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基本信息

項(xiàng)目名稱：
一種具有超大擴(kuò)展表面的煙氣余熱回收裝置--彈性金屬蜂巢余熱回收裝置
小類：
能源化工
簡介：
作品為一種氣-氣熱交換裝置，功能旨在回收工業(yè)爐窯高溫?zé)煔鈹y帶的大量余熱，用以預(yù)熱爐窯的助燃空氣或者煤氣。裝置將一種新型擴(kuò)展表面（彈性金屬蜂巢）嵌入傳統(tǒng)金屬管換熱器中，且是同時(shí)嵌入到金屬管管內(nèi)和管束之間，同時(shí)強(qiáng)化空氣（煤氣）側(cè)和煙氣側(cè)的換熱能力，從而使裝置具有極高的換熱性能。裝置保留金屬管換熱器氣密性好，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)；相比蓄熱式換熱器，克服了其循環(huán)換熱和因容積效應(yīng)造成的能源損失等不足。
詳細(xì)介紹：
加熱爐窯是工業(yè)生產(chǎn)過程中普遍應(yīng)用的熱工設(shè)備。各類加熱爐窯排出的煙氣溫度都較高，帶走了大量余熱，如果不加以有效利用，將造成極大的能源損失。本作品的用途即是利用各類爐窯的高溫?zé)煔獾挠酂犷A(yù)熱助燃空氣（或煤氣），提高爐窯的能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。 作品設(shè)計(jì)開發(fā)的基本思路為，將一種具有極大比表面積（100~2000㎡/m3）的金屬制擴(kuò)展表面——彈性金屬蜂巢——嵌入傳統(tǒng)的金屬管換熱器中，且是同時(shí)嵌入到金屬管管內(nèi)和管排之間，達(dá)到同時(shí)強(qiáng)化煙氣側(cè)和空氣側(cè)（煤氣側(cè)）的換熱能力的目的，從而極大地提高了傳統(tǒng)金屬管換熱器的換熱性能。利用FLUENT軟件對(duì)管內(nèi)嵌入有彈性金屬蜂巢后的強(qiáng)化傳熱過程進(jìn)行了模擬，結(jié)果表面其強(qiáng)化換熱效果極好。 作品的核心部件為擴(kuò)展表面彈性金屬蜂巢，其實(shí)質(zhì)是一種金屬質(zhì)三維空間多孔體，是將耐熱金屬螺旋體采用編制的方法制作得到的。彈性金屬蜂巢特殊的空間結(jié)構(gòu)能強(qiáng)化介質(zhì)的對(duì)流換熱和輻射換熱；其良好彈性，一方面使彈性金屬蜂巢擴(kuò)展表面能與換熱間壁充分接觸，減小接觸熱阻，另一方面使其安裝和更換都比較容易實(shí)現(xiàn)。 總的來說，彈性金屬蜂巢熱回收裝置具有連續(xù)工作，結(jié)構(gòu)緊湊可靠，適用性廣等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)理論和工程實(shí)際應(yīng)用表明，本作品熱回收效率能達(dá)到75%以上。在化石能源日益匱乏的今天，裝置的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益明顯。

作品圖片

  • 一種具有超大擴(kuò)展表面的煙氣余熱回收裝置--彈性金屬蜂巢余熱回收裝置
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  • 一種具有超大擴(kuò)展表面的煙氣余熱回收裝置--彈性金屬蜂巢余熱回收裝置
  • 一種具有超大擴(kuò)展表面的煙氣余熱回收裝置--彈性金屬蜂巢余熱回收裝置

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的：加熱爐窯是工業(yè)生產(chǎn)過程中普遍應(yīng)用的熱工設(shè)備，然而絕大部分加熱爐窯排出的煙氣溫度都很高，帶走了大量余熱，如果不加以利用，將造成極大的能源損失。本作品旨在回收利用各類爐窯高溫?zé)煔獾挠酂?，用以預(yù)熱助燃空氣（或煤氣），提高爐窯的能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。 基本思路：本作品是對(duì)傳統(tǒng)金屬管換熱器進(jìn)行重大改進(jìn)的產(chǎn)品。彈性金屬蜂巢余熱回收裝置和金屬管換熱器的基本工作原理相同：煙氣和空氣（或煤氣）進(jìn)行間接叉流熱交換，采用二程（或四程）順流換熱或逆流換熱，煙氣走管外管排間，空氣（或煤氣）走管內(nèi)。 創(chuàng)新點(diǎn)：將一種具有極大比表面積（100~2000m2/m3）的金屬制擴(kuò)展表面——彈性金屬蜂巢——嵌入傳統(tǒng)的金屬管換熱器中，且是同時(shí)嵌入到金屬管管內(nèi)和管排之間，達(dá)到同時(shí)強(qiáng)化煙氣側(cè)和空氣側(cè)（煤氣側(cè)）換熱能力的目的，從而極大地提高了傳統(tǒng)金屬管換熱器的換熱性能。金屬蜂巢良好的彈性一方面使彈性金屬蜂巢擴(kuò)展表面能與換熱間壁充分接觸，減小接觸熱阻，另一方面使其安裝和更換都比較容易實(shí)現(xiàn)。 技術(shù)關(guān)鍵：本作品的核心部件為擴(kuò)展表面彈性金屬蜂巢，其實(shí)質(zhì)是一種金屬質(zhì)三維空間多孔體，是將耐熱金屬螺旋體采用編制的方法制作得到的。具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要編制得到不同形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)的彈性金屬蜂巢，以達(dá)到最佳的強(qiáng)化換熱效果。 主要技術(shù)指標(biāo)：煙氣進(jìn)口溫度<1000℃，煙氣出口溫度100~130℃，空氣加熱溫度與煙氣進(jìn)口溫度溫差200℃；彈性金屬蜂巢比表面積100~2000 ㎡/m3；裝置熱回收效率大于75%。

科學(xué)性、先進(jìn)性

對(duì)于間壁式熱交換裝置，設(shè)法提高換熱能力較弱一側(cè)的換熱性能才能提高整個(gè)裝置的換熱能力。彈性金屬蜂巢余熱回收裝置兩側(cè)均為氣體介質(zhì)，因此將一種具有極大比表面積的金屬制擴(kuò)展表面同時(shí)嵌入到金屬管換熱器的管內(nèi)和管排之間，以同時(shí)強(qiáng)化煙氣側(cè)和空氣側(cè)（煤氣側(cè)）換熱能力，極大地提了高傳統(tǒng)金屬管換熱器的換熱性能。 此外，由于彈性金屬蜂巢是由耐熱金屬螺旋體編制而成的、具有特殊結(jié)構(gòu)的空間多孔體，將其嵌入換熱裝置氣體介質(zhì)側(cè)時(shí)，能對(duì)穿過的氣體產(chǎn)生充分的擾動(dòng)作用，不斷破壞氣體邊界層，從而較大幅度地提高氣體側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)。嵌入煙氣側(cè)時(shí)，彈性金屬蜂巢特殊的空間立體結(jié)構(gòu)在一定程度上類似人工黑體輻射模型，即強(qiáng)化了煙氣與金屬螺旋體間的輻射換熱，間接強(qiáng)化了煙氣與換熱間壁的換熱。 彈性金屬蜂巢熱回收裝置是對(duì)傳統(tǒng)金屬管換熱器進(jìn)行重要改進(jìn)的產(chǎn)品，因此保留了后者氣密性好，結(jié)構(gòu)簡單可靠，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)由于嵌入了高比表面積的擴(kuò)展表面，實(shí)現(xiàn)了蓄熱式換熱器大換熱面積的優(yōu)點(diǎn)，并克服了蓄熱式換熱器周期換熱和容積效應(yīng)造成的能量損失等不足。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2010年9月開始，授權(quán)唐山雷浩能源技術(shù)裝備有限公司對(duì)本作品進(jìn)行生產(chǎn)銷售，用戶包括：唐山國義特鋼有限公司軋鋼加熱爐系統(tǒng)、浙江天馬軸承股份有限公司鍛造爐系統(tǒng)、北京天立環(huán)保股份有限公司電石爐系統(tǒng)、福建龍巖高嶺土有限公司焙燒系統(tǒng)，獲得公司的生產(chǎn)應(yīng)用證書（內(nèi)容見附件材料）。 2010年10月開始在承德新新釩鈦有限公司新釩廠V205工程的兩臺(tái)釩渣焙燒爐上投產(chǎn)運(yùn)行，獲得廠商的生產(chǎn)應(yīng)用證書（內(nèi)容見附件材料）。 2010年12月獲學(xué)?！皳u籃杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎(jiǎng)。

作品所處階段

生產(chǎn)應(yīng)用階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利技術(shù)合作或?qū)＠夹g(shù)使用權(quán)轉(zhuǎn)讓或?qū)＠D(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

模型、圖紙、圖片、錄像、樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

作品使用說明：將本裝置安裝在工業(yè)爐窯的煙道內(nèi)，讓高溫?zé)煔庾吖芡夤芘砰g，空氣（或煤氣）走管內(nèi)，兩種換熱介質(zhì)間接叉流換熱。 作品的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢：本裝置具有氣密性好，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，連續(xù)工作及熱回收效率高等優(yōu)點(diǎn)。氣密性好使裝置應(yīng)用范圍更廣，安全且不會(huì)造成能量損失；結(jié)構(gòu)緊湊，同負(fù)荷下體積相比金屬管換熱器減少了20~60%，安裝方便；連續(xù)工作、熱回收效率高使得加熱爐窯能比較容易地實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的最大回收，同時(shí)將助燃空氣預(yù)熱到500℃以上，爐窯的能源節(jié)約率可達(dá)25~35%。 適用范圍及市場分析：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，各種加熱爐窯（如冶金加熱爐，各種有色金屬（銅、鋁、鉛等）爐窯）都會(huì)產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，煙氣帶走的熱量占總能量?0~60%，回收潛力巨大。此外，由于本作品節(jié)能簡單可靠，安裝方便，可以直接對(duì)已有的爐窯進(jìn)行改進(jìn)，且相比蓄熱式燃燒技術(shù)，減少了爐窯所需的燒嘴數(shù)量，初投資明顯較少。隨著能源的日益緊張，本作品的應(yīng)用前景廣闊。截至目前，本作品已經(jīng)在數(shù)座爐窯中得到應(yīng)用，熱回收效果極好。

同類課題研究水平概述

本作品的主要功能是用于回收工業(yè)爐窯高溫?zé)煔獾挠酂?。與此相同的、應(yīng)用較為廣泛產(chǎn)品種類并不多，主要分為兩種：金屬管換熱器和蓄熱式換熱器。 傳統(tǒng)的金屬管換熱器有結(jié)構(gòu)簡單可靠，建造運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此在上世紀(jì)后半頁應(yīng)用極廣。但它也有比較明顯的不足，即換熱效率較低，這也是制約其發(fā)展的最主要的因素。金屬管換熱器換熱效率低最主要的原因是其換熱面積不夠大，或者說要想實(shí)現(xiàn)較高效率的傳熱，換熱器的體積會(huì)過大，不便于安裝使用。雖然在金屬管換熱器的發(fā)展過程中，一直在設(shè)法提高其換熱面積，如在管內(nèi)外添加翅片，但效果一直不是很理想，致使在新建的爐窯中應(yīng)用越來越少。 蓄熱式燃燒技術(shù)很好的解決了金屬管換熱器換熱面積不足的缺點(diǎn)，因此最近這些年的發(fā)展和應(yīng)用都比較好，在新建爐窯中基本取代了金屬管換熱器的地位。蓄熱式燃燒采用兩個(gè)蓄熱室切換運(yùn)行，交替回收高溫?zé)煔獾挠酂?。蓄熱室中安放有比表面積很大（數(shù)百到數(shù)千 m2/m3）的陶瓷小球體或者蜂窩體，耐高溫的同時(shí)，很大限度的回收煙氣余熱。但是，蓄熱式燃燒回收煙氣余熱的方式也有比較明顯的缺點(diǎn)：第一、蓄熱室周期工作，加入了運(yùn)動(dòng)部件氣體換向閥。氣體換向閥的切換頻率較高（30~200秒一換），且處于溫度較高的環(huán)境下，系統(tǒng)發(fā)生故障概率提高，且易發(fā)生換熱介質(zhì)間的相互滲透，造成能量的浪費(fèi)；第二、蓄熱室和管道有一定的體積，在蓄熱室切換時(shí)，前一階段殘留在蓄熱室和管道中的熱空氣（熱煤氣）會(huì)被煙氣帶走（容積效應(yīng)），也會(huì)造成較為嚴(yán)重的能量損失；第三、對(duì)于蓄熱式燃燒技術(shù)，一個(gè)燒嘴配合一個(gè)蓄熱室工作，所以當(dāng)蓄熱室用于排煙時(shí)，配合的燒嘴不能工作。這使得整個(gè)爐窯的燒嘴數(shù)量增加，即增加了初投資。 此外，擴(kuò)展表面常用的實(shí)施方法是添加翅片以獲得更大的傳熱面積?，F(xiàn)有的翅片材料大多為金屬或高熱導(dǎo)率非金屬陶瓷，常見的形狀有矩形型、波紋型、穿孔型等，與換熱裝置的連接方式多為焊接、浸鍍或脹管。雖然這些傳統(tǒng)的翅片都在一定程度上強(qiáng)化了熱交換裝置氣體側(cè)的換熱性能，提高了裝置的熱交換效果，但它們也都存在一些不同程度的缺陷，如比表面積不夠大、不容易制作加工或者與換熱間壁接觸差等。
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