热力系统的运行与节能(1)北极星电力网技术频道 作者: 2011-5-18 16:29:19 (阅1580次)
所属频道: 火力发电 关键词: 热力系统 热能利用率 能耗
热力系统的运行与节能
企业主要能耗为两大类——热能和电能，对许多化工企业来说，热能消耗往往要比电能消耗还多。节能不但关系到企业经济效益，更关系到我省乃至我国经济持久发展的头等大事，各行各业必须加强加深节能意识。
工业二次热能主要来源于蒸汽，这些年来，导热油传热也得到了广泛应用，而电加热，虽方便灵活，但代价大，通常不提倡连续大量应用，因为电能来之燃煤传热产汽而发电，若再把电转回去发热甚至产汽，多少存在着逆向倒退含意。
例如：5000千卡/公斤的普煤，通过锅炉燃烧产出4000千卡热值的蒸汽，价值约0.8元。1度电100%效率的换热，也只能换成860千卡热值，4000千卡的热要用4000÷860=4.65度电来换得，4.65度电的谷电和尖峰电代价分别为1.6元和4.4元(尖峰谷电均价也要2.8元)，显然电热比蒸汽发热代价大的多。
热力系统节能包含：燃煤、产热、输送、使用、回用及系统优化运作等环节，我们这里侧重从蒸汽及导热油的日常运行，用一些简化了的计算和介绍一些节能知识及经验，供企业里从事项目设计、布局、施工和生产使用、操作、保养、维修及管理工作者参考。
一、 空气是传热系统的一大隐患
空气只有流动起来才有利于传热，而静止不动的空气是传热系统中的一大障碍，这是因为空气自身导热系数很小，在100℃时，棉花的导热系数为0.07W/m.℃，而空气的导热系数仅为0.032W/m.℃,空气导热系数要比棉花小一倍多，热阻与导热系数成反比，故静止空气的热阻很大，这将严重阻碍着热的传递。
(一) 空气来源：
① 空气随锅炉给水一并进入锅炉，然后随蒸汽进入系统;
② 在蒸汽系统停用时，系统的剩余蒸汽会凝结，凝结会产生真空，容易将外边空气从系统各种连接部件缝隙中吸入;
③ 蒸汽系统在拆装维修时进入的空气。
(二) 空气危害：
① 蒸汽管道系统的空气会降低蒸汽输送速度;
② 空气积在传热设备或盘管内表面会产生冷点，冷点成为应力集中点(1毫米气膜的热阻相当于13米厚铜的热阻,两者热阻相差13000倍)，造成散热器等的局部应力损坏;
③ 有报道：如果蒸汽中存在重量含量1%的空气，约使换热系数降低60%;
④ 换热设备疏水器端积聚空气，会产生气锁，阻碍冷凝水的排放;
⑤ 空气中的氧气等是金属氧化腐蚀的根源，空气中的二氧化硫、二氧化碳及氮
氧化物等酸性成分会酸蚀金属部件;
⑥ 空气属于不凝性气体，混合在蒸汽里，会减少单位容积的蒸汽所含热能，使蒸汽冷凝温度降低(由于空气的分压存在，使蒸汽的实际压力要比显示的表压要低，蒸汽实际压力低，冷凝温度就低)。
【注】道尔顿分压定律：混合气体的总压，等于各组成气体的分压总和，每一组成气体都单独占据空间，而各气体的性质不变。(例如：某设备管道指示压力为0.8Mpa，假如其中的空气压力为0.2Mpa，那么实际蒸汽压力仅为0.6Mpa，0.6Mpa饱和蒸汽的温度为165℃，不会是0.8Mpa饱和蒸汽的温度175℃。
⑦ 这些年来，在我省绍兴地区的导热油锅炉就有一千多台，导热油管道系统内也会积聚空气和挥发气体，同样影响着传热。更怕气体使导热油锅炉循环油泵产生空转，空转会使高温炉膛盘管内的导热油流速变慢、甚至停止不流动，引起导热油过热、过烧或结焦，而这时的炉外温度计是显示不出炉内静止油的高温情况，这种隐患会使导热油过早、粘稠、劣化，甚至爆管，威胁锅炉安全运行。
(三) 排除空气：
我们在管道安装布置和走向中尽量减少聚气死角，在系统设备的高端及末端可能积聚气体处，装手动或自动排气阀，减少聚气隐患，提高换热效果;
导热油锅炉系统的油气分离器、高位槽高度、膨胀管坡度及流量、超温或压差报警保护装置等都要按《有机热载体炉安全技术监察规程》规范制作和施工，司炉工要正确无误按操作规程司炉。
二、冷凝水的排放和利用
冷凝水排放不良是造成蒸汽系统运行不良的主要问题，它会形成腐蚀和侵害蒸汽热力系统，造成换热设备及阀门、阀芯等部件过早的蚀损失效。
(一)冷凝水积聚和滞留带来的危害：
①流入管道设备死角区的冷凝水，会吸收二氧化碳和氧气形成酸性腐蚀液;
②蒸汽凝结水滴，其密度比蒸汽增加千余倍，水滴随蒸汽高速运行(通常水速仅1-3米/秒，而蒸汽流速往往达20-40米/秒)成“高速子弹”(称之为水锤)，撞击和冲刷设备、管道、弯头外侧、阀座和阀芯等。
③设备容器积留的冷凝水，会被开启时的大量蒸汽汽化，体积瞬间膨胀千余倍(常压100℃时的水,汽化后体积增加1700倍)，会膨胀损坏相关阀门等部件。
④换热设备冷凝水不及时排出或堵塞严重，会影响换热或无法进行热量交换。水的热阻是钢板的60倍，传热表面水膜增厚不但影响传热，更会占据蒸汽空间，会使蒸汽凝结潜热放热逐渐变成单相对流显热放热，换热效率大大降低。
所以，我们在安装管道系统时要减少积水死角，在
冷凝水容易聚集的管道与设备低处，必须安装疏水阀，以便及时有效排放冷凝水。
(二)冷凝水的价值(热值单位：千卡、kcal)
冷凝水是蒸汽换热的必然产物，其本质与汽化前的饱和水并无区别，仍具有可观价值，绝不可视为废水。
假如，某设备用汽量为10吨/时(10000公斤/时)，冷凝水排放温度为90℃，环境温度为20℃，水比热为1千卡/公斤.℃，一年按7200小时计算，则：
① 热量价值：(90-20)×1×10000×7200=504000万千卡，若蒸汽按65万千卡/吨、130元/吨计，其热量价值504000÷65×130=100.8万元。
② 水处理价值：冷凝水是软化水，可供锅炉用水，处理费按2元/吨计，
水处理价值=10×2×7200=14.4万元。
③ 水本身价值：按1.5元/吨计，10×1.5×7200=10.8万元.
④ 热水排放负面价值:通常热水排放的处理费要高于购水费,法规规定：液体排放至公共下水道温度不得超过43℃。
仅比较①②③项就可看出凝结水的热量价值很高。更何况不少疏水阀漏率汽高达6%，另外，汽压高、背压大的凝结水温都超过100℃，在排到大气时形成二次蒸汽，其热量的利用价值将更大。
不少凝结水管道保温差或未保温，其实只回用了水的本身价值，未利用其价值高的热能价值。我们应设法在冷凝水温度尽可能高的时候加以充分回收。
三、疏水阀的失效、泄漏及损失
疏水阀英文常写成“steam trap”意为“蒸汽捕集器”，我们称其为“蒸汽节能器”更为恰当。疏水阀虽小，却是蒸汽节能的关键之一。一些企业习惯用明令淘汰的价廉质次的万能型热动力式疏水阀，这种疏水阀正常工作，在排水时被带出的蒸汽也达3%以上，且其使用寿命短。人们如果缺乏对疏水阀价值的理解，常会使疏水阀形同虚设。我们发现一些企业对疏水阀存在如下欠缺：
选型缺依据、购买择便宜、安装欠监管、光用不维护、故障走旁通。
疏水阀是处在温度、压力、汽液混相、频繁动作和冲击腐蚀等恶劣条件下工作，选型、购置、安装、使用及维护等方面的欠缺都会加剧其失效。
(一)疏水阀失效原因及措施：
①正常使用的磨损。及时拆修换件;
②污垢杂质的堵塞。及时清理维护;
③蒸汽系统的水锤等损伤。要缓慢开启进汽，冷车开旁通阀前，应将疏水阀前的截止阀关闭(疏水阀与旁通阀同时打开易破坏疏水阀水封和损坏密封件)，当旁通阀出蒸汽时，及时关闭旁通阀，开通疏水阀;
④锅炉给水经水处理后，水中硬度成分(钙镁离子)基本被去除，但水中碱度成分(碳酸根离子等)却没有变化。这些碱度成分在高
温、高压下会分解出二氧化碳进入蒸汽、冷凝水系统。二氧化碳溶于冷凝水中成碳酸，使冷凝水呈酸性(10ppm的 CO2浓度就可将pH值从7降至5以下)。酸性冷凝水对碳钢管路腐蚀性很强，故要尽量减少或防止炉水随蒸汽带出(炉水害处后述);
另外，大气中CO、NOX、SO2、CO2等酸性成分也会使冷凝水产生腐蚀，所以，我们要尽量减少系统进空气，并及时排出各种积聚的空气;
⑤冬天积水未放尽，使阀体冷冻开裂损坏。冬天疏水阀停用前要放尽积水;
⑥安装保养欠缺。阀前要装过滤器，应水平安装，每3-6月拆检保养一次;
⑦选型失误(不看样本说明和资料，不考虑各种类型的疏水器特点及过冷度、压差、耐温、排量等参数)。要熟悉使用条件后再选型和购置。
(二)疏水阀失效和泄漏的危害和损失
顾名思义，疏水阀就是一种具有“疏水堵汽”之功能的阀门。
①如果疏水不畅，冷凝水排不掉，换热效果就会差，此时操作工只能开旁通阀运行，甚至产生“旁通操作效果好”的错觉，这样，用大流量供汽、蒸汽大进大出来维持生产，使大量尚未“消化吸收”的蒸汽直接排出，将更加浪费热能，漏气能耗往往要超10%!
②如果疏水阀堵汽不严，或其旁通阀关闭不严，都在漏汽，积少成多，一年将会造成上万元的损失浪费。
例如：一个φ8的漏孔，取蒸汽流速20米/秒、表压0.4Mpa(密度2.7公斤/米3)、 价格0.13元/公斤，试算一年的漏汽损失为多少?
解答：一年漏损=(0.008/2)2×3.14×20×3600×7200×2.7×0.13=9142元/年;
例如：一台用汽量只有1吨/时的设备，若按疏水阀的一般泄漏率3%计算，
一年也将浪费蒸汽=1×3%×7200=216吨。价值约2.8万元。
③泄漏还会使同一排水系统的其它疏水阀的背压过高而无法正常工作;
④较多蒸汽漏进冷凝水管道，还易产生水击或汽化等危害。
值得介绍的还是多年前国家经贸委、机电部、能源部及杭州节能中心等单位推荐杭州西湖阀门厂生产的“李氏”牌新型自由半浮球式疏水阀，它是八十年代初，在日本“UFO” 飞碟式疏水阀基础上进行创新研制、并获得“中国专利新技术新产品博览会”金奖的产品，价格虽比其他国产疏水阀贵些，但比进口疏水阀价格便宜，且比同口径热动力式疏水阀的排量大得多，使用寿命也长(十年前的疏水阀仍有正常在用的)，泄漏量≤0.1%，背压率≥85%，虽贵但值，一只长时连续使用的疏水阀，往往半年节能就能收回投资。
能量浪费是分分秒秒在发生，节能要靠日积月累来核算，我们不可忽视小小疏水阀，务必要做到：合理选型购置，正
确安装使用，及时保养维修，使疏水阀真正做到疏水堵汽之作用。
四、蒸汽换热的特点
除了民用和炼钢用煤外，绝大部分的煤是用来生产蒸汽，蒸汽由于清洁无毒便于输送，除了发电用蒸汽外，绝大部分蒸汽用于加热物料和换取热量。
蒸汽热值由两部分组成：相态不变而温度下降时放出的热称为“显热”，相态变化而温度不变时放出的热称为“潜热”。
1公斤水，若温升1℃，需1千卡热量，若从20℃温升至100℃，要80千卡热量;而1公斤、100℃水全变成为100℃的蒸汽，却要539千卡热量，前者80千卡就是显热，而后者539千卡却为潜热，蒸汽换热的关键在于潜热。
(一)介绍一些常用物理参数(供一般参考使用)：
1)比热(单位：千卡/公斤.℃)：
①水(20-220℃)≈1-1.1 ②冰≈0.5 ③蒸气≈0.4-0.45 ④空气、烟气≈0.24-0.26 ⑤导热油(100-320℃)≈0.5-0.7 ⑥氯化钙盐水(-20-+20℃、25%浓度)≈0.64-0.69
2)饱和蒸汽对应参数如下：
表压 (Mpa) 0 0.2 0.4 0.6 0.9 1.1 2.26 … 22.5
温度 (℃) 100 133 152 165 180 183 220 … 374
密度(Kg/m3) 0.59 1.65 2.66 3.66 5.14 5.63 11.6 … 322.6
汽 化 热( Kcal/ Kg) 539 519 505 495 482 480 443 … 501
总 热 值 Kcal/ Kg) 639 652 657 660 664 665 669 … 0
从上述数据可以看出：
a)饱和蒸汽热值≈汽化热+温度×1(水的比热);
例如： 压力0.2Mpa、温度133℃的饱和温度蒸汽的热值≈519+133×1=652 Kcal/Kg。
b)蒸汽密度与蒸汽绝对压力基本成正比例关系;
例如：表压0.4Mpa=绝对压力0.5Mpa的蒸汽密度为2.66 Kg/m3，与表压0.9Mpa=绝对压力1.0Mpa的蒸汽密度为5.14 Kg/m3相比，两者的绝对压力比=1.0/0.5=2，正好差一倍;两者的密度比=5.14/2.66=1.93233，也接近增加1倍。
c)随着蒸汽压力增加，蒸汽温度也增加，但蒸汽总热值增加不多，增加只是液体水的热值(1公斤，升1℃，增1千卡)，而汽化热随压力增加反而在减少。
例如：压力0.2Mpa与0.9Mpa的饱和蒸汽相比，蒸汽总热值仅增加664-652=12千卡/公斤，而汽化热反而减少了519-482=37千卡/公斤;
d)当饱和蒸汽压力到2.26Mpa时，热值为最高值669 Kcal/Kg(千卡/公斤)此时如果压力和温度再上升，热值和汽化热都反而在减少了。当饱和蒸汽到了临界温度374℃时，其汽化热为0，热值仅501 Kcal/Kg。
3)过热蒸汽对应参数如下：
表压 (Mpa) 0.4 0.4 0.6 0.6 0.8 0.8 1.2 1.2
温度 (℃) 200 280 200 280 200 280 200 280
密度(Kg/m3) 2.35 1.98 3.33 2.79 4.34 3.69 6.44 5.29
热 值 Kcal/ Kg) 683 721 681 717 677 715 674 712
分析上述饱和蒸汽和过热蒸汽之参数，我们得出如下一些结论：
a)同压力的过热蒸汽，密度随蒸汽温度增加而减小(这道理与空气一样);
例如：同0.4Mpa蒸汽，其温度在280℃时比200℃时的密度小2.35-1.98=0.37 Kg/m3
b)同温度过热蒸汽，密度随蒸汽压力增加而增加，热值随压力增加反而略减一些;
例如：同是280℃的过热蒸汽，压力0.8Mpa蒸汽的热值反而比压力0.4Mpa蒸汽的热值小了721-715=6千卡/公斤。
c)在较高压力下输送蒸汽，管道压力损失就会少些，这是因为汽压大，密度大;密度大，蒸汽的质量流量就小;也即蒸汽在管内流速就小，因为流速的2次方与管道阻力成正比，故，流速小，压力损失就小。
d)进换热设备的蒸汽压力过高，会使蒸汽在高压高温下冷凝，使之凝结水排出温度过高，从而降低蒸汽换热效率，带来更多的热损;
e)过热蒸汽热值≈饱和蒸汽热值+超过饱和温度值×0.44(过热蒸汽比热);
例如：0.4Mpa280℃过热蒸汽热值=657+(280-152)×0.44 =713≈721(Kcal/ Kg)
f)同样压力下，过热蒸汽热值比饱和蒸汽热值高得并不多，增加的热值约等于温度增加值×0.44(比热);
例如：过热温度增加值280-152=128℃，热值只增加128×0.44=56.32(Kcal/ Kg)g)蒸汽从饱和点汽相转为液相，温度不变，就能释放500大卡左右的潜热;
例如：常压下1公斤100℃(饱和温度点)的蒸汽，冷凝成为1公斤100℃的水时，就能释放出539大卡的热量。同理，常压下每汽化1公斤水，需要吸收539大卡的热量。这都是一种潜热交换。
然而，1公斤汽冷凝成水，每降1℃,只释放出1大卡热量,这是一种显热。
同理，1公斤水汽化后再升温，每升1℃，只吸收不到半大卡的热量，这也是一种显热。这种无相变的显热与汽液相变的潜热有着本质的差别。
h)通常工业锅炉产出的是饱和蒸汽，它在一定压力下都有着严格对应的饱和温度点，超过饱和温度点的蒸汽就成为过热蒸汽，所超过的温度即为过热度。
例如：在同是0.8 Mpa汽压下，其饱和温度为175℃，当温度降至174℃，就会成为液体水;当温度升至176℃时就成为有1℃过热度的过热蒸汽。
例如：0.8 Mpa压力、275℃温度的蒸汽，就是一种有275-175=100℃过热度的过热蒸汽(100℃过热度所带来的显热≈100℃×0.4=40千卡/公斤)。
i)蒸汽换热，主要靠蒸汽冷凝换热，它是一种从气相变为液相、具有相变的潜热换热，与单纯气相(空气)或液相(导热油、热水等)那种无相变的显热换热相比，其换热系数往往要大十至百余倍，换热量=换热系数×换热面积×温差，换热系数大，在同样温差条件下获取同样热量所需的设备换热面积就小;
j)过热蒸汽主要用于汽轮
机发电，供汽轮机组的蒸汽必须是压力和过热度都很高的绝对干燥的过热蒸汽;
k)由于过热蒸汽的传热系数小，传热能力差，换热效率低，因而散热也就少，故蒸汽留有适当的过热度，能减少蒸汽管道输汽时的热损和凝结水量。
L)过热蒸汽通常不宜作换热设备的热媒使用，进换热设备的蒸汽还是没有过热度的饱和蒸汽更有利提高热效率;
m)潜热与显热的差异，还可从一些日常例子来验证：
①盛夏炎热的地面或容器上喷淋水，很快就感到凉快或容器得到降温，那是水的蒸发汽化，吸收了大量潜热缘故;
②下雪比化雪感到暖和，是因为水凝结成冰雪，在释放潜热，而化雪时需要大量吸收潜热的缘故;
③酒精擦皮肤感到凉爽，也是酒精蒸发汽化而吸取潜热之缘故;
④北方气温零下几十度不觉太冷，而南方气温零度或零上就能冻伤手脚;炼钢炉旁空气温度高达二三百度工人还能工作，而不到一百度的水就能烫伤皮肤，都是因为干热或干冷与湿热或湿冷的潜热多少之差异;
n)温度和热量不是同一物理量，温度高并不等同热量多，热量要靠流体的流量及传热系数等来保障，用过高温度的过热蒸汽来换热的缺点：
①过热蒸汽换热过程中，从过热温度降到饱和温度的降温梯度很大(有达百余度)，它的无相变的显热交换阶段较长，而此阶段传热系数小，实际换得热量并不多，此阶段所需要设备的换热面积却较多，从蒸汽中获得大量热量还得过热蒸汽成为饱和蒸汽后才能释放的大量潜热;
②过热蒸汽降温梯度大，换热设备表面温度变化也大，易使各种换热设备(搪瓷锅夹套式、石墨换热器、列管式和螺旋板式等)因温差应力变化大而引起疲劳损伤、缩短使用寿命(一般搪玻璃反应锅的搪瓷耐冷热冲击规定≤110-120℃);
③因过热蒸汽换热能力差，当设备开始预热阶段或加大负荷运行时，员工为了尽快满足热量的需求，往往大开阀门，但过热蒸汽却来不及降温、冷凝释放潜热而积聚在疏水阀前，引起疏水阀超温损坏而漏气;
④有时过热蒸汽温度虽高，但压力很低，员工把蒸汽减压阀的旁通阀打开。这样，当系统负荷减小时易超压运行(还会危及设备安全)，使进出换热器的压力过高(疏水阀承压升高，易损坏)，产生的高温凝结水被疏水阀排到空间成二次蒸汽(闪蒸汽)排出，而蒸汽在高压下冷凝比低压下冷凝所放出的潜热小;
⑤因过热蒸汽换热系数小，为了满足生产不得不增加换热器面积，那样话，在低负荷运行或负荷变动时运行又易产生末端换热片汽水混相，产生水击和蚀损，这样也易使
疏水阀损坏或产生气阻而失灵;
⑥换热面积增大，过多的换热片串联叠加，既增加换热设备的投资和安装费用，又增加被加热的流体阻力，从而使泵或风机的功耗也加大;
⑦如果换热器重叠过多过密集，污垢灰尘日积月累，易引起的阻塞，而污垢的热阻与保温材料相近,从而进一步降低换热效率和增加风机等动力费用;
⑧常用的设备、流量计、温控阀、疏水阀的使用温度均约200℃，而过热蒸汽往往超过200℃，容易使这些设备、阀门及仪表寿命均缩短;
⑨过热蒸汽温度高，使整个设备和管道系统的保温费用相应也增加。
⑩饱和蒸汽是靠释放冷凝时的潜热来换热，潜热交换的换热器并联布置，可提高换热速度，其传热系数大，热效率也高。同热量交换，饱和蒸汽所需设备换热面积要比过热蒸汽小，故综合费用低，又能做到在饱和温度点恒温冷凝换热，避免了换热部件因温差大带来的隐患。
五、蒸汽系统运行的原则
(一) 在系统压力能承受的前提下，尽可能用高压力输送蒸汽
1、在额定工作压力下的工业锅炉通常能保证提供国家规定含水量≤5%的饱和蒸汽。人们习惯锅炉低压运行，这对役龄老的陈旧炉子或许不得已而为之。然而，锅炉出汽口径是按额定压力下的产汽量来设计的,在额定供汽量时的低压供汽，会使锅炉出口的蒸气流速倍增(蒸汽压力与密度成正比，压力低一半，流速约增一倍)，导致过多的炉水随汽带出，汽中含水量过多，既降低蒸汽品质和换热效率，又易损坏设备管线(水随汽高速流动，加速磨损)，还有炉水会污染热力系统的管道阀门和换热部件，这些污垢不但影响换热传热，还会引起设备故障，这对有过热器管束的锅炉，还会因炉水过多而堵塞爆管，迫使锅炉停炉。
同时，流体阻力与流速的平方成正比，流速高，压力损失就大,使之下游管道的汽压更小,甚至难以满足生产,故应在额定压力下尽量用高的压了输送蒸汽。
【注】这道理类似用高压输送电一样，高压送电也能减少电能在电缆上的线损。
2、蒸汽压力高，密度大，同流量的输送管径也小，故管材、保温及设施安装等综合费用也少(详见蒸汽管道口径选型图表2)。
3、蒸汽管径小，管道表面积也小，相对来说，管子的散热损失也少些。
(二) 在满足生产所需温度前提下，尽可能使用较低的蒸汽压力
进换热设备的汽压不要盲目“追高”。依据介质所需的温度，找出满足生产温度的饱和蒸汽压力(饱和蒸汽压力与温度均有严格的对应关系，可留些余量)，在较低压力下使用蒸汽，能使饱和蒸
汽在接触冷介质换热后，迅速冷凝释放出较多潜热，并在饱和点温度下保持恒温传热。这样传热效率高，传热量大，疏水阀排水温度也小，其闪蒸(二次蒸气)损失少。
但如果是过热蒸汽，当其减压后的过热度将会更大，更不利于换热。
(三) 其他节能原则
1、如果生产需要大量热水，要尽可能选用热水锅炉，直接产热水和供热水;
2、如用蒸汽加热水，要尽量不用高品位的过热蒸汽或高压力饱和蒸汽，应用低压力饱和蒸汽，或充分利用一些换热设备的自然高度差, 使高温凝结水自流入热水槽或软水箱内，减少水泵输送的电耗。并做好管道、储槽的保温，减少贮运过程中热量损失。如果采用泵输送凝结水，要避免多次传递或多泵并联，各路回水并联泵输入同一根管道，会造成各泵之间压差所造成的压损内耗……。
3、利用热力源的中心位置，合理布置用热设备(同类设备集中布局)，饱和蒸汽温度、压力进行梯度分级使用、凝结水高低落差和兼顾距离远近、尽量使能源平稳、平衡、少走弯路和良性循环，达到综合利用、物尽其用。
4、通常化工换热设备都是以饱和蒸汽为介质来设计的。如果用0.6 Mpa 265℃的过热蒸汽，也是要降温到165℃饱和温度时才释放出大量潜热(495千卡/公斤)，一些企业简单以为蒸汽温度高，得到的热量一定多,如果此时实际被交换得到的热量，小于物料所需热量(能量供需不平衡)，蒸汽温度再高，也无济于事的(除非蒸汽大进大出，不计能源浪费)。
5、搪瓷锅的搪瓷是脆性材料，搪瓷的冷热冲击性能指标为110-120℃，过热蒸汽温度过高，在温度高低突变时易爆瓷，所以员工在开阀门送蒸汽时或送冷冻盐水时都要缓慢，减少冷热冲击带来不必要的损失。
6、为了帮助“消化吸收”过热蒸汽，把高温、高压过热蒸汽，通过减温减压装置，变为饱和蒸汽进入换热设备。过热蒸汽通过喷水减温时，所增加的蒸汽量约为千分之一的过热度。但用于减温减压所喷水绝不可短期行为用硬水，否则将给换热设备带来结垢的严重隐患，最终影响换热效率。
7、用蒸汽加热空气的多组重叠安装的空气换热器，为了加快蒸汽潜热交换，多组换热片的进汽端应并联接入，随着热交换的蒸汽冷凝、体积缩小，可逐步减少并联换热器的片数，在进入末端换热片，可串联成单片排出冷凝水，这种并联串联组合，既能通过换热升温速度，还能充分利用蒸汽热能，降低冷凝水温度。
8、当生产要求被加热物料介质温度高于现有蒸汽温度，有采用蒸汽增压等办法来提高蒸汽温度，还有使物料在负压下蒸
发来提高汽化热效率。
9、一些生产线仅白天数小时用蒸汽，晚上不用蒸汽，一整夜的冷却，热力管道中的蒸汽全凝结成水，第二天开冷车，重新暖管又要耗费。这样蒸汽的损失就远不不止10%，所以还要充分安排调度好生产，避免热热冷冷的浪费。
10、还有，蒸汽运行系统的均衡用汽非常重要，某时间段大量用汽(加热水)，会使汽压大降，引起其他用汽设备瘫痪，甚至造成系统的故障和事故……。
上述提高热能利用率的举措和原则都得靠人完成，所以人始终是节能第一要素，我们要从设备购置使用及维护全过程、生产投料开启操作全方位来抓节能。
六、平衡与匹配
节能的关键理念和要领就是要做到能源的平衡与匹配，这里包含着能源产销和供需的平衡与匹配;上下和进出流程的平衡与匹配;管网和布局的平衡与匹配，换热设备的串联并联要平衡与匹配……。
换热系统中，设备和管道阀门等都是热量供需双方的载体，热量供需要平衡，系统各载体通道要匹配，任何环节的瓶颈或失配，都会长期带来损失和浪费。
比如管径选大了，会带来综合损失(含管材、安装、保温和散热)，管径大形成冷凝水也增加，这些损失不是随产量而同步变动的变量成本，是一种固定成本，产量越少，占有成本比例越大;
管径选小了，压降大，流速快，易产生水锤和冲蚀，同时卡喉咙，供汽量不够，也限制换热能力。
例如，用DN250的管道输热媒给某换热器，施工中只取2路DN80的支管并联接入换热器，这样，总管与支管两个通道截面积约差2502÷(2×802)=4.9倍!很不匹配。这里不是DN250选大浪费了，就是DN80选小阻塞了。
【注】有关蒸汽管道口径选型详见表2。
我们无论是搞项目，还是抓生产，要因地制宜、集思广益和讲究科学，要充分整合、挖掘和发挥各种资源的内在潜能。
管道热量损失表 表1
表面温度 管 径(mm)
℃ 15 20 25 32 40 50 65 80 100 150
热量损失 W/m(瓦/米)=0.86kcal/mh(大卡/米时)
56 54 65 79 103 108 132 155 188 233 324
67 68 82 100 122 136 168 198 236 296 410
78 83 100 122 149 166 203 241 298 360 500
89 99 120 146 179 206 246 289 346 464 601
100 116 140 169 208 234 285 337 400 501 696
111 134 164 198 241 271 334 392 469 598 816
125 159 191 233 285 321 394 464 555 698 969
139 184 224 272 333 373 458 540 622 815 1133
153 210 255 312 382 429 528 623 747 939 1306
167 241 292 367 437 489 690 713 838 1093 1492
180 274 329 408 494 556 676 808 959 1190 1660
194 309 372 461 566 634 758 909 1080 1303 1852
蒸汽管道口径选
型表 蒸汽流量(Kg/h) 表2
压力
Kg/cm2 流速
m/S 管 径(mm)
15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150
0.4 15 9 15 25 43 58 85 136 210 362 569 822
25 14 25 41 71 97 150 227 350 603 948 1369
40 23 40 66 113 154 254 363 561 965 1517 2191
0.7 15 10 18 29 51 69 114 163 251 433 651 963
25 17 30 49 85 115 190 271 410 722 1135 1630
40 28 48 78 136 185 304 434 671 1155 1615 2821
1 15 12 21 34 59 81 133 189 292 503 791 1142
25 20 35 57 88 134 221 315 467 830 1319 1804
40 32 66 91 158 215 354 505 779 1342 2110 3046
2 15 18 31 50 86 118 194 277 427 735 1156 1669
25 29 51 83 144 196 323 461 712 1226 1927 2782
40 47 82 133 230 314 517 737 1139 1961 3083 4451
3 15 23 40 65 113 154 254 382 558 982 1512 2183
25 38 67 100 166 256 423 603 931 1603 2520 3839
40 61 107 174 301 410 676 964 1490 2565 4032 5822
4 15 28 60 80 139 190 313 446 888 1186 1864 2891
25 47 83 134 232 316 521 743 1140 1976 3108 4485
40 75 132 215 371 508 833 1189 1836 3162 4970 7176
5 15 34 50 96 165 225 371 529 617 1408 2213 3195
25 58 95 159 276 375 610 882 1362 2347 3685 5325
40 90 157 255 441 601 990 1411 2180 3755 5001 8521
6 15 39 68 111 191 261 430 613 947 1631 2583 3700
25 65 114 164 319 435 716 1022 1578 2715 4271 6167
40 104 182 295 511 696 1146 1635 2525 4346 6634 9857
7 15 44 77 125 217 296 467 895 1073 1846 2904 4194
25 74 129 209 362 493 812 1156 1788 3056 4541 8989
40 110 206 334 579 785 1299 1853 2961 4926 7745 11185
一流能效热力系统的指标应该是：锅炉效率≥80%、保温及疏水阀完好率≥95%、冷凝水回收率及导热油炉的烟气余热利用率≥80%，再加上专业的系统维护和科学的能源管理。
节能不仅可降低生产成本，也是企业最终战胜竞争对手的强有力武器。所以各行各业都要围绕一流能效指标去努力，以降低成本能耗来提高企业竞争力。
热力系统的运行与节能(1)北极星电力网技术频道 作者: 2011-5-18 16:29:19 (阅1580次)
所属频道: 火力发电 关键词: 热力系统 热能利用率 能耗
热力系统的运行与节能
企业主要能耗为两大类——热能和电能，对许多化工企业来说，热能消耗往往要比电能消耗还多。节能不但关系到企业经济效益，更关系到我省乃至我国经济持久发展的头等大事，各行各业必须加强加深节能意识。
工业二次热能主要来源于蒸汽，这些年来，导热油传热也得到了广泛应用，而电加热，虽方便灵活，但代价大，通常不提倡连续大量应用，因为电能来之燃煤传热产汽而发电，若再把电转回去发热甚至产汽，多少存在着逆向倒退含意。
例如：5000千卡/公斤的普煤，通过锅炉燃烧产出4000千卡热值的蒸汽，价值约0.8元。1度电100%效率的换热，也只能换成860千卡热值，4000千卡的热要用4000÷860=4.65度电来换得，4.65度电的谷电和尖峰电代价分别为1.6元和4.4元(尖峰谷电均价也要2.8元)，显然电热比蒸汽发热代价大的多。
热力系统节能包含：燃煤、产热、输送、使用、回用及系统优化运作等环节，我们这里侧重从蒸汽及导热油的日常运行，用一些简化了的计算和介绍一些节能知识及经验，供企业里从事项目设计、布局、施工和生产使用、操作、保养、维修及管理工作者参考。
一、 空气是传热系统的一大隐患
空气只有流动起来才有利于传热，而静止不动的空气是传热系统中的一大障碍，这是因为空气自身导热系数很小，在100℃时，棉花的导热系数为0.07W/m.℃，而空气的导热系数仅为0.032W/m.℃,空气导热系数要比棉花小一倍多，热阻与导热系数成反比，故静止空气的热阻很大，这将严重阻碍着热的传递。
(一) 空气来源：
① 空气随锅炉给水一并进入锅炉，然后随蒸汽进入系统;
② 在蒸汽系统停用时，系统的剩余蒸汽会凝结，凝结会产生真空，容易将外边空气从系统各种连接部件缝隙中吸入;
③ 蒸汽系统在拆装维修时进入的空气。
(二) 空气危害：
① 蒸汽管道系统的空气会降低蒸汽输送速度;
② 空气积在传热设备或盘管内表面会产生冷点，冷点成为应力集中点(1毫米气膜的热阻相当于13米厚铜的热阻,两者热阻相差13000倍)，造成散热器等的局部应力损坏;
③ 有报道：如果蒸汽中存在重量含量1%的空气，约使换热系数降低60%;
④ 换热设备疏水器端积聚空气，会产生气锁，阻碍冷凝水的排放;
⑤ 空气中的氧气等是金属氧化腐蚀的根源，空气中的二氧化硫、二氧化碳及氮
氧化物等酸性成分会酸蚀金属部件;
⑥ 空气属于不凝性气体，混合在蒸汽里，会减少单位容积的蒸汽所含热能，使蒸汽冷凝温度降低(由于空气的分压存在，使蒸汽的实际压力要比显示的表压要低，蒸汽实际压力低，冷凝温度就低)。
【注】道尔顿分压定律：混合气体的总压，等于各组成气体的分压总和，每一组成气体都单独占据空间，而各气体的性质不变。(例如：某设备管道指示压力为0.8Mpa，假如其中的空气压力为0.2Mpa，那么实际蒸汽压力仅为0.6Mpa，0.6Mpa饱和蒸汽的温度为165℃，不会是0.8Mpa饱和蒸汽的温度175℃。
⑦ 这些年来，在我省绍兴地区的导热油锅炉就有一千多台，导热油管道系统内也会积聚空气和挥发气体，同样影响着传热。更怕气体使导热油锅炉循环油泵产生空转，空转会使高温炉膛盘管内的导热油流速变慢、甚至停止不流动，引起导热油过热、过烧或结焦，而这时的炉外温度计是显示不出炉内静止油的高温情况，这种隐患会使导热油过早、粘稠、劣化，甚至爆管，威胁锅炉安全运行。
(三) 排除空气：
我们在管道安装布置和走向中尽量减少聚气死角，在系统设备的高端及末端可能积聚气体处，装手动或自动排气阀，减少聚气隐患，提高换热效果;
导热油锅炉系统的油气分离器、高位槽高度、膨胀管坡度及流量、超温或压差报警保护装置等都要按《有机热载体炉安全技术监察规程》规范制作和施工，司炉工要正确无误按操作规程司炉。
二、冷凝水的排放和利用
冷凝水排放不良是造成蒸汽系统运行不良的主要问题，它会形成腐蚀和侵害蒸汽热力系统，造成换热设备及阀门、阀芯等部件过早的蚀损失效。
(一)冷凝水积聚和滞留带来的危害：
①流入管道设备死角区的冷凝水，会吸收二氧化碳和氧气形成酸性腐蚀液;
②蒸汽凝结水滴，其密度比蒸汽增加千余倍，水滴随蒸汽高速运行(通常水速仅1-3米/秒，而蒸汽流速往往达20-40米/秒)成“高速子弹”(称之为水锤)，撞击和冲刷设备、管道、弯头外侧、阀座和阀芯等。
③设备容器积留的冷凝水，会被开启时的大量蒸汽汽化，体积瞬间膨胀千余倍(常压100℃时的水,汽化后体积增加1700倍)，会膨胀损坏相关阀门等部件。
④换热设备冷凝水不及时排出或堵塞严重，会影响换热或无法进行热量交换。水的热阻是钢板的60倍，传热表面水膜增厚不但影响传热，更会占据蒸汽空间，会使蒸汽凝结潜热放热逐渐变成单相对流显热放热，换热效率大大降低。
所以，我们在安装管道系统时要减少积水死角，在
冷凝水容易聚集的管道与设备低处，必须安装疏水阀，以便及时有效排放冷凝水。
(二)冷凝水的价值(热值单位：千卡、kcal)
冷凝水是蒸汽换热的必然产物，其本质与汽化前的饱和水并无区别，仍具有可观价值，绝不可视为废水。
假如，某设备用汽量为10吨/时(10000公斤/时)，冷凝水排放温度为90℃，环境温度为20℃，水比热为1千卡/公斤.℃，一年按7200小时计算，则：
① 热量价值：(90-20)×1×10000×7200=504000万千卡，若蒸汽按65万千卡/吨、130元/吨计，其热量价值504000÷65×130=100.8万元。
② 水处理价值：冷凝水是软化水，可供锅炉用水，处理费按2元/吨计，
水处理价值=10×2×7200=14.4万元。
③ 水本身价值：按1.5元/吨计，10×1.5×7200=10.8万元.
④ 热水排放负面价值:通常热水排放的处理费要高于购水费,法规规定：液体排放至公共下水道温度不得超过43℃。
仅比较①②③项就可看出凝结水的热量价值很高。更何况不少疏水阀漏率汽高达6%，另外，汽压高、背压大的凝结水温都超过100℃，在排到大气时形成二次蒸汽，其热量的利用价值将更大。
不少凝结水管道保温差或未保温，其实只回用了水的本身价值，未利用其价值高的热能价值。我们应设法在冷凝水温度尽可能高的时候加以充分回收。
三、疏水阀的失效、泄漏及损失
疏水阀英文常写成“steam trap”意为“蒸汽捕集器”，我们称其为“蒸汽节能器”更为恰当。疏水阀虽小，却是蒸汽节能的关键之一。一些企业习惯用明令淘汰的价廉质次的万能型热动力式疏水阀，这种疏水阀正常工作，在排水时被带出的蒸汽也达3%以上，且其使用寿命短。人们如果缺乏对疏水阀价值的理解，常会使疏水阀形同虚设。我们发现一些企业对疏水阀存在如下欠缺：
选型缺依据、购买择便宜、安装欠监管、光用不维护、故障走旁通。
疏水阀是处在温度、压力、汽液混相、频繁动作和冲击腐蚀等恶劣条件下工作，选型、购置、安装、使用及维护等方面的欠缺都会加剧其失效。
(一)疏水阀失效原因及措施：
①正常使用的磨损。及时拆修换件;
②污垢杂质的堵塞。及时清理维护;
③蒸汽系统的水锤等损伤。要缓慢开启进汽，冷车开旁通阀前，应将疏水阀前的截止阀关闭(疏水阀与旁通阀同时打开易破坏疏水阀水封和损坏密封件)，当旁通阀出蒸汽时，及时关闭旁通阀，开通疏水阀;
④锅炉给水经水处理后，水中硬度成分(钙镁离子)基本被去除，但水中碱度成分(碳酸根离子等)却没有变化。这些碱度成分在高
温、高压下会分解出二氧化碳进入蒸汽、冷凝水系统。二氧化碳溶于冷凝水中成碳酸，使冷凝水呈酸性(10ppm的 CO2浓度就可将pH值从7降至5以下)。酸性冷凝水对碳钢管路腐蚀性很强，故要尽量减少或防止炉水随蒸汽带出(炉水害处后述);
另外，大气中CO、NOX、SO2、CO2等酸性成分也会使冷凝水产生腐蚀，所以，我们要尽量减少系统进空气，并及时排出各种积聚的空气;
⑤冬天积水未放尽，使阀体冷冻开裂损坏。冬天疏水阀停用前要放尽积水;
⑥安装保养欠缺。阀前要装过滤器，应水平安装，每3-6月拆检保养一次;
⑦选型失误(不看样本说明和资料，不考虑各种类型的疏水器特点及过冷度、压差、耐温、排量等参数)。要熟悉使用条件后再选型和购置。
(二)疏水阀失效和泄漏的危害和损失
顾名思义，疏水阀就是一种具有“疏水堵汽”之功能的阀门。
①如果疏水不畅，冷凝水排不掉，换热效果就会差，此时操作工只能开旁通阀运行，甚至产生“旁通操作效果好”的错觉，这样，用大流量供汽、蒸汽大进大出来维持生产，使大量尚未“消化吸收”的蒸汽直接排出，将更加浪费热能，漏气能耗往往要超10%!
②如果疏水阀堵汽不严，或其旁通阀关闭不严，都在漏汽，积少成多，一年将会造成上万元的损失浪费。
例如：一个φ8的漏孔，取蒸汽流速20米/秒、表压0.4Mpa(密度2.7公斤/米3)、 价格0.13元/公斤，试算一年的漏汽损失为多少?
解答：一年漏损=(0.008/2)2×3.14×20×3600×7200×2.7×0.13=9142元/年;
例如：一台用汽量只有1吨/时的设备，若按疏水阀的一般泄漏率3%计算，
一年也将浪费蒸汽=1×3%×7200=216吨。价值约2.8万元。
③泄漏还会使同一排水系统的其它疏水阀的背压过高而无法正常工作;
④较多蒸汽漏进冷凝水管道，还易产生水击或汽化等危害。
值得介绍的还是多年前国家经贸委、机电部、能源部及杭州节能中心等单位推荐杭州西湖阀门厂生产的“李氏”牌新型自由半浮球式疏水阀，它是八十年代初，在日本“UFO” 飞碟式疏水阀基础上进行创新研制、并获得“中国专利新技术新产品博览会”金奖的产品，价格虽比其他国产疏水阀贵些，但比进口疏水阀价格便宜，且比同口径热动力式疏水阀的排量大得多，使用寿命也长(十年前的疏水阀仍有正常在用的)，泄漏量≤0.1%，背压率≥85%，虽贵但值，一只长时连续使用的疏水阀，往往半年节能就能收回投资。
能量浪费是分分秒秒在发生，节能要靠日积月累来核算，我们不可忽视小小疏水阀，务必要做到：合理选型购置，正
确安装使用，及时保养维修，使疏水阀真正做到疏水堵汽之作用。
四、蒸汽换热的特点
除了民用和炼钢用煤外，绝大部分的煤是用来生产蒸汽，蒸汽由于清洁无毒便于输送，除了发电用蒸汽外，绝大部分蒸汽用于加热物料和换取热量。
蒸汽热值由两部分组成：相态不变而温度下降时放出的热称为“显热”，相态变化而温度不变时放出的热称为“潜热”。
1公斤水，若温升1℃，需1千卡热量，若从20℃温升至100℃，要80千卡热量;而1公斤、100℃水全变成为100℃的蒸汽，却要539千卡热量，前者80千卡就是显热，而后者539千卡却为潜热，蒸汽换热的关键在于潜热。
(一)介绍一些常用物理参数(供一般参考使用)：
1)比热(单位：千卡/公斤.℃)：
①水(20-220℃)≈1-1.1 ②冰≈0.5 ③蒸气≈0.4-0.45 ④空气、烟气≈0.24-0.26 ⑤导热油(100-320℃)≈0.5-0.7 ⑥氯化钙盐水(-20-+20℃、25%浓度)≈0.64-0.69
2)饱和蒸汽对应参数如下：
表压 (Mpa) 0 0.2 0.4 0.6 0.9 1.1 2.26 … 22.5
温度 (℃) 100 133 152 165 180 183 220 … 374
密度(Kg/m3) 0.59 1.65 2.66 3.66 5.14 5.63 11.6 … 322.6
汽 化 热( Kcal/ Kg) 539 519 505 495 482 480 443 … 501
总 热 值 Kcal/ Kg) 639 652 657 660 664 665 669 … 0
从上述数据可以看出：
a)饱和蒸汽热值≈汽化热+温度×1(水的比热);
例如： 压力0.2Mpa、温度133℃的饱和温度蒸汽的热值≈519+133×1=652 Kcal/Kg。
b)蒸汽密度与蒸汽绝对压力基本成正比例关系;
例如：表压0.4Mpa=绝对压力0.5Mpa的蒸汽密度为2.66 Kg/m3，与表压0.9Mpa=绝对压力1.0Mpa的蒸汽密度为5.14 Kg/m3相比，两者的绝对压力比=1.0/0.5=2，正好差一倍;两者的密度比=5.14/2.66=1.93233，也接近增加1倍。
c)随着蒸汽压力增加，蒸汽温度也增加，但蒸汽总热值增加不多，增加只是液体水的热值(1公斤，升1℃，增1千卡)，而汽化热随压力增加反而在减少。
例如：压力0.2Mpa与0.9Mpa的饱和蒸汽相比，蒸汽总热值仅增加664-652=12千卡/公斤，而汽化热反而减少了519-482=37千卡/公斤;
d)当饱和蒸汽压力到2.26Mpa时，热值为最高值669 Kcal/Kg(千卡/公斤)此时如果压力和温度再上升，热值和汽化热都反而在减少了。当饱和蒸汽到了临界温度374℃时，其汽化热为0，热值仅501 Kcal/Kg。
3)过热蒸汽对应参数如下：
表压 (Mpa) 0.4 0.4 0.6 0.6 0.8 0.8 1.2 1.2
温度 (℃) 200 280 200 280 200 280 200 280
密度(Kg/m3) 2.35 1.98 3.33 2.79 4.34 3.69 6.44 5.29
热 值 Kcal/ Kg) 683 721 681 717 677 715 674 712
分析上述饱和蒸汽和过热蒸汽之参数，我们得出如下一些结论：
a)同压力的过热蒸汽，密度随蒸汽温度增加而减小(这道理与空气一样);
例如：同0.4Mpa蒸汽，其温度在280℃时比200℃时的密度小2.35-1.98=0.37 Kg/m3
b)同温度过热蒸汽，密度随蒸汽压力增加而增加，热值随压力增加反而略减一些;
例如：同是280℃的过热蒸汽，压力0.8Mpa蒸汽的热值反而比压力0.4Mpa蒸汽的热值小了721-715=6千卡/公斤。
c)在较高压力下输送蒸汽，管道压力损失就会少些，这是因为汽压大，密度大;密度大，蒸汽的质量流量就小;也即蒸汽在管内流速就小，因为流速的2次方与管道阻力成正比，故，流速小，压力损失就小。
d)进换热设备的蒸汽压力过高，会使蒸汽在高压高温下冷凝，使之凝结水排出温度过高，从而降低蒸汽换热效率，带来更多的热损;
e)过热蒸汽热值≈饱和蒸汽热值+超过饱和温度值×0.44(过热蒸汽比热);
例如：0.4Mpa280℃过热蒸汽热值=657+(280-152)×0.44 =713≈721(Kcal/ Kg)
f)同样压力下，过热蒸汽热值比饱和蒸汽热值高得并不多，增加的热值约等于温度增加值×0.44(比热);
例如：过热温度增加值280-152=128℃，热值只增加128×0.44=56.32(Kcal/ Kg)g)蒸汽从饱和点汽相转为液相，温度不变，就能释放500大卡左右的潜热;
例如：常压下1公斤100℃(饱和温度点)的蒸汽，冷凝成为1公斤100℃的水时，就能释放出539大卡的热量。同理，常压下每汽化1公斤水，需要吸收539大卡的热量。这都是一种潜热交换。
然而，1公斤汽冷凝成水，每降1℃,只释放出1大卡热量,这是一种显热。
同理，1公斤水汽化后再升温，每升1℃，只吸收不到半大卡的热量，这也是一种显热。这种无相变的显热与汽液相变的潜热有着本质的差别。
h)通常工业锅炉产出的是饱和蒸汽，它在一定压力下都有着严格对应的饱和温度点，超过饱和温度点的蒸汽就成为过热蒸汽，所超过的温度即为过热度。
例如：在同是0.8 Mpa汽压下，其饱和温度为175℃，当温度降至174℃，就会成为液体水;当温度升至176℃时就成为有1℃过热度的过热蒸汽。
例如：0.8 Mpa压力、275℃温度的蒸汽，就是一种有275-175=100℃过热度的过热蒸汽(100℃过热度所带来的显热≈100℃×0.4=40千卡/公斤)。
i)蒸汽换热，主要靠蒸汽冷凝换热，它是一种从气相变为液相、具有相变的潜热换热，与单纯气相(空气)或液相(导热油、热水等)那种无相变的显热换热相比，其换热系数往往要大十至百余倍，换热量=换热系数×换热面积×温差，换热系数大，在同样温差条件下获取同样热量所需的设备换热面积就小;
j)过热蒸汽主要用于汽轮
机发电，供汽轮机组的蒸汽必须是压力和过热度都很高的绝对干燥的过热蒸汽;
k)由于过热蒸汽的传热系数小，传热能力差，换热效率低，因而散热也就少，故蒸汽留有适当的过热度，能减少蒸汽管道输汽时的热损和凝结水量。
L)过热蒸汽通常不宜作换热设备的热媒使用，进换热设备的蒸汽还是没有过热度的饱和蒸汽更有利提高热效率;
m)潜热与显热的差异，还可从一些日常例子来验证：
①盛夏炎热的地面或容器上喷淋水，很快就感到凉快或容器得到降温，那是水的蒸发汽化，吸收了大量潜热缘故;
②下雪比化雪感到暖和，是因为水凝结成冰雪，在释放潜热，而化雪时需要大量吸收潜热的缘故;
③酒精擦皮肤感到凉爽，也是酒精蒸发汽化而吸取潜热之缘故;
④北方气温零下几十度不觉太冷，而南方气温零度或零上就能冻伤手脚;炼钢炉旁空气温度高达二三百度工人还能工作，而不到一百度的水就能烫伤皮肤，都是因为干热或干冷与湿热或湿冷的潜热多少之差异;
n)温度和热量不是同一物理量，温度高并不等同热量多，热量要靠流体的流量及传热系数等来保障，用过高温度的过热蒸汽来换热的缺点：
①过热蒸汽换热过程中，从过热温度降到饱和温度的降温梯度很大(有达百余度)，它的无相变的显热交换阶段较长，而此阶段传热系数小，实际换得热量并不多，此阶段所需要设备的换热面积却较多，从蒸汽中获得大量热量还得过热蒸汽成为饱和蒸汽后才能释放的大量潜热;
②过热蒸汽降温梯度大，换热设备表面温度变化也大，易使各种换热设备(搪瓷锅夹套式、石墨换热器、列管式和螺旋板式等)因温差应力变化大而引起疲劳损伤、缩短使用寿命(一般搪玻璃反应锅的搪瓷耐冷热冲击规定≤110-120℃);
③因过热蒸汽换热能力差，当设备开始预热阶段或加大负荷运行时，员工为了尽快满足热量的需求，往往大开阀门，但过热蒸汽却来不及降温、冷凝释放潜热而积聚在疏水阀前，引起疏水阀超温损坏而漏气;
④有时过热蒸汽温度虽高，但压力很低，员工把蒸汽减压阀的旁通阀打开。这样，当系统负荷减小时易超压运行(还会危及设备安全)，使进出换热器的压力过高(疏水阀承压升高，易损坏)，产生的高温凝结水被疏水阀排到空间成二次蒸汽(闪蒸汽)排出，而蒸汽在高压下冷凝比低压下冷凝所放出的潜热小;
⑤因过热蒸汽换热系数小，为了满足生产不得不增加换热器面积，那样话，在低负荷运行或负荷变动时运行又易产生末端换热片汽水混相，产生水击和蚀损，这样也易使
疏水阀损坏或产生气阻而失灵;
⑥换热面积增大，过多的换热片串联叠加，既增加换热设备的投资和安装费用，又增加被加热的流体阻力，从而使泵或风机的功耗也加大;
⑦如果换热器重叠过多过密集，污垢灰尘日积月累，易引起的阻塞，而污垢的热阻与保温材料相近,从而进一步降低换热效率和增加风机等动力费用;
⑧常用的设备、流量计、温控阀、疏水阀的使用温度均约200℃，而过热蒸汽往往超过200℃，容易使这些设备、阀门及仪表寿命均缩短;
⑨过热蒸汽温度高，使整个设备和管道系统的保温费用相应也增加。
⑩饱和蒸汽是靠释放冷凝时的潜热来换热，潜热交换的换热器并联布置，可提高换热速度，其传热系数大，热效率也高。同热量交换，饱和蒸汽所需设备换热面积要比过热蒸汽小，故综合费用低，又能做到在饱和温度点恒温冷凝换热，避免了换热部件因温差大带来的隐患。
五、蒸汽系统运行的原则
(一) 在系统压力能承受的前提下，尽可能用高压力输送蒸汽
1、在额定工作压力下的工业锅炉通常能保证提供国家规定含水量≤5%的饱和蒸汽。人们习惯锅炉低压运行，这对役龄老的陈旧炉子或许不得已而为之。然而，锅炉出汽口径是按额定压力下的产汽量来设计的,在额定供汽量时的低压供汽，会使锅炉出口的蒸气流速倍增(蒸汽压力与密度成正比，压力低一半，流速约增一倍)，导致过多的炉水随汽带出，汽中含水量过多，既降低蒸汽品质和换热效率，又易损坏设备管线(水随汽高速流动，加速磨损)，还有炉水会污染热力系统的管道阀门和换热部件，这些污垢不但影响换热传热，还会引起设备故障，这对有过热器管束的锅炉，还会因炉水过多而堵塞爆管，迫使锅炉停炉。
同时，流体阻力与流速的平方成正比，流速高，压力损失就大,使之下游管道的汽压更小,甚至难以满足生产,故应在额定压力下尽量用高的压了输送蒸汽。
【注】这道理类似用高压输送电一样，高压送电也能减少电能在电缆上的线损。
2、蒸汽压力高，密度大，同流量的输送管径也小，故管材、保温及设施安装等综合费用也少(详见蒸汽管道口径选型图表2)。
3、蒸汽管径小，管道表面积也小，相对来说，管子的散热损失也少些。
(二) 在满足生产所需温度前提下，尽可能使用较低的蒸汽压力
进换热设备的汽压不要盲目“追高”。依据介质所需的温度，找出满足生产温度的饱和蒸汽压力(饱和蒸汽压力与温度均有严格的对应关系，可留些余量)，在较低压力下使用蒸汽，能使饱和蒸
汽在接触冷介质换热后，迅速冷凝释放出较多潜热，并在饱和点温度下保持恒温传热。这样传热效率高，传热量大，疏水阀排水温度也小，其闪蒸(二次蒸气)损失少。
但如果是过热蒸汽，当其减压后的过热度将会更大，更不利于换热。
(三) 其他节能原则
1、如果生产需要大量热水，要尽可能选用热水锅炉，直接产热水和供热水;
2、如用蒸汽加热水，要尽量不用高品位的过热蒸汽或高压力饱和蒸汽，应用低压力饱和蒸汽，或充分利用一些换热设备的自然高度差, 使高温凝结水自流入热水槽或软水箱内，减少水泵输送的电耗。并做好管道、储槽的保温，减少贮运过程中热量损失。如果采用泵输送凝结水，要避免多次传递或多泵并联，各路回水并联泵输入同一根管道，会造成各泵之间压差所造成的压损内耗……。
3、利用热力源的中心位置，合理布置用热设备(同类设备集中布局)，饱和蒸汽温度、压力进行梯度分级使用、凝结水高低落差和兼顾距离远近、尽量使能源平稳、平衡、少走弯路和良性循环，达到综合利用、物尽其用。
4、通常化工换热设备都是以饱和蒸汽为介质来设计的。如果用0.6 Mpa 265℃的过热蒸汽，也是要降温到165℃饱和温度时才释放出大量潜热(495千卡/公斤)，一些企业简单以为蒸汽温度高，得到的热量一定多,如果此时实际被交换得到的热量，小于物料所需热量(能量供需不平衡)，蒸汽温度再高，也无济于事的(除非蒸汽大进大出，不计能源浪费)。
5、搪瓷锅的搪瓷是脆性材料，搪瓷的冷热冲击性能指标为110-120℃，过热蒸汽温度过高，在温度高低突变时易爆瓷，所以员工在开阀门送蒸汽时或送冷冻盐水时都要缓慢，减少冷热冲击带来不必要的损失。
6、为了帮助“消化吸收”过热蒸汽，把高温、高压过热蒸汽，通过减温减压装置，变为饱和蒸汽进入换热设备。过热蒸汽通过喷水减温时，所增加的蒸汽量约为千分之一的过热度。但用于减温减压所喷水绝不可短期行为用硬水，否则将给换热设备带来结垢的严重隐患，最终影响换热效率。
7、用蒸汽加热空气的多组重叠安装的空气换热器，为了加快蒸汽潜热交换，多组换热片的进汽端应并联接入，随着热交换的蒸汽冷凝、体积缩小，可逐步减少并联换热器的片数，在进入末端换热片，可串联成单片排出冷凝水，这种并联串联组合，既能通过换热升温速度，还能充分利用蒸汽热能，降低冷凝水温度。
8、当生产要求被加热物料介质温度高于现有蒸汽温度，有采用蒸汽增压等办法来提高蒸汽温度，还有使物料在负压下蒸
发来提高汽化热效率。
9、一些生产线仅白天数小时用蒸汽，晚上不用蒸汽，一整夜的冷却，热力管道中的蒸汽全凝结成水，第二天开冷车，重新暖管又要耗费。这样蒸汽的损失就远不不止10%，所以还要充分安排调度好生产，避免热热冷冷的浪费。
10、还有，蒸汽运行系统的均衡用汽非常重要，某时间段大量用汽(加热水)，会使汽压大降，引起其他用汽设备瘫痪，甚至造成系统的故障和事故……。
上述提高热能利用率的举措和原则都得靠人完成，所以人始终是节能第一要素，我们要从设备购置使用及维护全过程、生产投料开启操作全方位来抓节能。
六、平衡与匹配
节能的关键理念和要领就是要做到能源的平衡与匹配，这里包含着能源产销和供需的平衡与匹配;上下和进出流程的平衡与匹配;管网和布局的平衡与匹配，换热设备的串联并联要平衡与匹配……。
换热系统中，设备和管道阀门等都是热量供需双方的载体，热量供需要平衡，系统各载体通道要匹配，任何环节的瓶颈或失配，都会长期带来损失和浪费。
比如管径选大了，会带来综合损失(含管材、安装、保温和散热)，管径大形成冷凝水也增加，这些损失不是随产量而同步变动的变量成本，是一种固定成本，产量越少，占有成本比例越大;
管径选小了，压降大，流速快，易产生水锤和冲蚀，同时卡喉咙，供汽量不够，也限制换热能力。
例如，用DN250的管道输热媒给某换热器，施工中只取2路DN80的支管并联接入换热器，这样，总管与支管两个通道截面积约差2502÷(2×802)=4.9倍!很不匹配。这里不是DN250选大浪费了，就是DN80选小阻塞了。
【注】有关蒸汽管道口径选型详见表2。
我们无论是搞项目，还是抓生产，要因地制宜、集思广益和讲究科学，要充分整合、挖掘和发挥各种资源的内在潜能。
管道热量损失表 表1
表面温度 管 径(mm)
℃ 15 20 25 32 40 50 65 80 100 150
热量损失 W/m(瓦/米)=0.86kcal/mh(大卡/米时)
56 54 65 79 103 108 132 155 188 233 324
67 68 82 100 122 136 168 198 236 296 410
78 83 100 122 149 166 203 241 298 360 500
89 99 120 146 179 206 246 289 346 464 601
100 116 140 169 208 234 285 337 400 501 696
111 134 164 198 241 271 334 392 469 598 816
125 159 191 233 285 321 394 464 555 698 969
139 184 224 272 333 373 458 540 622 815 1133
153 210 255 312 382 429 528 623 747 939 1306
167 241 292 367 437 489 690 713 838 1093 1492
180 274 329 408 494 556 676 808 959 1190 1660
194 309 372 461 566 634 758 909 1080 1303 1852
蒸汽管道口径选
型表 蒸汽流量(Kg/h) 表2
压力
Kg/cm2 流速
m/S 管 径(mm)
15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150
0.4 15 9 15 25 43 58 85 136 210 362 569 822
25 14 25 41 71 97 150 227 350 603 948 1369
40 23 40 66 113 154 254 363 561 965 1517 2191
0.7 15 10 18 29 51 69 114 163 251 433 651 963
25 17 30 49 85 115 190 271 410 722 1135 1630
40 28 48 78 136 185 304 434 671 1155 1615 2821
1 15 12 21 34 59 81 133 189 292 503 791 1142
25 20 35 57 88 134 221 315 467 830 1319 1804
40 32 66 91 158 215 354 505 779 1342 2110 3046
2 15 18 31 50 86 118 194 277 427 735 1156 1669
25 29 51 83 144 196 323 461 712 1226 1927 2782
40 47 82 133 230 314 517 737 1139 1961 3083 4451
3 15 23 40 65 113 154 254 382 558 982 1512 2183
25 38 67 100 166 256 423 603 931 1603 2520 3839
40 61 107 174 301 410 676 964 1490 2565 4032 5822
4 15 28 60 80 139 190 313 446 888 1186 1864 2891
25 47 83 134 232 316 521 743 1140 1976 3108 4485
40 75 132 215 371 508 833 1189 1836 3162 4970 7176
5 15 34 50 96 165 225 371 529 617 1408 2213 3195
25 58 95 159 276 375 610 882 1362 2347 3685 5325
40 90 157 255 441 601 990 1411 2180 3755 5001 8521
6 15 39 68 111 191 261 430 613 947 1631 2583 3700
25 65 114 164 319 435 716 1022 1578 2715 4271 6167
40 104 182 295 511 696 1146 1635 2525 4346 6634 9857
7 15 44 77 125 217 296 467 895 1073 1846 2904 4194
25 74 129 209 362 493 812 1156 1788 3056 4541 8989
40 110 206 334 579 785 1299 1853 2961 4926 7745 11185
一流能效热力系统的指标应该是：锅炉效率≥80%、保温及疏水阀完好率≥95%、冷凝水回收率及导热油炉的烟气余热利用率≥80%，再加上专业的系统维护和科学的能源管理。
节能不仅可降低生产成本，也是企业最终战胜竞争对手的强有力武器。所以各行各业都要围绕一流能效指标去努力，以降低成本能耗来提高企业竞争力。