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正确理解热焓值,是管理蒸汽系统的必学基础知识。能更好弄懂以下的问题,让蒸汽系统更节能高效的运行。
1、为何蒸汽压力越高,反而热焓值越低?
2、为何蒸汽高压输送,低压使用更节能?
3、为何高压输送,要比低压时管径更小?
4、为何蒸汽含水多,或者设备积水,会增加能耗浪费蒸汽?
一、热焓值的理解
hf = 液体焓 (显热)(kJ/kg),也就是我们平常说的h′---我们不能利用的热量;
hg = 饱和蒸汽的总焓 (总热量) (kJ/kg),也就是我们平常说的h″;
hfg = 蒸发焓 (潜热) (kJ/kg)-我们可以利用的热量,也就是我们平常说的h″- h′。
hfg = hg - hf= h″- h′
这几个参数非常重要,各种热能工程的计算,阀门管道和设备选型,都需要查蒸汽表中的这些数据。
二、热焓值的定义
饱和蒸汽每一个状态点的的热力学特性参数是固定的,这也就是我们为什么要使用饱和蒸汽的原因。
1、hf = 液体焓 (显热):
水在液态下,温度从0℃提高到可以汽化的温度,这个阶段吸收的热量,称为水的液体焓或显热。
我们把0℃的水的焓定义为零,于是其它状态的焓,就可以根据其参考状态得出。
在大气压下(0 bar g),水在100℃时沸腾,把1kg水从0℃加热到100℃需要吸收419 kJ热量。
由此可以推导出水的比热容Cp是4.19 kJ/(kg·℃)。
2、蒸发焓或潜热(hfg), 也可称之为潜热:
这指的是在沸腾温度下,水变成蒸汽所需要吸收的热量。
期间,水和蒸汽的混合物温度不上升,所有的能量都用来把水,由液态变为气态,即饱和蒸汽。
正如从冰到水的相变过程,蒸发的过程也是可逆的。
当蒸汽遇到较低温度的表面时,蒸汽冷凝会放出同样多的热量。
当蒸汽作为加热用途时,通常就是利用这部分热量,也就是从蒸汽冷凝成凝结水所释放的热量。
3、hg = 饱和蒸汽的总焓 (总热量)
这是指饱和蒸汽的总能量,它是水的焓值和蒸发焓的总和。
三、压力与焓值的关系
1、在大气压力下水的饱和温度是100℃,但是,如果压力下降,比如说在西藏,则饱和温度会降低,其液体焓就低,水在80℃左右就可烧开;
如果压力上升,将会吸收更多的热量,饱和温度也将上升,但是并不发生相变。
因此,从这个例子知道,增加压力只是增加了水的焓值和饱和温度。
2、随着蒸汽压力升高,蒸汽的密度同样也增大。由于比容是密度的倒数,则比容随着压力升高而降低。
低压下比容随压力变化非常大,而压力较高时比容变化比较小。
所以压力越高时,饱和蒸汽的总热量hg肯定要增加,但其增加的比例就越少。
从蒸汽表中可看出,压力越高时,水的焓值hf增加得相对较多,而这部分热量是不能使用的显热。(文末有蒸汽表截图)
因此,可以使用的实际蒸发焓hfg,就相对要比低压时少。
通过以上2点的介绍,就回答了为什么蒸汽压力越高,反而其热焓值越低。
3、这从下面图中也可以看出,当压力越高时,饱和水由液态汽化为气态的蒸发过程(图中的水平线)是缩短的,这一段也就是我们说的蒸发焓hfg,(即热焓值)。
四、总结 一般使用蒸汽的原则为:高压输送,低压使用。
通过以上的介绍再结合蒸汽表,我们发现当压力越高,温度越高时,虽然蒸汽总焓hg增大,但增加的多数是水的液体焓(显热hf),而对加热有用的蒸发焓(潜热hfg)反而变少了。
压力越高,蒸汽密度增加,比容越小。蒸汽表中这些规律,就能很好的解释文章开头的问题。
1、蒸汽的压力增加,密度会增加,但比容变小,所占空间体积更少,所以蒸汽高压输送,此时管径会比较小,也能流过很多的蒸汽量。
2、因为压力越低,饱和蒸汽的热焓值反而越高,因此使用蒸汽时,在保证工艺温度的前提下,使用减压后的低压蒸汽更节能。
3、当蒸汽含水多,或者设备积水,就相当于只能利用到蒸汽中的液体焓(显热),而携带大量热能的蒸发焓却没有利用到,此时能耗大浪费蒸汽。
饱和蒸汽表
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