過熱蒸氣

過熱蒸氣是將液體接熱到使其全部蒸發的飽和蒸氣後，再繼續加熱而獲得的較乾的蒸氣。廣泛用作將熱能轉化為機械能的工作介質，其效率遠高於一般蒸氣。

基本介紹

• 中文名：過熱蒸氣
• 外文名：superheated steam
• 特性參數：過熱度
• 產生方式：蒸氣乾飽和之後繼續加熱
• 實質：未飽和蒸氣
• 用途：熱能轉化為機械能的工作介質

簡介

過熱蒸氣為加熱到100℃以上的乾燥蒸氣。其溫度高於相同壓強下的飽和蒸氣的溫度，二者之間的溫度差稱為過熱度，表示過熱蒸氣的過熱程度。過熱蒸氣是未飽和蒸氣，離開飽和狀態愈遠的過熱蒸氣，其行為愈接近於理想氣體。

作用

過熱蒸氣的性質使其可作為理想的做功介質( 如發電機組的透平) 和傳質介質， 但不是一個很好的傳熱介質。過熱度過大的蒸氣套用很少， 這是因為過熱蒸氣在冷凝釋放蒸發焓之前必須先冷卻到飽和溫度， 與飽和蒸氣的蒸發焓( 汽化潛熱) 相比， 過熱蒸氣冷卻到飽和溫度釋放的熱量( 顯熱) 很小， 熱交換表面溫度梯度較大， 蒸氣過熱時換熱率較低。如某造紙廠用 0.5MPa 的 195 ℃ 的過熱蒸氣來加熱紙張， 其可用的熱量分為兩部分，一部分為顯熱 2.365 49 × ( 195.00 － 158.95) = 85 kJ /kg， 另一部分為汽化潛熱 2 085. 7 kJ /kg( 不考慮分段回用) 。相比於汽化潛熱， 顯熱只占了不到 4% 。

飽和蒸氣作為傳熱媒質用於硫化橡皮絕緣電線是眾多廠家多年來使用的較為成熟的工藝方法, 而 過 熱 蒸 氣 在橡皮絕緣大截面電纜連續硫化上拓展了新的硫化方法。經過多年不斷研究、摸索、和實踐,我們通過技術改造的方法廢除了原有的2T提供飽和蒸氣的鍋爐,採用 熱電廠集中供熱的大鍋爐提供的過熱蒸氣硫化小截面橡皮絕緣獲得了成功。

蒸氣輸送

工業用輸送蒸氣的管道一般用GB/T 8163的 20無縫鋼管。過熱蒸氣參考 GB /T 8163 的 20 無縫鋼管在不同溫度下的許用應力表來選取鋼管。若一般的飽和蒸氣， 參考飽和蒸氣與溫度對應表來確定溫度，再選取鋼管的直徑和壁厚。在蒸氣管道輸送過程中，其法蘭會隨著溫度的升高而降低其最高允許工作壓力。故參考 20 鋼製法蘭在不同溫度下的最高允許工作壓力( 表壓) 來選取法蘭。如果用管道輸送過熱蒸氣， 到用汽點前再減溫減壓: 輸送壓力為2.8MPa， 輸送過熱蒸氣的管道按照GB /T 8163 選用 20 鋼管(Φ139.7mm × 6.3 mm) ， 管道單重為 20.72 kg /m；相對應的過熱蒸氣流速為 32.9m /s; 溫度為 350 ℃ 的過熱水蒸氣法蘭選用 PN63 的法蘭等級。
如果在源頭就減溫減壓， 直接減到 1. 6 MPa 飽和蒸氣，要輸送 16 t /h 的蒸氣， 按 GB /T 8163 選用 20 鋼管( Φ168.3 mm × 5.6 mm) ，管道單重為 22.47 kg /m，相對應的蒸氣流速為 21.8 m /s， 法蘭選用 PN25 的法蘭等級，見表 1。

管道輸送過熱蒸氣和飽和蒸氣比較

結果表明把同樣質量的過熱蒸氣變為飽和蒸氣輸送，體積增大，管道直徑增大，蒸氣流速變慢，法蘭等級減低。長距離輸送蒸氣管道間連線一般為直接焊接，所用法蘭很少，所以在法蘭上增加的投資極其有限，而管道的重量可以節約很多(從 22.47 kg /m 降到 20.72kg /m) ，用管道輸送過熱蒸氣可以節約成本， 經濟性比較好。過熱蒸氣在管道輸送過程中， 除了冷啟動時基本沒有積聚的冷凝水排出， 大大地減少了輸送過程中的熱損失。飽和蒸氣在管路輸送的過程中會有冷凝水積聚排出，損失能耗。蒸氣遠距離輸送過程中有壓力損失.，管路、彎頭、閥門等管路損失， 如果飽和蒸氣遠距離輸送到用汽點時難以準確控制蒸氣的壓力和溫度。飽和蒸氣遠距離輸送， 易產生水擊， 因此需要在蒸氣輸送管網中增加疏水器來避免或減少輸送中的水擊問題。所以無論選用外供蒸氣還是自備蒸氣的製漿造紙廠，在輸送過程中應儘量輸送過熱蒸氣，到用汽點前再減溫減壓。

不良影響

過熱蒸氣對設備造成的不良影響

無論是輸送來的蒸氣還是熱電站來的蒸氣基本都是過熱蒸氣，這種過熱蒸氣一般不能直接用於工藝生產，必需經過廠里的配汽站減溫後變成微過熱 ( 5 ～10 ℃ ) 蒸氣。但是， 經常會有造紙廠將上述未經減溫的過熱蒸氣直接用於生產，以至造成設備損壞，增加維修工作量。

任何鋼材都有使用上限( 相應受壓元件的最高設計溫度)， 隨著溫度升高， 鋼材會有一個軟化屈服點，當溫度高於軟化點後， 鋼材的強度將急劇下降， 同樣法蘭也會隨著溫度的升高而產生蠕變變形而降低其最高允許工作壓力，這將影響設備安全性和壽命。過熱蒸氣還可能使熱膨脹超值， 從而產生過度熱應力。以連續蒸煮設備為例， 使設備中的長管伸長量加大，超出設計值， 以致焊點鬆脫或周邊焊縫開裂滲漏，造成設備損壞。過高的溫度還易使設備中的密封件造成損壞而漏汽。

過熱蒸氣對藥液造成的不良影響

以連續蒸煮設備為例， 蒸煮管中被加熱的物料的介質有黑液和蒸煮藥液， 如果在蒸煮管中加入過熱蒸氣可能使不同溫度區內的藥液產生沸騰和閃急蒸發。蒸煮器中需要有較高的內壓以避免在不同溫度區內的藥液產生沸騰和閃急蒸發 。而過熱蒸氣有著較高的溫度，這樣會影響蒸煮效果。藥液的沸騰和閃急蒸發易在管壁形成垢，降低傳熱效果，還增加了除垢清洗維修的工作。

蒸氣過熱系統

過熱器的作用是將蒸氣從飽和溫度加熱到額定的過熱溫度。在鍋爐負荷或其他工況變動時，應保證過熱溫度的波動在允許的範圍內。 在電站鍋爐中，蒸氣過熱器是鍋爐的一個必備的重要部件，在很大程度上影響著鍋爐的經濟性和運行安全性。過熱器分為對流過熱器、半輻射屏式過熱器、輻射式過熱器（牆式過熱器）和包牆管過熱器。

所有的過熱器均在大型鍋爐中使用，過熱器常與水冷壁和氣包配合作用，單獨將過熱器用於加熱蒸氣來提高蒸氣品質的方法較少使用或運行時不穩定。直接提高蒸氣品質的方式有2種，一種是用電將飽和蒸氣加熱成過熱蒸氣，另一種就是用燃料燃燒產生的高溫煙氣對飽和蒸氣加熱，使蒸氣品質滿足生產工藝要求。用電將飽和蒸氣加熱成過熱蒸氣比較流行，但是耗電量和占地面積大，投資和運行成本高；然而用燃料燃燒產生的高溫煙氣對飽和蒸氣加熱是新型技術，這項技術符合國家的節能降耗政策。