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蜂窝陶瓷蓄热体换热效率和高度一、引言蓄热体是近年来广泛应用于能源转换和储存领域的一种热传导材料。
蜂窝陶瓷蓄热体是其中一种常见的设计。
本文将探讨蜂窝陶瓷蓄热体在传热过程中的效率和高度对于换热性能的影响，并提供一些相关实验和研究结果。
二、蜂窝陶瓷蓄热体的结构和工作原理蜂窝陶瓷蓄热体是一种具有规则孔隙结构的热传导材料。
由于其良好的热容量和导热性能，它被广泛应用于太阳能集热器、储能系统等领域。
其工作原理基于材料内部孔隙结构的热传导和储能过程。
三、蜂窝陶瓷蓄热体的换热效率蜂窝陶瓷蓄热体的换热效率是评估其性能的重要指标之一。
换热效率取决于多个因素，包括材料的导热性能、孔隙结构的设计等。
1.材料的导热性能蜂窝陶瓷蓄热体的导热性能是影响换热效率的主要因素。
导热性能越好，热量在材料内部的传递速度就越快，从而提高换热效率。
研究表明，选择导热性能良好的材料，如具有高热导率的陶瓷材料，可以显著提高蓄热体的换热效率。
2.孔隙结构的设计蓄热体的孔隙结构对于换热效率也有着重要的影响。
通常，蜂窝陶瓷蓄热体会通过设计不同形状的孔隙结构来增加有效表面积，从而提高换热效率。
例如，增加蓄热体的高度可以增加其表面积，提高热量传递的速率。
四、蓄热体高度对换热性能的影响蓄热体的高度也是影响换热性能的重要因素之一。
高度不同会影响蓄热体的表面积和导热路径的长度，进而影响其换热效率。
1.高度与表面积的关系蜂窝陶瓷蓄热体的高度与其表面积成正相关。
增加蓄热体的高度可以增加其表面积，提高热量传递的速率。
然而，随着高度的增加，由于热量传递过程中存在阻力，换热效率不会线性增加。
2.高度与导热路径的关系蓄热体的高度也会影响导热路径的长度。
较长的导热路径会增加热传导的阻力，并降低换热效率。
因此，在设计蜂窝陶瓷蓄热体时，需要在高度和导热路径长度之间寻找最佳平衡点，以获得最高的换热效率。
五、实验和研究结果许多实验和研究都证明了蜂窝陶瓷蓄热体的换热效率和高度之间的关系。
中国蜂窝陶瓷载体行业市场现状与竞争格局分析一、蜂窝陶瓷载体行业概况蜂窝陶瓷是一种新型结构陶瓷产品，因其内部构造类似蜂窝形状而得名，可由多种材质制成，主要材质有堇青石、钛酸铝、碳化硅、氧化锆、氮化硅等。
蜂窝陶瓷通常具有比表面积大、热惰性小等物理特性，不同材质的蜂窝陶瓷具有不同的物理特性。
用于内燃机尾气后处理系统中承载涂覆催化剂或捕捉颗粒物的蜂窝陶瓷称为蜂窝陶瓷载体，主要分为直通式载体和壁流式载体，其中直通式载体主要包括SCR载体、DOC载体、ASC载体、TWC载体；壁流式载体包括DPF载体和GPF载体。
蜂窝陶瓷载体处于尾气处理产业链的前端。
蜂窝陶瓷载体用于内燃机尾气后处理，内燃机尾气后处理系统产业链的具体分工为：催化剂涂覆厂商为蜂窝陶瓷载体的直接使用方；涂覆厂商进行活性组分及催化助剂的涂覆处理；封装公司对催化剂载体进行包裹并完成内燃机尾气后处理系统的集成；最终尾气后处理系统应用于终端客户内燃机主机厂商、整车厂商或船机厂商等。
各类直通式载体结构基本相同，均为直通式结构，不同直通式载体的孔密度、壁厚和尺寸大小有所差异。
二、中国蜂窝陶瓷行业发展现状分析蜂窝陶瓷载体的市场规模取决于下游终端市场规模。
2017年中国汽车产量达到2901.81万辆，为近年来最大值。
对柴油车而言，国五阶段通过改进发动机燃烧效率即可满足PM 限值标准；国六阶段则需在国五标准基础上加装柴油机颗粒捕集器（DPF）。
柴油车一般排量较大，重型柴油车排量动辄10升以上，处理此类污染物浓度高、排量大的尾气，需要大尺寸高规格高性能蜂窝陶瓷载体组成处理系统，分别涂覆不同催化剂或具有过滤结构，以处理NOx、PM、CO、HC等污染物以及催化反应过程中泄露的NH3。
三、中国蜂窝陶瓷载体行业竞争格局分析目前全球蜂窝陶瓷载体的生产商主要有康宁公司和NGK公司，二者为蜂窝陶瓷载体行业领先者，占据全球90%左右的市场份额。
国内蜂窝陶瓷载体企业较少，规模相对较小，集中分布在山东、江苏等地，主要包括奥福环保、宜兴化机、王子制陶、凯龙蓝烽等。
陶瓷蜂窝体在蓄热燃烧系统中的应用研究摘要：介绍了新型蓄热材料陶瓷蜂窝体的优良性能，技术特点，以及采用该蓄热体的所产生的巨大的优势。
关键词：陶瓷蜂窝蓄热换热工业炉：中图分类号： tk513 文献标识码： a 文章编号：1.应用背景石油化工以及使用有机溶剂的行业，如喷漆、印刷行业、覆铜板、pcb、汽车等行业经常排放出含有挥发性有机化合物（volatile organic compounds,voc）的气体,这些气体大多数都是有害气体，对人的健康构成了极大的威胁；同时，也造成了严重的环境污染。
比如，一些voc气体能够和发生化学反应，形成光化学烟雾；另有一些voc则对大其中的臭氧层构成了破坏。
因此，合理的对这些废气的处理，显得格外的必要和迫切。
对于这些废气的处理，目前国际上应用的比较成熟的是蓄热式热氧化法，在所采用的蓄热材料上，我们经常采用的是普通的耐火砖，由于其比表面积不大，因此设备的体积相当庞大，且热回收率较低，而采用陶瓷蜂窝作为填料后，由于其具有很高的比表面积和高的热容，单位体积的传热面积高达100～600m2,甚至更多，故体积可大大缩短。
同时，由于高的热传播速率，阀的切换时间也由以前的几十分钟缩短到几分钟，甚至十几秒的时间。
这大大有利于减少炉内的温度波动。
本文将重点对陶瓷蜂窝体燃烧系统做以介绍。
2.蓄热燃烧机理如图1所示为一蓄热燃烧装置的简图。
该系统主要由一个燃烧室、两个陶瓷填料床和两个切换阀组成。
废气最初先进入左边的填料塔,里面的填料对废气进行预热，同时填料本身得到冷却，然后废气进入燃烧室燃烧除去里面的有机废弃物，接着，生成的烟气一部分由热旁路流出（用于加热导热油），其余的烟气则经过右边的填料塔，得到冷却，最后排除至大气；当走边填料塔里面的填料温度低于某一预定值后，切换阀起作用，废气先经过右边填料塔，然后经过燃烧室和左边填料塔，最后排除至大气，这样周而复始，完成循环，达到除去voc的目的。
3.陶瓷蜂窝的结构及其性能3.1 结构特点陶瓷蜂窝体为蓄热元件，如图2，其壁厚较薄，约为0.2～0.5mm，蜂窝的单元间距约为1～3mm，和其他的蓄热材料相比，具有较大的比表面积。
2024年蜂窝陶瓷载体市场发展现状摘要蜂窝陶瓷载体是一种用于催化剂和过滤材料的重要载体材料。
本文通过对蜂窝陶瓷载体市场的调研和分析，探讨了其发展现状和未来趋势。
引言蜂窝陶瓷载体作为一种多孔陶瓷材料，具有高比表面积、低压降、抗高温等特点，广泛应用于汽车尾气净化、工业废气治理、焊烟净化等领域。
近年来，随着环境保护意识的提高和政府对大气污染治理的重视，蜂窝陶瓷载体市场呈现快速增长的趋势。
市场规模分析根据市场调研数据显示，蜂窝陶瓷载体市场的规模逐年扩大。
2019年，全球蜂窝陶瓷载体市场规模达到约50亿元人民币，预计到2025年将超过100亿元人民币。
主要驱动市场增长的因素包括环境法规的要求、汽车尾气排放控制的需求增加以及工业废气治理市场的发展。
市场应用领域分析蜂窝陶瓷载体广泛应用于汽车尾气净化、工业废气治理、焊烟净化等领域。
其中，汽车尾气净化是最主要的应用领域之一。
随着汽车保有量的增加和排放标准的提高，蜂窝陶瓷载体在汽车尾气净化中的需求也在不断增长。
此外，工业废气治理和焊烟净化领域也是蜂窝陶瓷载体的重要应用领域。
市场竞争态势分析目前，蜂窝陶瓷载体市场竞争激烈，主要厂商包括NGK Ceramics、Corning、韩国科技陶瓷等。
这些厂商在技术研发、产品品质和市场拓展方面具有一定的竞争优势。
此外，新兴的陶瓷材料企业也开始涉足蜂窝陶瓷载体市场，并力图通过创新技术和低成本产品占据市场份额。
市场发展趋势分析未来，蜂窝陶瓷载体市场将呈现以下几个发展趋势： 1. 技术升级和创新。
随着环保要求的不断提高，市场对蜂窝陶瓷载体的性能要求也越来越高。
厂商应不断进行技术研发和创新，提高产品的性能和竞争力。
2. 市场细分和差异化。
为了满足不同领域对载体材料的需求，蜂窝陶瓷载体市场将进一步细分，推出不同类型、不同规格的产品，并根据市场需求进行差异化竞争。
3. 地区市场的发展不均衡。
目前，亚太地区是全球蜂窝陶瓷载体市场的主要消费者。
2024年蜂窝陶瓷载体市场规模分析1. 简介蜂窝陶瓷载体是一种多孔陶瓷材料，常用于催化剂和过滤器等领域。
它具有高孔隙率、低比表面积和良好的热、电、化学稳定性等特点，在汽车尾气净化、工业废气处理等领域有着广泛的应用。
本文将对蜂窝陶瓷载体市场的规模进行分析。
2. 市场概况2.1 市场定义蜂窝陶瓷载体市场指的是销售和使用蜂窝陶瓷载体的相关市场。
这些载体通常用于催化剂和过滤器等环保领域，用于处理废气和污染物。
2.2 市场发展历程蜂窝陶瓷载体市场在过去几十年中得到了快速发展。
随着环保意识的提高和排放标准的不断收紧，需要使用蜂窝陶瓷载体的行业也越来越多。
特别是汽车尾气净化领域，蜂窝陶瓷载体的需求量大幅增加。
2.3 市场规模根据市场调研数据，蜂窝陶瓷载体市场规模一直呈现增长趋势。
2019年，全球蜂窝陶瓷载体市场规模达到X亿元，预计到2025年将增长至X亿元。
3. 市场驱动因素3.1 环保需求随着环保意识的提高，政府对废气排放的要求越来越严格。
蜂窝陶瓷载体作为一种高效的废气处理材料，在环保领域得到了广泛应用。
环保需求是蜂窝陶瓷载体市场增长的主要驱动因素之一。
3.2 汽车行业的发展汽车尾气排放是空气污染的重要来源之一。
随着汽车行业的持续发展，对排放控制的要求也越来越高。
因此，蜂窝陶瓷载体在汽车尾气净化领域的需求量也在不断增加。
3.3 工业废气处理需求工业废气中的污染物对人体健康和环境造成严重影响。
为了减少对环境的污染，工业企业需要采取有效的废气处理措施。
蜂窝陶瓷载体作为一种高性能的废气处理材料，被广泛应用于工业废气处理中。
4. 市场前景4.1 新兴市场的机会目前，蜂窝陶瓷载体市场主要集中在发达国家和地区。
但随着新兴市场经济的快速发展，对环保领域的需求也在增加。
蜂窝陶瓷载体作为一种高效的环保材料，将在新兴市场中有更大的市场机会。
4.2 技术创新的推动随着科技的不断进步，蜂窝陶瓷载体的性能得到了不断提升，适用领域也在扩大。
2023年蜂窝陶瓷行业市场分析现状蜂窝陶瓷是一种新型的陶瓷材料，具有轻质、高强度、耐温、隔热、隔声等特点，广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域。
蜂窝陶瓷行业市场前景广阔，但目前在我国市场发展仍处于初级阶段。
以下将从市场规模、市场需求、市场竞争等方面进行分析。
首先，蜂窝陶瓷行业市场规模较小。
目前，我国蜂窝陶瓷行业尚属于新兴产业，市场规模相对较小。
与成熟的建材行业相比，蜂窝陶瓷的市场份额还很有限。
但随着人们对环保、节能等问题的关注增加，蜂窝陶瓷的应用领域将逐渐扩大，市场规模也有望得到进一步的扩大。
其次，蜂窝陶瓷行业市场需求增长迅猛。
蜂窝陶瓷由于其独特的物理特性，在建筑、汽车等行业应用前景十分广阔。
在建筑行业，蜂窝陶瓷可以用于隔热、隔声等方面，提高建筑物的能源效率。
在汽车行业，蜂窝陶瓷可以用于减重、隔热等方面，提高汽车的整体性能。
而随着人们对节能环保的要求越来越高，蜂窝陶瓷的需求将不断增加。
第三，蜂窝陶瓷行业市场竞争激烈。
目前，国内外都有一些蜂窝陶瓷制造商，市场竞争比较激烈。
在中国，一些大型陶瓷企业也开始涉足蜂窝陶瓷行业，竞争压力较大。
除了国内竞争，国际市场上也有很多蜂窝陶瓷制造商，他们的产品质量和技术实力也不容忽视。
因此，蜂窝陶瓷制造商需要在产品质量、技术创新等方面寻求突破，提高市场竞争力。
总体来说，蜂窝陶瓷行业市场前景广阔，但目前在我国市场发展仍处于初级阶段。
随着人们对环保、节能等问题的关注增加，蜂窝陶瓷的应用领域将逐渐扩大，市场规模也有望得到进一步的扩大。
同时，蜂窝陶瓷制造商需要不断创新，提高产品质量和技术水平，以在激烈的市场竞争中占据优势位置。
蜂窝陶瓷研究报告一、蜂窝陶瓷简介蜂窝陶瓷是一种多孔性的工业用陶瓷，其内部是许多贯通的蜂窝形状的平行通道，这些蜂窝体单元由格子体的薄的间壁分割而成。
其材质目前主要由堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）,钛酸铝（Al2TiO5），莫来石（3Al2O3.2SiO2）,刚玉（Al2O3）及复合型等，与一般陶瓷相比，具有低热膨胀性、耐热冲击、比表面积大、耐腐蚀等特性。
二、研究背景保护环境是中国的一项基本国策，随着中国工业化、城镇化进程的深入，中国环境污染问题日益突出。
汽车尾气中的主要污染物为氮氧化物（NO x），碳氢化合物（HC），一氧化碳(CO)，二氧化硫（SO2）及微粒物质（铅化物、碳烟等）。
催化分解氮氧化物是治理NO x污染物的最有效的措施，其关键技术是寻找活性高、稳定性好、耐毒能力强的催化剂。
蜂窝陶瓷作为催化剂的良好载体，可用于汽车尾气净化器。
蜂窝陶瓷具有高的比表面积和良好的物理化学稳定性，另外还具有低密度、高渗透率、良好的能量吸收性能以及耐高温、耐腐蚀、化学稳定性和尺寸稳定性高、易于再生等优点。
三、国内外研究进展1975年美国康宁公司已能用挤出法批量生产薄壁堇青石质蜂窝陶瓷，用其制成的蜂窝陶瓷净化器应用到各种车型上。
以后随着净化空气的需求，蜂窝陶瓷载体迅速发展，产品很快从200孔/in2扩到300孔/in2，到1996年，HONDA公司就已经生产出的600孔/in2产品。
日本碍子株式会社（NGK公司）开发出（孔/in2/mil）400/6,400/4,600/3,900/2，300/8的蜂窝陶瓷载体。
美国和日本已研制出了600孔/in2、900孔/in2高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷。
从生产技术和设备来看，国外生产厂家已普遍采用了塑性挤出成型、连续化微波干燥、自动切割、自动检测等工艺设备，而且实现了堇青石与载体烧成一次完成的烧成工艺。
国内从1984年开始用挤出法生产薄壁蜂窝陶瓷，已能自主生产400孔/in2，壁厚0.25mm的蜂窝陶瓷载体，热膨胀系数（25~1000℃）为2.0×10-6/℃左右，抗热震性能一般为500~550℃左右。
1引言蜂窝陶瓷是一种多孔性的工业用陶瓷,其内部构造是许多贯通的平行通道,这些蜂窝体单元由不同形状的格子状的薄的间壁分割而成[1]。
与一般的实心块状陶瓷相比,蜂窝陶瓷具有比表面积大、质轻、热膨胀系数低、比热容大、导热性能好、抗热震性好等优异特性[2]。
最早是由美国康宁公司(Corning)进行研制，用于机动车内燃机尾气处理，并在1975年进行小型汽车尾气净化试验获得成功。
在随后的几十年里，国内外对蜂窝陶瓷的研究及应用越来越广泛，成功应用于机动车、船舶以及非道路移动机械等的尾气处理用催化剂载体，臭氧抑制催化剂载体，化学工业的化学反应载体，冶金工业的热交换和金属液的过滤，石化行业、化学化工、制药业、纺织业、采矿业等行业的有毒气体净化处理，轻工业的喷涂以及建材工业的消声材料和窑炉的蓄热和隔热材料[3-6]。
2国内外蜂窝陶瓷的发展历程蜂窝陶瓷的诞生最早源于机动车尾气处理。
国外郝立苗,黄妃慧,王勇伟,牛思浔,程国园,邢延岭（山东奥福环保科技股份有限公司，德州253000）具有比表面积大、质轻、热膨胀系数低、比热容大、导热性能好、抗热震性好等优异特性，在工业及环保领域有着举足轻重的地位。
本文着重对蜂窝陶瓷研究现状进行归纳、总结、分析，对蜂窝陶瓷的发展历程、制备工艺进行了论述，并对蜂窝陶瓷在工业以及环保等领域的应用及发展趋势进行简单论述。
蜂窝陶瓷；制备；环保；应用国家重点研发计划资助(2018YFC1901500),(1991-),女,工程师,硕士研究生,主要从事蜂窝陶瓷研发与应用,。
E-mail :1391460188@ 。
发达国家的汽车行业起步早、发展迅速，对蜂窝陶瓷的研究也领先我国十几年的时间，特别是美国康宁公司率先在1972年进行低热膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷车用载体的开发，并在1974年推出（孔密度cpsi/壁厚mil）200/12的蜂窝陶瓷载体，1976年推出300cpsi,1979年推出400cpsi的蜂窝陶瓷载体,成为当今世界上用于内燃机尾气处理最通用的蜂窝陶瓷载体[7]。
蜂窝陶瓷蓄热体的研究现状3周 娴1,2 姜 凡1 吕 元1,2 徐 祥1 肖云汉1(1中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所) 北京 100190)(2中国科学院研究生院 北京 100190)摘 要 综述了高温空气燃烧系统的关键部件之一———蜂窝陶瓷蓄热体的主要发展历程,制备要求以及国内外对蜂窝陶瓷蓄热体热工性能的实验研究和数值模拟现状。
可以看出,深入研究蜂窝陶瓷蓄热体的特性对我国发展和应用蓄热式高温空气燃烧技术具有重要意义。
关键词 蜂窝陶瓷蓄热体 高温空气燃烧技术 实验 数值模拟Resrarch St a tus on Honeyco m b Ceram i c Regenera torZhou Xian1,2,J iang Fan1,Lv Yuan1,2,Xu Xiang1,Xiao Yunhan1(1Key Laborat ory of Advanced Energy Power of Chinese Academy of Sciences,Beijing,100190)(2Graduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing,100190)Abstract:Honey ceram ic regenerat or is one of the key points of the H igh Te mperature A ir Combusti on(HT AC)system.This arti2 cle su mmerize the main course of devel opment,the requir ment of manufacture of honeycomb cera m ic regenerat or,as well as the ther mal perfor mance of the experi m ental research and nu merical si m ulati on in and abr oad.It is very i m portant f or us t o have a deep research on honeycomb cera m ic regenerat or,because it is significant t o the devel opment and utilizati on of HT AC.Key W ords:Honeycomb ceram ic regenerat or;HT AC;Experi m ent;Si m ulati on1 陶瓷蓄热体的发展历程蓄热体的工作原理是高温流体和低温流体交替流过蓄热体。
当高温流体流过蓄热体时,蓄热体被加热至高温,流体被冷却,此时流体的显热被储存在蓄热体中。
紧接着,低温流体流过被加热的蓄热体,被预热至高温,而蓄热体则被冷却下来。
如此往复循环,高温流体的物理显热被传递给被预热介质,实现低温流体的高温预热。
近几十年来,随着能源和环境问题日益引起国内外广泛关注,高效利用能量、有效节约能源正逐步引起各国高度重视。
在我国,工业窑炉耗能约占全国总能耗的25%,是我国耗能大户,为了提高工业窑炉的能源利用率,降低能耗,引入了蓄热体建造蓄热室将高温烟气的余热回收利用于预热助燃空气,提高了工业炉的热利用效率。
早在19世纪中期,蓄热室燃烧技术就开始应用于高炉、热风炉、焦炉等大规模、高温度的工业炉,用于高温烟气余热回收。
此时传统的蓄热室采用格子砖为蓄热体,传热效率低,蓄热室体积庞大,换向周期长,限制了其在其他工业炉上的应用。
1970～1980年,英国煤气公司和后来的HOT2 WORK公司研制了使用陶瓷小球作为蓄热体的新型蓄热式加热炉,其特点是比表面积大、体积小、阻力大。
陶瓷小球蓄热体的使用实现了更高的预热温度,通常可达1000℃,进入蓄热体的烟气温度可高达1300～1 400℃。
20世纪90年代以来,国际上把节能和环保结合起来,研制并推广了“高温空气燃烧技术(H igh Te m23资助项目:国家863高技术研究发展计划项目(项目编号:2006AA05A103);中国科学院知识创新工程重要方向项目(项目编号:KGGX2-Y W -323)perature A ir Combusti on,简称HT AC)”。
由于具有高效节能和超低NOx排放的双重优越性,这种技术在国际燃烧领域中被称为燃烧技术的革命[1～3]。
其中使用的蓄热体是在陶瓷小球蓄热体的基础上改造而成的蜂窝陶瓷蓄热体。
和陶瓷小球蓄热体相比,蜂窝陶瓷蓄热体有比表面积大,蓄热、放热速度快,有效通流面积大,阻力损失小等优点,在国内越来越受到重视。
2 蜂窝陶瓷蓄热体的原料和制备蓄热体的工作条件决定了它对材质有较高的要求,蓄热体的材质必须满足以下几个条件:1)耐高温,能够在不同的使用工况下稳定工作;2)具有良好的抗热震性能,能经受因内外温差变化而引起的应力作用;3)良好的导热性和蓄热、放热速率,材料的导热性能越好,其体积利用率越高,设备体积也越小;4)具有较大的密度和比热容,蓄热体的比热容与密度的乘积(无相变)越大,则其蓄热能力越大,即在额定蓄热量条件下所需设备体积越小;5)耐化学侵蚀,具有较好的抗渣性、抗氧化性;6)具有足够的机械强度,在高温下堆积不变形坍塌;7)寿命长、价格适中、成本低[4]。
蓄热体用何种材质,应由烟气温度高低,腐蚀性大小,固体粉尘性质和含量以及工业窑炉的工况条件所决定。
根据目前工业窑炉的具体情况,作为蓄热体的材料可有陶瓷和金属两大类,但随着工业水平的提高工业窑炉的烟气温度也随之升高。
由于陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、强度高等优点,所以目前大多选用陶瓷材料作蓄热体。
根据不同使用温度,可选用粘土质、刚玉质、莫来石质、锆英石质、钍酸铝质和堇青石质等材料[4]。
实践表明:堇青石质陶瓷蓄热体由于高温(1250℃)烟气的腐蚀性特强,在高温下堇青石蓄热体会熔融挥发。
尤其在钠等碱金属蒸汽和S O等酸性气体作用下熔蚀现象严重。
钍酸铝因其价格昂贵,目前推广应用有困难。
刚玉因其抗热震性差,价格较贵也不被看好。
从热容、抗热震性、耐化学腐蚀、辐射率和导热率等方面考虑,认为普通莫来石质陶瓷作蓄热体是合适的。
一般寿命在3个月以上,有的甚至可使用6～12个月,且价格也能被接受。
3 蓄热燃烧技术的实验研究进展实验是研究蓄热体热工性质的重要手段,对于蜂窝陶瓷蓄热燃烧技术,国内外的学者进行了一系列实验研究,涉及火焰特性及其影响因素、燃烧区域和有害产物生成机理、蓄热体内温度分布规律及其它热工特性、蓄热体尺寸计算方法等方面。
实验研究系统一般由燃烧室、燃烧器、换热器、四通阀、鼓风机等部件组成,见图1。
其中,蓄热体是核心部分。
图1 高温空气燃烧技术原理图系统工作时,燃料在A侧燃烧室内燃烧,产生1 300℃左右的高温烟气,高温烟气通过换热器时与蜂窝陶瓷蓄热体进行热交换,蓄热体被加热,烟气则被冷却到120℃左右经四通阀排入大气中。
与此同时,常温空气经四通阀后进入B侧的换热器,吸收换热器中高温蓄热体中的热量,迅速升温到1000℃以上,加热后的高温空气分为两部分,其中一部分用于A侧燃烧室清洁燃气的燃烧。
经过一段时间后进行切换,B侧燃烧,A侧产生高温空气[5]。
萧泽强等[6]通过该系统研究了蓄热燃烧技术中的火焰特性、稳定燃烧对助燃剂的要求以及对影响NO x生成的相关因素。
实验的主要结果是:①助燃剂预热温度越高,能维持稳定燃烧的最低氧浓度也越小,只有在提高助燃剂预热温度的同时降低氧浓度,才能获得体积大、温度均匀、燃烧噪声小的火焰;②氧浓度为21%的气氛中的火焰体积随助燃空气温度升高而变大。
蒋绍坚等[7]利用相同的实验设备进行了研究,并作出了定性分析。
认为高温空气蓄热燃烧火焰无火焰界面,火焰体积大,形状不规则;助燃剂预热温度及氧气浓度是影响火焰体积的主要因素等。
A K Gup ta等[8]借用日本NFK的实验设备做了实验。
其装置被称为“空气焓增强装置”(A ir-Enthal py I ntensifier),主要由2部分组成,一个是带2个燃烧舱的炉子,每个燃烧舱都带有1个蜂窝陶瓷蓄热体;另一个是控制流量和换向阀的计算机系统,换向的时间为30s。
先采用甲烷作为预热燃料,将蓄热体预热到所希望的温度(最大可以达到1300℃),这时喷入丙烷并开始采集数据。
低氧助燃剂可以用任何惰性气体或燃烧产物来稀释空气得到。
通过实验对不同空气温度和氧浓度下的火焰颜色、体积和长度等进行了较全面的研究。
得出的主要结论,认为通过预热的温度和烟气的循环率可以调节炉内火焰的温度,另外通过高速喷入空气可以产生高比例的再循环。
T oshiaki Hasega wa等[9]建立实验炉,使用城市煤气为燃料,研究了蓄热燃烧技术中三种不同结构的燃料和空气混合形式对燃烧的影响。
他们还建立了1.3 k W的实验炉,由热空气发生器、空气流量控制器、燃料和稀释气体、顺序控制器、烟气成分分析仪等组成。
蓄热体可以把助燃空气预热到1300℃以上,换向阀以30s间隔进行切换,实验也得出了一系列的结论。
如当空气预热温度为700℃时,要想获得稳定燃烧,氧气含量必须大于15%。
浙江大学的曹晓华等[10]和上海交通大学的曹小玲等[11～12]对蜂窝陶瓷蓄热体的尺寸设计进行研究,并通过冷态试验台验证了设计方法是正确可行的。
通过实验验证了相应的辐射传热系数和对流传热系数的计算公式[13～14]。
广西大学的钟水库等[15]、清华大学的王皆腾等[16]也对蓄热体的换热特性进行了实验研究。
包括不同规格(同尺寸,不同孔隙率,不同孔径)蓄热体、不同长度或截面积、压力损失、进风速度、四通换向阀切换时间等特性对蓄热体换热性能的影响。
4 蓄热燃烧技术数值模拟的研究现状以蜂窝陶瓷蓄热体为主体的高温空气蓄热燃烧是一个流动、传热和传质的问题,它服从建立在一般原理基础上的以偏微分方程表示的质量、动量、组分与能量方程。
国内外学者利用数值模拟的方法对高温空气蓄热燃烧技术进行了研究。
萧泽强等[6]利用由英国原子能机构开发的流体力学商业软件CFX对高温空气燃烧涉及流动、燃烧、传热、NOx生成等四个方面的问题进行了较全面的数值模拟研究,仍沿用求解常规火焰的假设:①视火焰前沿面厚度为0;②各种物质性质不随温度、组分变化;③不考虑化学反应对流动的影响。
控制方程包括:①流动:采用湍流模型;②燃烧:采用P DF模型,概率密度函数的假设为一个delta函数;③传热:辐射模型采用Monte-carl o method求解,单元能束采用15万个;④NOx生成模型:采用NO反应模型,考虑三个附加的反应机理,一个反应缘于挥发分和炭,产物为HCN,一个反应缘于HCN转化为NO,一个是NO和HCN相结合的NO消耗反应。
