一、制程中為什么要使用飽和蒸汽，而盡量避免使用過(guò)熱蒸汽？

1、過(guò)熱蒸汽怎樣產(chǎn)生的？

如果鍋爐中產(chǎn)生的飽和蒸汽通過(guò)更高溫度的換熱面，繼續(xù)加熱，它的溫度會(huì)上升并超過(guò)蒸發(fā)溫度，這時(shí)，蒸汽就會(huì)變成具有一定過(guò)熱度的過(guò)熱蒸汽。

當(dāng)仍有水存在的時(shí)候，過(guò)熱度是無(wú)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(guò)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(guò)單獨(dú)的過(guò)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(guò)熱蒸汽的主要應(yīng)用

2.1過(guò)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(lái)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(shuō)通過(guò)連續(xù)不斷的做功過(guò)程， 蒸汽會(huì)變的越來(lái)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(guò)熱蒸汽，利用過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 過(guò)熱蒸汽還會(huì)用來(lái)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(guò)熱蒸汽與飽和蒸汽的熱量對(duì)比

下面過(guò)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(guò)熱蒸汽來(lái)說(shuō)，它的壓力和溫度并不是一一對(duì)應(yīng)的，兩者沒(méi)有直接關(guān)系，因此，在特定壓力下的過(guò)熱蒸汽可能對(duì)應(yīng)有很大的范圍溫度值。

表1.6.1   過(guò)熱蒸汽表舉例

表1.6.2   飽和蒸汽表舉例

從上表1可以看出，在大氣壓下，即壓力1.013 bar a(0 bar g) 、溫度400℃的過(guò)熱蒸汽，

其蒸汽焓hg = 3278 kJ /kg (過(guò)熱蒸汽表)

從上表2可以看出，在大氣壓下，即壓力1.013 bar a(0 bar g) 、溫度100℃的飽和蒸汽，

其蒸汽焓hg = 2676 kJ /kg (飽和蒸汽表)

過(guò)熱部分的焓 = 3278 – 2676=602kJ /kg 

表面上看起來(lái)過(guò)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(lái)加熱的工況來(lái)說(shuō)，實(shí)際情況則相反，而且非常麻煩。從過(guò)熱部分的能量來(lái)看，比熱容可以由飽和蒸汽（100℃）和過(guò)熱蒸汽（400℃）之間的溫度差別來(lái)計(jì)算：

但是，與水的比熱容不同（水的比熱容=4.19 kJ/kg. ℃，是個(gè)常數(shù)），過(guò)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/(kg·℃)僅表示在0 bar g壓力下特定的溫度范圍下的值。

過(guò)熱蒸汽的溫度、壓力和比熱之間沒(méi)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但在過(guò)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(guò)熱蒸汽為什么不如飽和蒸汽適合于過(guò)程加熱？

過(guò)熱蒸汽必須先冷卻到飽和溫度才能釋放出蒸發(fā)焓，從過(guò)熱蒸汽冷卻到飽和溫度所放出的熱量與蒸發(fā)焓相比來(lái)說(shuō)很小。如果蒸汽過(guò)熱度很小，這很小的一部分熱量比較容易釋放出來(lái)，但是過(guò)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(guò)熱蒸汽的溫度并不確定，過(guò)熱蒸汽必須冷卻來(lái)放熱，而飽和蒸汽僅是發(fā)生相變放熱，這就是說(shuō)過(guò)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(guò)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(guò)熱度過(guò)大的蒸汽應(yīng)用很少，因?yàn)椋?/span>

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(guò)熱的換熱率較低；

需要更多的換熱面。

由此可見(jiàn)，在傳熱應(yīng)用中，過(guò)熱蒸汽沒(méi)有飽和蒸汽效率高。這看起來(lái)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(guò)熱蒸汽比飽和蒸汽溫度更高，那么當(dāng)然應(yīng)該過(guò)熱蒸汽能釋放更多的熱量？但這個(gè)答案是否定的，因?yàn)椋?/span>

Q=UAΔT，對(duì)任何換熱設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)熱度越高，“U”值就越小。

過(guò)熱蒸汽的“U”一般為50到100 W/(m²·℃)，而飽和蒸汽則為1200 W/( m²·℃) 

因此，盡管相同壓力下的過(guò)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(guò)程中，過(guò)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(lái)越多的用戶是使用熱電廠集中供熱，電廠生產(chǎn)出來(lái)的都是高溫高壓的過(guò)熱蒸汽，都需要先通過(guò)減溫減壓站系統(tǒng)，把過(guò)熱蒸汽變成飽和蒸汽以后，再輸送給各用戶使用，過(guò)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。