水達(dá)到飽和溫度時(shí)就成為飽和水,并開始蒸發(fā),直到成為干飽和蒸汽,溫度一定保持在飽和溫度范圍。然而,當(dāng)再 進(jìn)一步對(duì)干飽和蒸汽加熱時(shí),溫度則升高,這種比干飽和蒸汽溫度高的蒸汽稱為“過熱蒸汽”。過熱蒸汽的溫度與該壓 力下飽和蒸汽溫度的差稱為“過熱度”。此外,為了使干飽和 蒸汽成為過熱蒸汽所增加的熱量,可以用溫度計(jì)顯示出來,因此,它也是顯熱,其熱焓當(dāng)然也就增大了。
如前所述,飽和蒸汽的壓力與溫度之間有一定的關(guān)系。 如果已知壓力,那么,該壓力下飽和蒸汽的溫度就即可得知。 但過熱蒸汽的壓力與溫度之間無任何關(guān)系,只要加熱,多少不限,就能提髙溫度。因此,壓力一定的場合,其過熱蒸汽的溫度卻大不相同。
在一定壓力下,過熱開始的瞬間所增加的熱量不但提高了蒸汽的溫度,而且使其體積也增大(參看表7)。因此,當(dāng)壓 力相等,過熱蒸汽的過熱度越髙,蒸汽具有的熱量,即熱焓也就越大,所帶來的效益也應(yīng)越顯著。一般說來,過熱蒸汽和飽和蒸汽相比,有以下優(yōu)點(diǎn):
①在蒸汽輸運(yùn)管(蒸汽管)中和汽輪機(jī)等蒸汽原動(dòng)機(jī)內(nèi),即使溫度下降,也不會(huì)產(chǎn)生蒸汽凝結(jié),也就是說由于不 容易產(chǎn)生凝結(jié)水,蒸汽損失少,所以可防止凝結(jié)水(水滴)
產(chǎn)生的水擊作用。
②由于不容易產(chǎn)生凝結(jié)水,也就難以增加蒸汽原動(dòng)機(jī)內(nèi)的摩擦阻力,使蒸汽流通變得平穩(wěn)順利,同時(shí)也減輕了因凝結(jié)水而造成的內(nèi)部腐蝕現(xiàn)象。
③具有熱量多、容積大的特點(diǎn),所以用少量蒸汽可以做 大功。因而蒸汽消費(fèi)量少,可節(jié)省燃料。
過熱蒸汽也存在以下一些缺點(diǎn):
①生產(chǎn)過熱蒸汽,則需要設(shè)置與鍋爐配套的過熱器, 這時(shí)鍋爐的價(jià)格是同容量的鍋爐加上過熱器的價(jià)格,則需增 加費(fèi)用15%?20%,并且,使用方法復(fù)雜,使蒸汽成本增髙。
②過熱度即使提高了,但因?yàn)樘岣邷囟鹊谋壤退哂?的熱量不是成比例地增大,所以作為加熱源使用,其實(shí)用價(jià) 值不大。
因此,原則上,過熱蒸汽只適用于蒸汽輪機(jī)或蒸汽發(fā)動(dòng) 機(jī)等蒸汽原動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源(這種場合,由于蒸汽的膨脹力 產(chǎn)生的動(dòng)力,使熱能轉(zhuǎn)換成功),一般不作為加熱源來使用。
從表7過熱蒸汽的性質(zhì)和過熱蒸汽的優(yōu)點(diǎn)來看,理論上 可以認(rèn)為,過熱蒸汽即使作為加熱源使用,可能蒸汽的利用率會(huì)很高,并且是很經(jīng)濟(jì)的。然而,從實(shí)際上看,過熱蒸汽 作為如熱源,并不適當(dāng)。以下對(duì)此進(jìn)行說明。
過熱蒸汽在作為加熱源使用的場合,如果目的在于使用 熱量,那么,也是有很大效果和價(jià)值的??墒?,如果其使用目的著眼于溫度(例如,要使被加熱物加熱至200°C,需使 用壓力為20kgf/cm2g下的220°C的過熱蒸汽。如果這時(shí)使 用飽和蒸汽的話,那么需要壓力比20kgf/cm2還要高的高壓蒸汽),在理論上暫且不論,而實(shí)際上必然會(huì)失敗的。
其原因是,蒸汽放熱時(shí),如果是飽和蒸汽,則釋放內(nèi)部潛在的潛熱,這時(shí),潛熱全部釋放,直至還原為飽和水的狀凝結(jié)水溫度不變也不會(huì)降低。因此,等于在同一壓力下保持同 一溫度。然而,過熱蒸汽的過熱溫度是顯熱,并且與過熱度 相比,顯熱的熱焓小,稍一放熱,溫度降低則十分顯著,因此,維持一定的過熱度再進(jìn)行放熱,不僅是不可能的,而且溫度下降很快。
但是,在單純以加熱為目的而使用蒸汽的場合,過熱蒸汽的有效熱量比同壓力下的飽和蒸汽僅僅多出相當(dāng)于過熱度 的熱量,其熱效率可能會(huì)高。可是,從熱量交換的角度上看,其效果如何呢?關(guān)于這一點(diǎn),可以引用中條義守氏的著作《燃料的節(jié)約和汽缸的保養(yǎng)》一文:
“這個(gè)問題,即使有識(shí)者,也往往陷入錯(cuò)覺之中,進(jìn)行 錯(cuò)誤的解釋,在一般情況下,假如對(duì)傳熱系數(shù)或傳熱熱阻進(jìn) 行研究的話,那么你自己得出的僅僅是理論上的判斷。也就 是說與蒸汽到傳熱面的傳熱熱阻相比,在總熱阻或被加熱面的熱阻顯著增大時(shí),當(dāng)然過熱蒸汽的傳熱量多。例如,采曖用的散熱器上,如果只是為了使它保持一定溫度而輸送過熱蒸 汽的話,這種方式應(yīng)比同壓力下的飽和蒸汽的放熱量多,即在這種場合下,接觸空氣的表面?zhèn)鳠釤嶙韬艽?。換言之,因?yàn)榭諝獾睦鋮s能力非常弱,因此散熱器的的表面溫度也比同 壓力的飽和蒸汽要高,進(jìn)而釋放的熱量也應(yīng)該多。
但是,當(dāng)過熱和飽和兩種蒸汽是在同一溫度時(shí),飽和蒸汽對(duì)傳熱面的 熱傳導(dǎo)系數(shù)大,因此,其放熱量也應(yīng)該多。對(duì)此,蓋布哈爾 特也闡述了同樣論點(diǎn),即:若用在給水加熱器上,即使是過熱蒸汽,其交換管壁上的熱量與同壓力的飽和蒸汽幾乎是一樣的。為什么呢?因?yàn)榻?/span>觸水的一側(cè)的傳熱系數(shù)大,即水的冷卻能力特別大的緣故,實(shí)際上與過熱蒸汽的溫度高低無關(guān)。事實(shí)證明,不可能把管外面的溫度升高到同壓力的飽和蒸汽的溫度之上”。
“無論怎樣,對(duì)這些問題只要認(rèn)真研究各傳熱系數(shù),就可以在理論上得出正確的判斷。然而比這更重要的是,面對(duì)目前的實(shí)際問題,在一般情況下,對(duì)過熱蒸汽的溫度所抱有的迷信,從一開始就應(yīng)毫不猶豫地打消,而應(yīng)該把目標(biāo)放到熱效率上來考慮過熱蒸汽的利用,這才是加明智的”。