(diào)機(jī)組在許多的工廠，醫(yī)院，酒店，樓宇，者隘廣泛使用。

1.3閃蒸汽

一、閃蒸汽是什么？怎樣產(chǎn)生的？

閃蒸：是指高壓水突然降壓變?yōu)榈蛪汉螅幸徊糠炙畷?huì)汽化成蒸汽，稱為閃蒸汽；如果高壓水的溫度低于｛氐壓水的飽和溫度，就不會(huì)產(chǎn)生閃蒸汽。

正常有兩個(gè)渠道產(chǎn)生閃蒸汽，一是從回收冷凝水的集水罐（包括閃蒸罐）排出來的，二是從對(duì)空排放的蒸汽疏水閥后排出來的，因?yàn)槔淠ㄟ^

疏水閥時(shí)，只要前端設(shè)備和管內(nèi)不積水，通常上游溫度都足夠高，肯定高于后端低壓水的溫度，所以都會(huì)產(chǎn)生閃蒸汽。但整個(gè)過程中，沒有外來

的熱量，這些冷凝水是怎樣變成蒸汽的呢？

蒸汽疏水閥

Obarg下的冷凝水

5barg冷凝水和閃蒸蒸汽

飽和溫度T1為1599飽和溫度T2為100cC

因?yàn)門1>T2

5barg壓力冷凝水飽和溫度為159℃,具有的能量是671KJ/kg,通過蒸汽疏水閥后壓力為0barg,根據(jù)熱力學(xué)第一定律，低壓側(cè)的冷凝水含有

的能量與高壓側(cè)的能量必然相同,遵守能量守恒定律。

因此，低壓側(cè)的冷凝水的能量同樣也是671KJ/kg，但是,0barg的水中最多含有419kJ/kg熱量，低壓側(cè)的能量就與高壓側(cè)不平衡多出671-419

=252/kg這樣,對(duì)于水來說，就會(huì)產(chǎn)生過熱。這些多出來的熱量就會(huì)使部分冷凝水沸騰形成閃蒸蒸汽,這個(gè)沸騰的過程就叫閃蒸。因此，原來

存在于高壓側(cè)冷凝水中的能量現(xiàn)在就存在于低壓側(cè)的水和蒸汽的混合物之中了。

另外舉個(gè)例子：

蒸汽疏水閥

5barg下的冷凝水Obarg下的冷凝水

過冷溫度T1為90七飽和溫度T2為1009

T1<T2

5barg壓力冷凝水，但是溫度只有90℃,屬于不飽和水，具有的能量只有377KJ/kg，小于大氣壓下顏口水的能量，也就是說，沒有多余的能量

去產(chǎn)生閃蒸汽，經(jīng)過疏水閥后僅僅是壓力降低了而已，沒有閃蒸汽。如熱靜力疏水閥后就沒有閃蒸汽。

90℃對(duì)應(yīng)的蒸汽壓力為0.7bar,如果低壓側(cè)的壓力低于這個(gè)0.7bar的絕對(duì)壓力（真空），仍然會(huì)產(chǎn)生閃蒸汽。

換句話說，當(dāng)熱的冷凝水排放到低壓的環(huán)境中，它的熱培（總熱量）保持不變，但飽和溫度降低（水的氣態(tài)和液態(tài)共存的溫度）。為了保持總熱

量不變，部分的水吸收了熱量蒸發(fā)成蒸汽。

二、水汽和閃蒸汽的區(qū)別

水汽：空氣中的小水滴通常是白色的霧氣。換句話說，水汽是漂浮在空氣中的液態(tài)的水。

閃蒸汽:一種無色透明的氣體，由液態(tài)的水通過吸收潛熱轉(zhuǎn)換成氣態(tài)。與正常蒸汽沒什么區(qū)別。

水汽為何從疏水閥噴出呢？如果冷凝水擁有的熱量比大氣壓下的飽和水的熱量多，一部分從疏水閥排出的冷凝水在進(jìn)入大氣時(shí)將再次轉(zhuǎn)換成蒸

汽。在冷凝水轉(zhuǎn)換成蒸汽（閃蒸汽）的瞬間，在疏水閥出口處，肉眼就可以觀察到蒸發(fā)形成的水汽。盡管因排放溫度的不同水汽的量也不盡相同，

但高溫冷凝水排放時(shí)總會(huì)伴隨著部分水汽.

三、閃蒸汽的計(jì)算

hfl,即將水加熱到該溫度所需的能量值（顯熱hf）;

hf2,即將水加熱至低壓側(cè)壓力相對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)時(shí)所需能量值（顯熱hf）.hfl-hf2的差值表示把冷凝水轉(zhuǎn)變成一定比例低壓蒸汽，如閃蒸汽時(shí)所需的能

量；

hfg2,即低壓側(cè)壓力相對(duì)應(yīng)的沸水完全變成蒸汽需的能量值(潛熱hfg)(hg=hf+hfg);

高溫冷凝水產(chǎn)生閃蒸汽的質(zhì)量百分比可由下式計(jì)算：

77fl5/l%=^-Zlxl00

閃蒸汽流量可由下式計(jì)算：

2590（環(huán),一驗(yàn)）+L26M7（n-7；）

蒸汽耗量。(桓?=1.5x

hfg

閃蒸量vs.凝結(jié)水量(以疏水閥前壓力為4barg,冷凝水1000kg/h,后面對(duì)大小日放為例)

換熱器

1000kg/h

凝結(jié)水900kg/h凝名吉水0.9m3/h

閃蒸汽100kg/h閃蒸汽167.3E3，h

疏水閥OMPa

閃蒸汽量表

1.公制

一定壓降飽和溫度冷凝水產(chǎn)生閃蒸汽的質(zhì)量百分比

一次壓力(barg)二次壓力(barg)

00.20.5124681012141618

0.20.97

0.52.211.25

13.902.941.71

26.385.444.222.54

49.888.967.776.133.65

612.4011.5010338.726.282.70

814.4413.5512.4010.818.414.882.23

1016.1215.2414.1112.5310.176.694.061.87

1212.6316.7615.6314.0811.748.305.713.551.70

1418.9518.0916.9815.4413.129.727.165.023.201.52

1620.1519.3018.1916.67143711.008.476354.552.89139

1820.7319.8818.7817.2614.9711.629.106.995.203.552.050.68

2122.7621.9320.8419.3517.1013.8011.329.267.505.884.423.072.41

上表中設(shè)定冷凝水的溫度與顆口蒸汽相同。若冷凝水的溫度低于飽和蒸汽的溫度，產(chǎn)生的閃蒸汽星將減少。這種情況下，閃蒸汽的質(zhì)量百分比應(yīng)

根據(jù)相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算。

1.4熱焰值的理解

為什么蒸汽壓力越高，反而其熱烙值越低？

一、首先，了解幾個(gè)概念

hf=液體焰（顯熱）（kJ/kg）,也就是我們平常說的h'…我們不能利用的熱量；

hg=飽和蒸汽的總焰（總熱量）（kJ/kg）,也就是我們平常說的h";

蒸發(fā)給（潛熱）（）我們可以利用的熱量，也就是我們平常說的w

hfg=kJ/kg-h-h'o

hfg=hg-hf=h,r-h1

這幾個(gè)參數(shù)非常重要，以后各種熱能工程的計(jì)算，閥門管道和設(shè)備選型，都需要查蒸汽表（蒸汽的物理性質(zhì)）中的這個(gè)數(shù)據(jù)。

二、我們知道，飽和蒸汽每一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的的熱力學(xué)特性參數(shù)是固定的,這也就是我們?yōu)槭裁匆褂蔑柡驼羝脑颉?duì)上面幾個(gè)概念的理解：

1、hf=液體焰（顯熱）:水在液態(tài)下,把它的溫度從0℃提高到可以汽化的溫度，這個(gè)階段吸收的熱量稱為水的液體帽或顯熱。

我們把0℃的水的烙定義為零，于是其它狀態(tài)的焰就可以根據(jù)其參考狀態(tài)得出。

在大氣壓下（0barg）,水在100。（：時(shí)沸騰，把1kg水從0℃加熱到100℃需要吸收419kJ熱量。由此可以推導(dǎo)出水的比熱容Cp是4.19

（℃）

kJ/kg.q

2、蒸發(fā)給或潛熱（hfg）,也可稱之為潛熱：

這指的是在沸騰溫度下水變成蒸汽所需要吸收的熱量，期間，水和蒸汽的混合物溫度不上升,所有的能量都用來把水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，即

飽和蒸汽。

正如從冰到水的相變過程，蒸發(fā)的過程也是可逆的。當(dāng)蒸汽遇到較低溫度的表面時(shí)，蒸汽冷凝會(huì)放出同樣多的熱量。當(dāng)蒸汽作為加熱用途

時(shí)，通常就是利用這部分熱量，也就是從蒸汽冷凝成凝結(jié)水所釋放的熱量。

3、hg=飽和蒸汽的總焙（總熱量）

這是指飽和蒸汽的總能量，它是水的焰值和蒸發(fā)焰的總和。

三、壓力與焙值的關(guān)系

1、在大氣壓力下水的飽和溫度是100℃,但是，如果壓力下降，比如說在西藏，則飽和溫度會(huì)降低，其液體焰就低，水在80℃左右就可

以燒開了；如果壓力上升，將會(huì)吸收更多的熱量，飽和溫度也將上升，但是并不發(fā)生相變。因此，增加壓力有效增加了水的焰值和期口溫度。

2、隨著蒸汽壓力升高，蒸汽的密度同樣也增大。由于比容是密度的倒數(shù)，則比容隨著壓力升高而降低。

低壓下比容隨壓力變化非常大，而壓力較高時(shí)比容變化比較小，所以壓力越高時(shí)，幽口蒸汽的總熱量hg肯定要增加，但其增加的比例就

越少。從附表二中可看出，壓力越高時(shí)，水的始值hf增加得相對(duì)較多，而這部分熱量是不能使用的，因此可以使用的實(shí)際蒸發(fā)焰hfg就相對(duì)要比

低壓時(shí)少。

3、這從下面2個(gè)圖中也可以看出，當(dāng)壓力越高時(shí)，飽和水由液態(tài)汽化為氣態(tài)的蒸發(fā)過程（圖中的水平線）是縮短的，這一段也就是我們

說的蒸發(fā)焙hfg,（即熱焙值）。

四、總結(jié)：一般使用蒸汽的原則為：高壓輸送，低壓使用。

1、蒸汽的壓力增加，比容會(huì)減少，密度會(huì)增加。所以蒸汽輸送的原則是高壓輸送，而此時(shí)管徑會(huì)比較小。

2、因?yàn)閴毫υ降停柡驼羝臒崂又翟礁?，而且所有管道及換熱設(shè)備等的制造成本也相對(duì)低很多，因此使用蒸汽時(shí)，在保證工藝要求的前

提下，盡量使用較為低壓的蒸汽。

附圖一：

壓力不變的情況下繼續(xù)加熱

(hf)(W

附圖二：

過熱至汽

附表三：

熱焙比容

壓力

kJ/kgkJ/kgkJ/kg蒸汽

kPaG℃水hf蒸發(fā)熱焙hfg蒸汽hgm3/kg

0100419.042257.02676.041.673

5101.40424.902253.32678.021.601

10102.66424.902253.32678.021.533

20105.10440.802243.43684.21.414

40109.55459.702231.32691.01.225

60113.56476.402220.42696.81.083

80117.14491.602210.52702.10.971

100120.42505.602201.12706.70.881

150127.62536.102181.02717.10.714

200133.69562.202163.32725.50.603

300143.75605.302133.42738.70.461

400151.96640.702108.12748.80.374

500158.92670.902086.02756.90.315

600165.04697.502066.02763.50.272

700170.50721.402047.72769.10.240

1000184.13781.602000.12781.70.177

1.5蒸汽品質(zhì)

在實(shí)際應(yīng)用中，送到用汽點(diǎn)的蒸汽應(yīng)該是具備如下特性的高品質(zhì)蒸汽：

合適的壓力和溫度

足夠的蒸汽流量

干燥，沒有水分

干凈，沒有雜質(zhì)

沒有空氣和其他不凝性氣體

L合適的壓力和溫度：為了保證工藝要求的溫度，每一個(gè)工業(yè)制程，每一個(gè)設(shè)備都對(duì)蒸汽壓力有嚴(yán)格的規(guī)定限制，若超壓，可能損壞設(shè)備；若

壓力不夠，可能無法達(dá)到工藝要求的溫度和生產(chǎn)效率。

2、足夠的蒸汽流量:必須計(jì)算各個(gè)制程所需要的蒸汽流量，考慮合理的安全系數(shù)，然后選擇正確的管道和相應(yīng)閥門，這樣才能保證蒸汽量。

3、干燥，沒有水分：從下面兩方面說明

A、蒸汽的干度，定義：每千克濕飽和蒸汽中含有干飽和蒸汽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

在一定壓力下的沸騰點(diǎn)溫度產(chǎn)生的蒸汽稱為干顏口蒸汽，此時(shí)干度為lo但實(shí)際應(yīng)用中很難產(chǎn)生100%的干蒸汽，通常都帶有一定量的水

滴。如果蒸汽中含有10%質(zhì)量的水分，則蒸汽為90%的干度，即蒸汽干度為0.9。因此實(shí)際的濕蒸汽蒸發(fā)給不是蒸汽表上所顯示的hfg,而為干

度x和hfg的乘積：

實(shí)際蒸發(fā)焙=蒸發(fā)焙x干度

B、汽水分離器的分離效率：用被分離出的水的重量占整個(gè)蒸汽中所含的水的重量的比例來度量，但在實(shí)際應(yīng)用中很難確定分離器的準(zhǔn)確

效率，這由蒸汽的干度、流動(dòng)速度和流動(dòng)方式共同決定。

一般通過觀察汽水分離器后管道是否出現(xiàn)腐蝕、抽絲和水錘等現(xiàn)象，若有，就說明管道中還是濕蒸汽，分離效果不明顯。

舉例：

如果汽水分離器的效率為98%,上游蒸汽的干度為0.90,請(qǐng)問下游蒸汽的干度？

答案:如果蒸汽干度為0.90,那么1000g中含水為：

(1-0.90)x1000g=100g水

由于汽水分離器的效率為98%,去除了0.98xl00g=98g的水。意味著蒸汽干度變?yōu)椤?100-98)/1000]=0.998這樣，我們完全可

以認(rèn)為是得到了干蒸汽。

再計(jì)算一下熱效率：

由上面看出，上游蒸汽的干度為0.90,那么1KG蒸汽中實(shí)際有效的蒸汽只有l(wèi)*0.9=0.9KG;

經(jīng)過汽水分離器后，下游蒸汽的干度增大為0.998,那么這1KG蒸汽中實(shí)際有效的蒸汽就有l(wèi)*0.998=0.998KG;

也就是說蒸汽熱效率提高了【(0.998-0.9)/0.9]*100%=10.89%,對(duì)于蒸汽系統(tǒng)，

節(jié)能10.89%是非?？捎^的！

&濕蒸汽中水分主要來源于：

1）不正確的鍋爐水處理和短時(shí)間的峰值負(fù)荷會(huì)引起汽水共騰，鍋爐水會(huì)被攜帶進(jìn)入蒸汽主管。

2）蒸汽離開鍋爐后，由于管道的散熱損失，部分蒸汽會(huì)冷凝。即使管道的保溫再好，該過程也

無法完全避免。

基于以上這些原因，蒸汽達(dá)到用汽點(diǎn)會(huì)相對(duì)較濕。

因此，為了保證蒸汽干度，最佳方案是使用汽水分離器！

4、干凈，沒有雜質(zhì)

蒸汽管道內(nèi)總有可能存在雜質(zhì)，任何工廠都無法避免。常見的雜質(zhì)有：鐵銹、鈣化物、焊渣、破碎的墊片和

濾網(wǎng)、石墨、油污等等。

因此必須在關(guān)鍵的閥門，如疏水閥、減壓閥、控制閥、流量計(jì)等前端加裝過濾器，并且需要定期清理。

5、沒有空氣^其他不凝性氣體

A、蒸汽管道和設(shè)備起動(dòng)時(shí)會(huì)有空氣，因?yàn)槊看蜗到y(tǒng)停機(jī)時(shí)內(nèi)部的蒸汽會(huì)冷凝，冷凝后隨之產(chǎn)生的真空

會(huì)吸入空氣。

B、在生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生熱空氣：當(dāng)蒸汽進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，它會(huì)推動(dòng)空氣到達(dá)排放點(diǎn)或離蒸汽最遠(yuǎn)的末端，而且把空氣加熱了。

因此在排放點(diǎn)安裝的疏水閥應(yīng)該具有足夠的排空氣能力，在管道的末端應(yīng)該安裝自動(dòng)排空氣閥，確保及時(shí)把空氣排干凈，關(guān)于《排空氣的

作用》詳見后續(xù)8.4。

1.6飽和蒸汽與過熱蒸汽

-制程中為什么要使用飽和蒸汽，而盡量避免使用過熱蒸汽？

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

2.1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：

A、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。

B、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)。

2.2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

下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。

表161過熱蒸汽表舉例

絕對(duì)壓力；^(℃)

單位

(bara)150200250300400500

Vg(m3/kg)1.9122.1452.3752.6043.0623.519

ug(kJ/kg)258326592734281129683131

1.013

hg(kJ/kg)277728762975307532783488

sg(kJ/kg)7.6087.8288.0278.2098.5378.828

表1.6.2飽和蒸汽表舉例

絕對(duì)壓力溫度比帽

(bara)(℃)hf(kJ/kg)hg(kJ/kg)hfg(kJ/kg)

1.01399.974418.992675.532256.54

從上表1可以看出，在大氣壓下，即壓力1.013bara(0barg)、溫度400°C的過熱蒸

汽，

其蒸汽焰hg=3278kJ/kg(過熱蒸汽表)

從上表2可以看出，在大氣壓下，即壓力1.013bara(0barg)、溫度100°C的飽和蒸

汽，

其蒸汽焰hg=2676kJ/kg(飽和蒸汽君

過熱部分的始=3278-2676=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（10CTC）和過熱蒸汽（400℃）之間的溫度差別來計(jì)算：

602kJ/桓

比熱容==2.OkJ/kg.℃

400℃-100℃

但是，與水的比熱容不同（水的比熱容=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2.0

kJ/（kgt）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)始,從過熱蒸汽冷卻到飽和溫度所放出

的熱量與蒸發(fā)熔相比來說很小。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(zhǎng)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?/p>

在冷卻到飽和溫度前放出熱量很少;

熱交換表面溫度梯度較大；

蒸汽過熱的換熱率較低；

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)椋?/p>

Q=UAAT,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)在越來越多的用戶是使用熱電廠集中供熱，電廠生產(chǎn)出來的

都是高溫高壓的過熱蒸汽，都需要先通過減溫減壓站系統(tǒng)，把過熱蒸汽變成飽和蒸汽以后,

再輸送給各用戶使用，過熱蒸汽只有在冷卻到飽和狀態(tài)時(shí)，才能釋放出最有用的潛熱。

1.7飽和蒸汽表

飽和蒸汽表

壓力溫度比容比重量比熔比煽

PressureTemnSpecificVolumeSpec.WeightSpecificEnthalDVSpecificEr

.,3

atmmHg℃m'/kgkg/mkcal/kgkcal/(kg

t，，

PtVV1/v"hih*r

0.0107.46.6990.00100006131.624010.00759746.722600.42593.700.024312.1457

0.01511.012.7370.0010005289.62440.01115812.770603.07590.300.045692.1104

0.02014.717.2040.0010011968.25560.01465117.236605.02587.780.061192.0855

0.02518.420.7790.0010018955.26710.01809420.808606.57585.770.073422.0662

2z1

0.0302s23.7750.0010025846.51770.02149723.800607.88584.080.083552.0506

0.03526.3620.0010032540.21340.02486726.383609.00582.620.092212.0374

29.7

0.0403/28.6450.0010039035.44960.02820928.662609.99581.330.099792.0260

0.0453.J

0.05036.832.550.0010051128.71840.03482132.560611.68579.120.112622.0070

0.05540.534.250.0010056926.24950.03809634.260612.41578.150.118161.9989

0.06044.135.830.0010062524.18200.04135335.831613.09577.260.123261.9915

0.06547.837.290.0010067722.42470.04459437.292613.72576.420.127981.9847

0.07051.538.660.0010072920.91220.04781938.659614.30575.640.132371.9785

0.07555.239.950.0010077919.59620.05103039.944614.85574.910.136491.9726

0.08058.841.160.0010082718.44050.05422841.158615.37574.220.140351.9672

0.08562.542.320.0010087317.41730.05741442.307615.87573.560.144001.9621

0.09066.243.410.0010091916.50480.06058843.400616.33572.930.147461.9573

0.09569.944.450.0010096315.68590.06375244.442616.78572.340.150751.9527

0

o.173.645.450.0010100614.94670.06690445.438617.20571.760.153881.9484

0.280.947.320.0010108913.66470.07318147.307618.00570.690.159731.9405

0.388.349.050.0010116712.59100.07942249.035618.73569.690.165101.9332

0.495.650.670.0010124211.67810.08563050.645619.41568.770.170091.9265

0.103.052.170.0010131410.89230.09180852.152620.05567.890.174731.9203

110.353.590.0010138410.20840.09795853.569620.64567.070.179071.9146

117.754.930.001014519.607760.1040854.908621.20566.300.183161.9092

125.056.200.001015159.075880.1101856.177621.74565.560.187021.9042

132.457.410.001015778.601490.11626