为什么蒸汽压力越高,反而其热焓值越低?
一、 首先,了解几个概念
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,以后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(蒸汽的物理性质)中的这个数据。
	
二、我们知道,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。对上面几个概念的理解:
1、hf = 液体焓 (显热):水在液态下,把它的温度从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℃左右就可以烧开了;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,增加压力有效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。从附表二中可看出,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,因此可以使用的实际蒸发焓hfg就相对要比低压时少。
3、这从下面2个图中也可以看出,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。
1、蒸汽的压力增加,比容会减少,密度会增加。所以蒸汽输送的原则是高压输送,而此时管径会比较小。
2、因为压力越低,饱和蒸汽的热焓值越高,而且所有管道及换热设备等的制造成本也相对低很多,因此使用蒸汽时,在保证工艺要求的前提下,尽量使用较为低压的蒸汽。
	附图一:
	附图二:
 
附表三:
| 				 
  | 							 
  | 							 热焓  | 							 比容  | 		||
| 				 压力  | 							 温度  | 							 
  | 							 
  | 							 
  | 							 
  | 		
| 				 
  | 							 
  | 							 kJ/kg  | 							 kJ/kg  | 							 kJ/kg  | 							 蒸汽  | 		
| 				 kPaG  | 							 °C  | 							 水 hf  | 							 蒸发热焓 hfg  | 							 蒸汽 hg  | 							 m3/kg  | 		
| 				 0  | 							 100  | 							 419.04  | 							 2257.0  | 							 2676.04  | 							 1.673  | 		
| 				 5  | 							 101.40  | 							 424.90  | 							 2253.3  | 							 2678.02  | 							 1.601  | 		
| 				 10  | 							 102.66  | 							 424.90  | 							 2253.3  | 							 2678.02  | 							 1.533  | 		
| 				 20  | 							 105.10  | 							 440.80  | 							 2243.4  | 							 3684.2  | 							 1.414  | 		
| 				 40  | 							 109.55  | 							 459.70  | 							 2231.3  | 							 2691.0  | 							 1.225  | 		
| 				 60  | 							 113.56  | 							 476.40  | 							 2220.4  | 							 2696.8  | 							 1.083  | 		
| 				 80  | 							 117.14  | 							 491.60  | 							 2210.5  | 							 2702.1  | 							 0.971  | 		
| 				 100  | 							 120.42  | 							 505.60  | 							 2201.1  | 							 2706.7  | 							 0.881  | 		
| 				 150  | 							 127.62  | 							 536.10  | 							 2181.0  | 							 2717.1  | 							 0.714  | 		
| 				 200  | 							 133.69  | 							 562.20  | 							 2163.3  | 							 2725.5  | 							 0.603  | 		
| 				 300  | 							 143.75  | 							 605.30  | 							 2133.4  | 							 2738.7  | 							 0.461  | 		
| 				 400  | 							 151.96  | 							 640.70  | 							 2108.1  | 							 2748.8  | 							 0.374  | 		
| 				 500  | 							 158.92  | 							 670.90  | 							 2086.0  | 							 2756.9  | 							 0.315  | 		
| 				 600  | 							 165.04  | 							 697.50  | 							 2066.0  | 							 2763.5  | 							 0.272  | 		
| 				 700  | 							 170.50  | 							 721.40  | 							 2047.7  | 							 2769.1  | 							 0.240  | 		
| 				 1000  | 							 184.13  | 							 781.60  | 							 2000.1  | 							 2781.7  | 							 0.177  |