Các trạng thái của hơi nước: hơi quá nhiệt và hơi bão hòa

Hơi bão hòa và hơi quá nhiệt là gì?

Các trạng thái của hơi nước và ứng dụng trong công nghiệp?

Hơi nước được ứng dụng nhiều trong các ngành sản xuất công nghiệp, hơi nước trong công nghiệp chủ yếu là dùng để làm chất tải nhiệt (một chất tải nhiệt khác trong công nghiệp cũng thường được dùng song song đó là dầu truyền nhiệt). Hơi nước dùng cho chức năng tải nhiệt trong công nghiệp để phân biệt với hơi nước dùng quay tua bia phát điện trong các nhà máy nhiệt điện hiện nay. Thông thường hơi nước được tồn tại dưới 2 dạng là hơi nước bão hòa và hơi nước quá nhiệt. Hai trạng thái này có mối liên kết khăng khít và là các trạng thái nối tiếp nhau của quá trình chuyển hóa của hơi nước.

Hiện nay trong các ngành công nghiệp sản xuất có nhu cầu sử dụng nhiệt lượng, thì hơi nước là một lựa chọn gần như bắt buộc. Bởi vì sử dụng hơi nước phục vụ sản xuất thường có những ưu điểm vượt trội so với việc sử dụng môi chất khác như dầu truyền nhiệt. Một số đặc điểm cơ bản tạo nên ưu điểm của hơi nước đó là giá thành rẻ, sạch và có sẵn trong tự nhiên phù hợp cho việc thay thế.

Sau đây HeXBoiler sẽ trình bày kỹ hơn 2 trạng thái  chính của hơi nước đó là hơi bão hòa và hơi quá nhiệt.

Hơi bão hoà là gì?

Hơi bão hòa (Tiếng anh là saturated steam), là trạng thái sinh ra khi nước nóng chuyển sang trạng thái hơi bởi việc đun sôi nước bằng năng lượng nhiệt được sinh ra từ quá trình chuyển hóa từ điện năng thành nhiệt, hoặc quá trình đốt cháy các loại nhiên liệu như than đá, dầu, hay các loại nhiên liệu sinh khối khác. Hơi bão hòa có một đặc tính đó là ở mỗi áp suất thì hơi nước có nhiệt đó cố định và ngược lại, ở một giá trị về nhiệt độ thì có một giá trị áp suất cố định (Thông số tra ở bảng thông số nước sôi và hơi quá nhiệt hoặc trên các ứng dụng di động được các hãng phát triển)

Hơi bão hòa gồm hai dạng như sau:
- Hơi bão hòa ẩm: Đây là dạng hơi nước bão hòa thường gặp, là hỗn hợp từ 2 pha: pha khí và pha lỏng. Hơi bão hòa ẩm hình thành khi chưa chuyển hoàn toàn nước thành pha khí.
- Hơi bão hòa khô: Hơi bão hòa khô là hơi không chứa pha lỏng, chỉ chứa pha khí.
Thực tế, gần như không thể sản xuất hơi bão hòa khô có độ khô 100% do đó, người ta thường xem hơi bão hòa ẩm có độ khô >95% ( hoặc trong một số trường hợp là >98%) là hơi bão hòa khô vì thậm chí đối với những hệ thống lò hơi tốt nhất, độ khô hơi cũng chỉ đạt 99,8%~99,9%.
Ngoài ra, người ta cũng thường xem hơi có độ quá nhiệt nhẹ từ 5~40^oC là hơi bão hòa khô vì trạng thái này, các đặc tính về truyền nhiệt của hơi quá nhiệt vẫn còn khá giống với hơi bão hòa khô đồng thời vẫn đảm bảo được tính chất “ khô”, tức là trong hơi chỉ có pha khí, không có nước lỏng.

Hơi quá nhiệt là gì?

Hơi quá nhiệt là trạng thái hơi có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hơi bão hòa khi có cùng áp suất. Có thể hiểu đơn giản như sau: Khi ta gia nhiệt nước lỏng tới một nhiệt độ không đổi, ta được hơi bão hòa. Lúc này, hơi bão hòa vẫn có thể chứa pha lỏng, tức là nước dạng lỏng và được gọi là hơi bão hòa ẩm.
Tiếp tục gia nhiệt cho hơi nước trên đây đến khi trong hơi hoàn toàn không còn pha lỏng, ta thu được hơi bão hòa khô. Nhiệt độ hơi bão hòa khô và hơi bão hòa ẩm ở cùng ấp suất sẽ có giá trị như nhau.
 Nếu tiếp tục gia nhiệt hơi bão hòa khô, nhiệt độ sẽ tiếp tục tăng và ta thu được hơi quá nhiệt. Về lý thuyết, giá trị nhiệt độ hơi quá nhiệt có thể cao tùy ý cho đến khi hơi nước chuyển trạng thái một lần nữa thành dạng plasma. Tuy nhiên, thực tế ta sẽ không gặp điều này. Các giá trị nhiệt độ phổ biến của hơi quá nhiệt thông thường là 380~540^oC.

Ứng dụng hơi bão hòa và hơi quá nhiệt trong công nghiệp sản xuất

Hơi nước có rất nhiều ứng dụng, bằng chứng là hơi nước được sử dụng trong hầu hết các nhà máy sản xuất công nghiệp hiện nay. Hơn nữa một lý do khác khiến cho lò hơi được sử dụng rộng rãi đó là việc lắp đăt, vận hành, bảo trì và bảo dưỡng các hệ thống lò hơi không phức tạp. Đã được các công ty tại Việt nam nghiên cứu và phát triển đến mức hoàn thiện để phục vụ nhu cầu của khách hàng.

Các lĩnh vứ thường sử dụng hơi nước bão hòa đó là:

Thứ nhất, hơi bão hòa được sử dụng để cung cấp nhiệt phục vụ cho các quá trình làm chin trong các nhà máy thực phẩm, thức ăn, thức ăn chăn nuôi, bánh kẹo…

Thứ hai, hơi bão hòa và hơi quá nhiệt được ứng dụng khá nhiều trong việc thanh trùng, lọc khuẩn tại các nhà máy ngành hàng mắm, tương, dầu thực vật... Vì đảm bảo vệ sinh, an toàn sức khỏe cho người sử dụng.

Thứ ba, hơi bão hòa và hơi quá nhiệt cũng được ứng dụng trực tiếp cho y tế, vệ sinh công nghiệp và cả cho các việc hấp, ủi, khử trùng các công ty may mặc, làm thiết bị chip điện tử,... nhờ vào tính năng khử khuẩn tuyệt vời, an toàn.

Thứ tư, hơi nước được ứng dụng trong việc vận hành các phương tiện giao thông như tàu hỏa, tàu thủy,... hơi quá nhiệt cũng được sử dụng để vận hàng động cơ.

Thứ 5, trong các nhà máy nhiệt điện thì hơi nước được sử dụng để làm quay cánh tua bin phát điện.