為什么蒸汽壓力越高,反而其熱焓值越低?
一、 首先,了解幾個概念
hf = 液體焓 (顯熱)(kJ/kg),也就是我們平常說的h′---我們不能利用的熱量;
hg = 飽和蒸汽的總焓 (總熱量)(kJ/kg),也就是我們平常說的h″;
hfg = 蒸發焓 (潛熱)(kJ/kg)-我們可以利用的熱量,也就是我們平常說的h″-h′。
hfg = hg - hf= h″- h′
這幾個參數非常重要,以后各種熱能工程的計算,閥門管道和設備選型,都需要查蒸汽表(蒸汽的物理性質)中的這個數據。
二、我們知道,飽和蒸汽每一個狀態點的的熱力學特性參數是固定的,這也就是我們為什么要使用飽和蒸汽的原因。對上面幾個概念的理解:
1、hf = 液體焓 (顯熱):水在液態下,把它的溫度從0℃提高到可以汽化的溫度,這個階段吸收的熱量稱為水的液體焓或顯熱。
我們把0℃的水的焓定義為零,于是其它狀態的焓就可以根據其參考狀態得出。
在大氣壓下(0 bar g),水在100℃時沸騰,把1kg水從0℃加熱到100℃需要吸收419 kJ熱量。由此可以推導出水的比熱容Cp是4.19 kJ/(kg·℃)。
2、蒸發焓或潛熱(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變為氣態,即飽和蒸汽。
正如從冰到水的相變過程,蒸發的過程也是可逆的。當蒸汽遇到較低溫度的表面時,蒸汽冷凝會放出同樣多的熱量。當蒸汽作為加熱用途時,通常就是利用這部分熱量,也就是從蒸汽冷凝成凝結水所釋放的熱量。
3、hg = 飽和蒸汽的總焓 (總熱量)
這是指飽和蒸汽的總能量,它是水的焓值和蒸發焓的總和。
三、 壓力與焓值的關系
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,則飽和溫度會降低,其液體焓就低,水在80℃左右就可以燒開了;如果壓力上升,將會吸收更多的熱量,飽和溫度也將上升,但是并不發生相變。因此,增加壓力有效增加了水的焓值和飽和溫度。
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,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,而壓力較高時比容變化比較小,所以壓力越高時,飽和蒸汽的總熱量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,水的焓值hf增加得相對較多,而這部分熱量是不能使用的,因此可以使用的實際蒸發焓hfg就相對要比低壓時少。
3、這從下面2個圖中也可以看出,當壓力越高時,飽和水由液態汽化為氣態的蒸發過程(圖中的水平線)是縮短的,這一段也就是我們說的蒸發焓hfg,(即熱焓值)。
四、總結: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,比容會減少,密度會增加。所以蒸汽輸送的原則是高壓輸送,而此時管徑會比較小。
2、因為壓力越低,飽和蒸汽的熱焓值越高,而且所有管道及換熱設備等的制造成本也相對低很多,因此使用蒸汽時,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:
附圖二:
附表三:
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| 熱焓 | 比容 | ||
壓力 | 溫度 |
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| kJ/kg | kJ/kg | kJ/kg | 蒸汽 |
kPaG | °C | 水 hf | 蒸發熱焓 hfg | 蒸汽 hg | m3/kg |
0 | 100 | 419.04 | 2257.0 | 2676.04 | 1.673 |
5 | 101.40 | 424.90 | 2253.3 | 2678.02 | 1.601 |
10 | 102.66 | 424.90 | 2253.3 | 2678.02 | 1.533 |
20 | 105.10 | 440.80 | 2243.4 | 3684.2 | 1.414 |
40 | 109.55 | 459.70 | 2231.3 | 2691.0 | 1.225 |
60 | 113.56 | 476.40 | 2220.4 | 2696.8 | 1.083 |
80 | 117.14 | 491.60 | 2210.5 | 2702.1 | 0.971 |
100 | 120.42 | 505.60 | 2201.1 | 2706.7 | 0.881 |
150 | 127.62 | 536.10 | 2181.0 | 2717.1 | 0.714 |
200 | 133.69 | 562.20 | 2163.3 | 2725.5 | 0.603 |
300 | 143.75 | 605.30 | 2133.4 | 2738.7 | 0.461 |
400 | 151.96 | 640.70 | 2108.1 | 2748.8 | 0.374 |
500 | 158.92 | 670.90 | 2086.0 | 2756.9 | 0.315 |
600 | 165.04 | 697.50 | 2066.0 | 2763.5 | 0.272 |
700 | 170.50 | 721.40 | 2047.7 | 2769.1 | 0.240 |
1000 | 184.13 | 781.60 | 2000.1 | 2781.7 | 0.177 |