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流体控制工程

蒸汽的有效利用

热量总是从高温流向低温。
在锅炉中,通过换热管将热量从燃烧室传递给水。 
水被进一步加热,变成蒸汽后,通过管道从锅炉联箱传输给各个系统,因而利用蒸汽的热能。

由于锅炉中产生的蒸汽温度高于周围的空气温度,它通过炉壁内的管道将热量散发到空气中。
这种热量损失使蒸汽冷凝,变成冷凝水。
因此,需要对管道进行保温,将这种热量损失降到最低程度。
但由于需要将蒸汽的热能用于热交换器、空气加热器等,因此必须考虑各种因素,确保热量的传递高效而尽量长久。

如果是间接加热,或者间接地通过热交换器等加热物体,蒸汽将放出潜热,产生冷凝,变成冷凝水。
也就是说,如果是间接加热,则仅利用潜热。
对于饱和蒸气,压力越高,蒸汽的潜热越少。反之,压力越高,饱和水的显热就越多。
这说明,如果要用来加热,蒸汽压力越高,热量损失就越多。

例如,用热交换器加热 1,000kg 的水,使其从 20℃ 变为 80℃,需要 252,000kJ。
如果使用 0.1MPa 的干饱和蒸气,由于潜热为 2,210kJ/kg,
需要 252,000kJ/2,210kJ/kg ≒ 114.0kg 的蒸汽。
同样地,如果使用 0.7MPa 的干饱和蒸气,由于潜热为 2,056kJ/kg,
需要 252,000kJ/2,056kJ/kg ≒ 122.6kg 的蒸汽。
因此,如果使用 0.1MPa 的蒸汽而不是 0.7MPa 的蒸汽,可以节省的蒸汽为其差值,即 122.6-114.0 = 8.6kg 的蒸汽。

而且在任何情况下,显热都作为冷凝水由蒸汽疏水阀排出。
0.1MPa 蒸汽的显热为 503kJ/kg,0.7MPa 蒸汽的显热为 719kJ/kg。
此时,显热量的差值变为 (122.6kg x 719kJ/kg)-(114.0kg x 503kJ/kg) ≒ 30,807kJ,这种显热将作为冷凝水排出。
对于间接加热,如果使用压力高于所需值的蒸汽,热量损失将急剧地增加。
要决定减低多大的压力,需要将保证热交换器部分的温度条件和热交换器部分供汽口的尺寸且热交换能力不随压力的减低而下降作为先决条件。

建议

对于蒸汽来说,压力越低,蒸汽的比容就越大。
0.1MPa 时,蒸汽的比容为 0.9018cm3/kg,比 0.7Mpa 时的比容 0.2448cm3/kg 高约 3.7 倍。
因此,改为低压蒸汽时,需要重新审核蒸汽管的公称尺寸。
另外,使用低压蒸汽时,由于被加热物体之间的蒸汽温差在工艺装置中会变小,因此需要增大导热面积或增加设备数量。
但这种投资是暂时的,而低压蒸汽带来的利润却是长久的,这是显而易见的。

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