基本减温理论

过热蒸汽在某些应用中具有重要优势，例如用于发电站驱动汽轮机。然而，为高效用于加热应用，蒸汽必须经过减温处理。本教程介绍基本减温理论和相关计算。

过热蒸汽是指温度高于该蒸汽压力对应饱和温度的蒸汽。例如，压力为 3 bar g 的蒸汽饱和温度为 143.762°C。如果在此压力下继续向该蒸汽加热，它就会变为过热蒸汽。额外的热量使蒸汽具有以下特性：

温度高于饱和温度。
比饱和蒸汽含有更多能量。
比饱和蒸汽具有更大的比容。这三个特性之间的关系有充分的文献记录，可在大多数涉及蒸汽热力学性质的教材中找到。过热蒸汽主要用于发电厂，作为驱动汽轮机的动力。回顾朗肯循环可以证明，在驱动汽轮机方面，过热蒸汽比饱和蒸汽具有更高的热效率。

蒸汽过热还具有以下重要优势：

虽然过热蒸汽含有大量热能，但这些能量以三种形式存在：水的焓、蒸发焓（潜热）和过热焓。大部分能量存在于蒸发焓中，过热部分所含能量仅占较小比例。例如，取压力为 10 bar a、温度为 300°C 的过热蒸汽：

水的焓 = 763 kJ/kg

蒸发焓 = 2 015 kJ/kg

过热焓 = 274 kJ/kg

使用过热蒸汽作为加热介质时的传热系数是变化的、较低的且难以精确量化。这使得传热设备的精确选型和控制变得困难，同时还将导致更大、更昂贵的换热器。一旦过热蒸汽被冷却到饱和温度，传热系数会显著增大，并且蒸汽冷凝回水的温度是恒定的。这极大地有助于传热设备的精确选型和控制。与饱和蒸汽相关的高传热系数使得换热器比使用过热蒸汽的换热器更小、更经济。
某些工艺（例如蒸馏塔）在使用过热蒸汽时效率较低。
过热蒸汽的较高温度可能意味着需要更高等级、因而更昂贵的设备。
过热蒸汽的较高温度可能损坏敏感设备。这些缺点意味着过热蒸汽通常不适合热力过程应用。然而，有些工厂会产生过热蒸汽用于发电，从发电循环中取出部分蒸汽进行减温，然后用于过程应用，这在经济上是合理的。（有关过热蒸汽的更多信息可参见模块 2.3）。

还有一些工厂使用大量废料作为锅炉燃料。如果废料数量足够大，就可能产生过热蒸汽用于发电。

造纸和制糖行业可以找到此类工厂的实例。

在有过热蒸汽可供过程使用的工厂中，将过热蒸汽分配到工厂的远程端点是合理的，因为这将确保蒸汽保持干燥状态。

如果产生蒸汽的地点和使用蒸汽的地点之间有很长的管道，这一点就变得非常重要。

减温是将过热蒸汽恢复到饱和状态或降低过热温度的过程。大多数用于恢复饱和状态的减温器产生的排汽温度接近饱和温度（通常至少在饱和温度的 3°C 以内）。也有设计用于产生高于饱和温度 3°C 以上的排汽温度的方案，且经常被使用。减温器基本上分为两大类：

间接接触型——用于冷却过热蒸汽的介质不与其直接接触。可以使用较冷的液体或气体作为冷却介质，例如周围空气。此类减温器的实例包括管壳式换热器。在此类换热器中，过热蒸汽被送入换热器的一侧，较冷的介质被送入另一侧。当过热蒸汽通过换热器时，蒸汽失去热量，冷却介质获得热量。减温后的蒸汽温度可以通过入口过热蒸汽压力或冷却水的流量来控制。通常通过控制过热蒸汽的流量来实现这一目的并不实用，大多数系统通过调节冷却介质的流量来实现控制。
直接接触型——用于冷却过热蒸汽的介质与其直接接触。在大多数情况下，冷却介质与待减温的蒸汽是同一种流体，但处于液态。例如，在蒸汽减温器的情况下，使用的是水。图 15.1.3 显示了一个典型的直接接触减温站。当减温器运行时，通过减温器内部的混合装置向过热蒸汽中加入定量的水。冷却水进入减温器时，通过吸收过热蒸汽的热量而蒸发。因此，蒸汽的温度得以降低。

加入水量的控制通常通过测量减温器下游蒸汽温度来实现。减温后蒸汽的设定温度通常比饱和温度高 3°C。因此，在此类装置中，过热蒸汽的入口压力应保持恒定。