基本信息
- 項目名稱：
- 玻璃熔窯蓄熱室蜂巢式格子體設計
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 設計靈感源于蜂巢的獨特構造與生產(chǎn)實踐工藝設計的結合，主要用于改善大型熔窯蓄熱室的空間構造。將蜂巢式蓄熱室格子磚與幾種常見的玻璃熔窯格子磚作對比,優(yōu)化設計思路,通過對蓄熱室格子體換熱性能的分析,利用三維數(shù)值模擬,從格子體的設計形式、蓄熱式的結構及砌筑、各項參數(shù)的計算以及耐火材料的選擇,提出更為合適的磚體設計,并針對格子體的工況條件,通過實際計算,對蜂巢式格子體蓄熱室的節(jié)能效果進行了可行性論證。
- 詳細介紹：
- 為響應國家提出的《“十二五”節(jié)能環(huán)保裝備專項規(guī)劃》，引導節(jié)能環(huán)保裝備制造業(yè)有序發(fā)展，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的低碳化改造，實現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)境治理和資源綜合利用的任務和目標，提出一批需要研發(fā)、應用和推廣的環(huán)保技術裝備，我校無機非金屬材料專業(yè)提出節(jié)能項目——“玻璃熔窯蓄熱室蜂巢式格子體設計”的研發(fā)。 設計靈感源于蜂巢的獨特構造，結合生產(chǎn)實踐現(xiàn)場工藝設計而成，主要用于改善大型熔窯蓄熱室的空間構造。將蜂巢式蓄熱室格子磚與幾種常見的玻璃熔窯格子磚作對比,優(yōu)化設計思路,通過對蓄熱室格子體換熱性能的分析,利用三維數(shù)值模擬,從格子體的設計形式、蓄熱式的結構及砌筑、各項參數(shù)的計算以及耐火材料的選擇,提出更為合適的磚體設計,并針對格子體的工況條件,通過實際計算,對蜂巢式格子體蓄熱室的節(jié)能效果進行了可行性論證。 采用蜂巢式格子體設計，不僅可以實現(xiàn)節(jié)能減排、提高質量，而且可以適當 減少建設資金，降低生產(chǎn)成本，這就為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益打好了堅實的基礎。 項目研發(fā)管理：作品研發(fā)的全程采用先進的PDCA（質量管理改進）模式，實現(xiàn)了高質量管理，現(xiàn)代化控制的要求。研究涉及材料學、力學、流體力學、傳熱學、統(tǒng)計學等學科的知識研究，以達到節(jié)省窯爐材料，提高蓄熱能力，實現(xiàn)真正意義上的節(jié)能，設計中以新穎的砌筑結構為亮點，充分展示了設計的獨特性和創(chuàng)造性。 項目研究進展：作品設計創(chuàng)意受到中國秦皇島玻璃研究設計院黃志斌高級工程師的肯定，耀華玻璃研究院原窯爐設計室主任李兆群教授也給予了指導意見和建議。 作品研究論文在全國性期刊《中國玻璃》 2011年首刊上發(fā)表，受到許多窯爐專家的認可，現(xiàn)已著手專利申報材料的研究和設計，于近日將進行提交申報。成品制造已經(jīng)與當?shù)啬突鸩牧瞎窘忧?，準備在耀華公司技術部籌劃新建窯爐的初對小爐進行部分試驗，檢測設計的理論與實際效果。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計：玻璃熔窯蓄熱室蜂巢式格子體 發(fā)明的目的和基本思路：通過改造蓄熱室的空間結構，使玻璃熔窯蓄熱室達到節(jié)能減排的效果，提高蓄熱溫度，降低能耗。 創(chuàng)新點：蜂巢式格子孔截面圖為正六邊形，減少滯留層，利于熱的交換；節(jié)省材料，減少熱吸收的重復部分，材料自然越節(jié)約，減少了材料的使用，可以適當增加蓄熱室高度，增大蓄熱面積，同時也解決蓄熱室高度與底部磚材承重要求之間的矛盾；孔的流力增大，減少飛塵在磚表面的積留，從而不易堵塞，減少熱修。 技術關鍵和主要技術指標：換熱面積，換熱率，磚材利用率，熱效率及換熱系數(shù)。 蜂巢式蓄熱室的熱效率比條形磚蓄熱室提高13.18%，比筒形磚蓄熱室提高5.25%，磚材比條形磚蓄熱室節(jié)約了25.30%，比筒形磚蓄熱室節(jié)約了10.42%。 格子磚類型 條形磚 筒形磚 蜂巢磚 單側格子體換熱面積A/m2 7389 7946 8363 單側格子磚體積V/m3 296 247 221 全窯格子磚總重量G/t 1658 1383 1238
科學性、先進性
- 蜂巢式蓄熱室的熱效率比條形磚蓄熱室提高13.18%，比筒形磚蓄熱室提高5.25%，磚材比條形磚蓄熱室節(jié)約了25.30%，比筒形磚蓄熱室節(jié)約了10.42%。 減少磚材的應用，降低熔窯成本；提高蓄熱室換熱效率，降低能耗；增加蓄熱室氣流換熱速度，減小熱震。 大型玻璃熔窯蓄熱室，一旦推廣其節(jié)能效果會很顯著，節(jié)約建窯磚材成本，減少燃料的燃燒，降低能耗，大約2%-8%。
獲獎情況及鑒定結果
- 作品研究論文在全國性期刊《中國玻璃》 2011年首刊上發(fā)表
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 作品模型、設計圖紙、現(xiàn)場PPT演示、圖片、材料樣品、3D立體設計
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 作品技術特點和優(yōu)勢：減少磚材的應用，降低熔窯成本；提高蓄熱室換熱效率，降低能耗；增加蓄熱室氣流換熱速度，減小熱震。 適應范圍及推廣前景：大型玻璃熔窯蓄熱室，一旦推廣其節(jié)能效果會很顯著，大大降低能耗，大約2%-8%。 市場分析和經(jīng)濟效益預測：大大節(jié)約建窯磚材成本，減少燃料的燃燒。
同類課題研究水平概述
- 1條型磚做格子體的應用時間最早、最長。條型磚的優(yōu)點是: 形狀簡單容易壓制成型成品率高價格較低砌筑容易可在熔窯運行中進行熱修。條型磚的缺點是:由于一般條型格子磚厚度為64mm、65mm、75mm在常用的20min換向時間內只有磚表層大約20mm厚度參與換熱磚芯的厚度白白浪費掉了使得整個格子體的用磚重量增大了許多;條型磚的單位體積換熱面積比較小。我國的玻璃熔窯上一直延續(xù)到2000年基本上都是使用了條型磚。 2筒型磚是德國第第爾公司開發(fā)研制出來的筒型磚的優(yōu)點是:磚的壁厚較薄一般為30mm、38mm、40mm可在常用的15-20min換向時間內全部厚度參與換熱;筒型磚格子體的單位體積換熱面積比較大;采用筒型磚的蓄熱室內寬尺寸比較小砌筑方便砌筑后的穩(wěn)定性較好。筒型磚的缺點: 形狀較復雜需要大型壓制成型設備價格比條型磚高筒型磚格子體在熔窯運行中熱修困難。在我國的大型玻璃熔窯上從2000年開始逐步使用了堿性筒型磚從使用近6年來的情況看，效果比較好，比條型磚具有一定的優(yōu)越性。 3電熔十字型的格子磚是法國西普公司(SEPR)開發(fā)研制出來的日本旭硝子(ASAHI)公司開發(fā)研制出來了燒結的十字型格子磚。電熔十字型格子磚的優(yōu)點是:能長期經(jīng)受玻璃熔窯內高溫火焰、各種粉塵、堿性氣氛等的沖擊和侵蝕可在15年以上窯齡的玻璃熔窯中使用。電熔十字型格子磚價格比其它類型格子磚都高許多在我國僅有極少數(shù)玻璃熔窯上使用過。由于全窯耐火材料的配套性不足而導致窯齡也不是太長只有5-6年還沒有體現(xiàn)出這種格子磚的優(yōu)點。在國外的玻璃熔窯上電熔十字型格子磚用的要多一些窯齡一般都在10年以上有的達到15年以上。 4蜂巢式結構近似各向同性，結構穩(wěn)定性好，不易變形，其突出的抗壓能力和抗彎能力是蓄熱室結構需要的最重要的特性。在相同的蓄熱面積下，用材料最少，具有最大的強度重量比，相對來說質量輕，減小了蓄熱室的重力負擔。磚材價格從用料與設計，乃至制造都可降低不少，從而降低建窯成本。從流體力學的角度出發(fā)，蜂巢結構內部為封閉的小室，其中充滿空氣，因此具有很好的隔音、隔熱和保溫性能，從而提高了蓄熱室的蓄熱能力，但氣流可以更穩(wěn)定流動。六邊形的鈍角設計更有利于氣體形成抽力，換熱能力加強。從實際操作來講，六邊形設計更不易堵塞，減少冷修，延長使用壽命。封閉的六角等邊蜂巢結構致密度高，氣體不會形成慣性氣流，流速過快而降低蓄熱能力。
