基本减温原理

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1、第15章减温基本的减温原理章节15.115.17基本的减温原理蒸汽和冷凝水系统手册15.1.11023第15章减温基本的减温原理章节15.1过热过热蒸汽是指温度高于饱和温度的蒸汽。例如，表压为3barg的饱和蒸汽温度为143.762℃，如果对其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；比饱和蒸汽具有更大的比容。它们的关系在很多教材中有详细的说明。300过热蒸汽250饱和蒸汽线200150温度(℃)水100500051015202530354

2、045压力(barg)图15.1.1饱和蒸汽曲线过热蒸汽主要用于电厂以驱动汽轮机。根据朗肯循环的原理，用过热蒸汽驱动汽轮机的热效率要远高于用饱和蒸汽。过热蒸汽的优点：湿蒸汽在汽轮机内会形成水滴，导致汽轮机叶轮冲蚀，同时增加了摩擦阻力。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）。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。使用过热蒸汽的缺点：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、

3、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10bara压力下温度为300℃的过热蒸汽，水的焓为=763kJ/kg；蒸发焓为=2015kJ/kg；过热焓为=274kJ/kg。15.1.2蒸汽和冷凝水系统手册1024第15章减温基本的减温原理章节15.1蒸发焓66%过热焓9%水的焓25%图15.1.2过热蒸汽的焓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。同时与使用饱和蒸汽的设备相比其换热器更大、更昂贵。过

4、热蒸汽一旦冷却到饱和蒸汽，其传热系数将会大幅提高，并且蒸汽冷凝成水的过程中温度保持恒定不变，这样有助于换热设备的正确选型和控制。由于使用饱和蒸汽的换热系数高，与过热蒸汽相比其换热设备会减小、便宜。某些过程(例如蒸馏罐)当使用过热蒸汽时效率会降低；高温的过热蒸汽意味着所使用的换热设备等级更高，因此更昂贵；过热蒸汽的高温可能会损坏敏感的设备。以上缺点表明过热蒸汽通常不适用于一般的制程应用。尽管如此，在有些地方产生过热蒸汽用于发电，然后在热力循环的某一点对过热蒸汽进行减温，以用于制程应用。有些场合有大量的废热可以

5、作为燃料用于锅炉。如果废热足够多，可以产生过热蒸汽用于发电，如造纸和制糖工业。在工厂中如果有过热蒸汽提供给制程使用，在输送蒸汽过程中必须特别注意以确保达到远处的使用点时蒸汽仍保持干燥。蒸汽减温的基本方式减温过程是指将过热蒸汽的温度降到饱和状态，或者降低蒸汽的过热度。大多数减温器设计为使蒸汽温度接近于饱和温度（典型的最小值为高于饱和温度3℃）。如果希望减温器的排放温度超过饱和温度的3℃以上也是可能的，并且经常用到。有两种最基本的减温器形式：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

6、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。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。典型的直接接触式减温装置如图15.1.3所示。减温器工作时，将一定量

7、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。加入的水的流量控制通过测量减温器下游的蒸汽温度来完成。减温蒸汽的温度通常设定为高于饱和温度3℃。在这种布置中，减温器的蒸汽进口压力应该保持恒定。蒸汽和冷凝水系统手册15.1.31025第15章减温基本的减温原理章节15.1温度控制器控制阀冷却水止回阀过热蒸汽减温蒸汽减温图15.1.3典型的直接接触式减温站减温的计算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

8、量太多，则产生湿蒸汽，需要使用汽水分离器加以分离。根据能量守恒原理，使用公式15.1.1可以方便地算出需要的冷却液量：流进制程的焓=流出制程的焓mcwhcw+mshs=mshd+mcwhdmshs-mshd=mcwhd-mcwhcwms(hs-hd)=mcw(hd-hcw)ms(hs-hd)mcw=(hd-hcw)ms(hs-hd)mcw=(hd-hcw)公式15.1.1式中:mcw=冷却水的质量流量(kg/h)