蜂窝蓄热体材料的研究现状与发展趋势_欧阳德刚

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蓄热燃烧蓄热体的应用现状与发展趋势

3中国科学院广州能源研究所所长基金(0807z3)收稿日期:2009-01-19张建军(1973-　),工程师;510640广东省广州市。

蓄热燃烧蓄热体的应用现状与发展趋势3张建军1,2　邹得球1,2　肖　睿1　黄　冲1　冯自平1(11中科院广州能源研究所,21中科院研究生院)摘　要　介绍了蓄热燃烧技术和蓄热体的发展与使用现状。

陶瓷-金属蜂窝蓄热体在保留蜂窝陶瓷蓄热体优点的同时,克服了使用寿命短的缺点,为高温空气燃烧技术在不同的应用场合提供了更多的选择,是工作温度在1300℃以下的高温空气燃烧系统理想的蓄热体。

关键词　蓄热燃烧技术　蓄热体　金属蜂窝Appli ca ti on and develop m en t of regenera tor ma ter i a l of HTACZhang J ianjun 1,2　Z ou Deqiu 1,2　Xiao Rui 1　Huang Chong 1　Feng Zi p ing1(11Guangzhou I nstitute of Energy Conversi on,Chinese Acade my of Sciences,21Graduate School,Chinese Acade my of Sciences )Abstract The devel opment and app licati on of high te mperature air combusti on and regenerat or mate 2rial were intr oduced .Cera m ic 2metal honeycomb combined regenerat or retains many advantages of ce 2ra m ic honeycomb regenerat ors,als o can avoid the disadvantage of short 2lived .It can p r ovide morechoice for HT AC used in different occasi on .Cera m ic 2metal combined regenerat or is the best choicewhen the temperature of HT AC is less than 1300degrees .Keywords HT AC regenerat or material metal honeycomb 我国经济高速发展的同时也消耗了大量能源,给环境带来了很大的影响,其中工业能源消耗量占全国能源消耗总量的70%,工业窑炉约占全国总能耗的25%[1]。

蜂窝蓄热体换热特性的实验研究现状与结果分析

系统进行优化设计，改善蓄热式燃烧技术的应用效果。
１蓄热体换热特性的典型实验装置
蓄热式燃烧系统主要由换向系统、热式回收系统、蓄
燃烧系统、控制系统、空煤气系统、排烟系统等构成，
其中，蓄热体作为蓄热载体布置蓄热室内构成蓄热式回
ｄｖｃｓＩｓｐｔｏｗａｄｔａｅｅｐｒｎａｄｎｈａａｓｅｈｒｃｅｓｉｓｆｏｅｃｍｂｒｇｎｒｔｒｌｙｍｐｒｎｌｓｏｅｅｉｅ．ｔｗａｕｒｒｔｘｅｍｅｔｌｔｙｏｅｔｎｆｒｃａａｔｒｔｈｎｙｏｅｅｅａｏａｓｆｈｔｈｉｓｕｔｒｉｃｏｐｉｏｔｔｏｅｎｔａｒｈ
蓄热式烧嘴是由蓄热室和烧嘴结合为一体构成的，具有预热空气（或煤气）、组织燃烧及排烟等功能，其中，蓄热体是实现烟气与空气（或煤气）间热交换的蓄热载之
体，因而，蓄热体是蓄热式燃烧技术最关键的部件，直
接影响蓄热室的大小、热效率和经济效益的高低。蜂窝
体由于壁薄、孔距小、比表面积大、蓄热／放热快和阻力
损失小等优点，因而在蓄热式烧嘴上得到推广应用。随
着市场需求的增大，蜂窝蓄热体产品开发速度迅速，蜂
窝体格孔形式和外形结构呈多样化发展，然而，目前对蜂窝蓄热体换热特性的研究较少，影响了蓄热式燃烧系统设计的准确性以及应用效果…。为此，特对有限的实验研究结果和相关实验方法进行总结，以便对蓄热式燃烧

蜂窝陶瓷蓄热体的研究现状

蜂窝陶瓷蓄热体的研究现状
贾翠;谢志鹏;孙加林;杨东亮;李世良
【期刊名称】《耐火材料》
【年(卷),期】2009(43)1
【摘要】介绍了蜂窝陶瓷蓄热体在蓄热节能技术中的发展及应用,详细讨论了蜂窝陶瓷蓄热体的研究现状,尤其是在材质结构以及换热性能的发展及应用中存在的问题,指出了蜂窝陶瓷蓄热体在节能、环保方面的发展方向.
【总页数】5页(P64-68)
【作者】贾翠;谢志鹏;孙加林;杨东亮;李世良
【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京,100083,清华大学,北
京,100084;清华大学北京,100084;北京科技大学材料科学与工程学院,北京,100083;山东东瓷科技研究所,山东淄博,255000;山东东瓷科技研究所,山东淄博,255000【正文语种】中文
【中图分类】TQ17
【相关文献】
1.蜂窝陶瓷蓄热体的研究现状 [J], 周娴;姜凡;吕元;徐祥;肖云汉
2.蜂窝陶瓷蓄热体的传热性能研究概述 [J], 李鹏;秦朝葵
3.蜂窝陶瓷蓄热体的热应力场数值模拟 [J], 朱善合;姜繁智;欧阳德刚;王兴东;李明晖;罗巍
4.蜂窝陶瓷蓄热体传热及气体流动特性的数值模拟 [J], 吕志超;周丽雯;刘坤;马光
宇;李卫东;刘常鹏
5.某蜂窝陶瓷蓄热体热交换特性数值模拟及优化 [J], 陈志超
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蜂窝蓄热体

蜂窝蓄热体标题：蜂窝蓄热体：能源领域的创新之源在当今迅猛发展的科技时代，能源的高效利用和可再生能源的研究已成为全球关注的焦点。

在这个背景下，蜂窝蓄热体作为一项创新技术崭露头角，为解决能源存储和利用方面的难题提供了一种令人振奋的解决方案。

本文将深入探讨蜂窝蓄热体的原理、应用领域以及其在推动可持续能源发展中的潜力。

## 1. 蜂窝蓄热体的原理蜂窝蓄热体的核心原理是通过特殊设计的结构，将热能高效地储存起来并在需要时释放出来。

其独特的蜂窝状结构使得热量得以均匀分布，提高了热能的传导效率。

这一原理使得蜂窝蓄热体成为一种理想的能源存储解决方案，可广泛应用于太阳能、风能等可再生能源系统。

## 2. 蜂窝蓄热体的结构与材料蜂窝蓄热体的结构设计十分关键，一般采用多孔的蜂窝状网格，使得热能能够充分渗透并储存。

常见的材料包括高导热材料，以确保热量的迅速传导。

此外，蜂窝蓄热体的外层通常覆盖有高反射率材料，以最大限度地吸收来自太阳的热能。

## 3. 蜂窝蓄热体的应用领域### 3.1 可再生能源系统蜂窝蓄热体在可再生能源系统中发挥着关键作用。

太阳能光伏和风能发电系统通常面临天气变化和能源波动的挑战，而蜂窝蓄热体可以作为能量存储设备，平衡能源的供应与需求，提高系统的稳定性和可靠性。

### 3.2 工业热能储存在工业生产中，能源的高效利用至关重要。

蜂窝蓄热体可以被广泛应用于工业热能储存系统，例如冶金和化工行业。

通过将过剩热量储存起来，再利用于生产过程中，不仅提高了能源利用率，还减少了对传统能源的依赖。

### 3.3 建筑领域在建筑领域，蜂窝蓄热体也展现了其独特的价值。

它可以被整合到建筑结构中，用于储存白天吸收的太阳能热量，然后在夜间释放出来，为建筑提供舒适的温度，减少对传统供暖和制冷系统的依赖。

## 4. 蜂窝蓄热体的优势与潜力### 4.1 高效能源存储蜂窝蓄热体的高效能源存储能力使其在可再生能源系统中成为不可或缺的一部分。

陶瓷金属蜂窝蓄热体

陶瓷金属蜂窝蓄热体1. 引言陶瓷金属蜂窝蓄热体是一种高效的热能储存和释放材料，广泛应用于工业生产和能源领域。

本文将从材料特性、制备工艺、应用领域和未来发展方向等方面进行详细介绍和分析。

2. 材料特性陶瓷金属蜂窝蓄热体具有以下特点： - 高热容量：陶瓷金属蜂窝蓄热体能够在较短时间内吸收和释放大量热能，具有较高的热容量，可以实现高效的热能储存和释放。

- 良好的热传导性：蜂窝结构使得热能能够快速传导到整个材料中，提高了热传导效率，减少了能量损失。

- 耐高温性：陶瓷金属蜂窝蓄热体能够在高温条件下长期稳定运行，适用于各种高温工艺和能源系统。

- 耐腐蚀性：陶瓷金属蜂窝蓄热体具有良好的耐腐蚀性能，能够在恶劣环境中长期使用。

3. 制备工艺陶瓷金属蜂窝蓄热体的制备主要包括以下步骤： 1. 材料选择：选择具有高热容量和耐高温性的陶瓷和金属材料作为基础材料。

2. 切割和加工：将陶瓷和金属材料切割成蜂窝结构的形状，并进行表面处理，提高材料的热传导性能。

3. 焊接和连接：将切割好的陶瓷和金属蜂窝结构进行焊接和连接，形成完整的蓄热体结构。

4. 表面涂层：对蓄热体进行表面涂层处理，增加材料的耐腐蚀性和热传导性能。

5. 检测和调试：对制备好的陶瓷金属蜂窝蓄热体进行检测和调试，确保其性能符合要求。

4. 应用领域陶瓷金属蜂窝蓄热体在以下领域有广泛的应用： 1. 工业生产：用于高温工艺的热能储存和释放，如炼铁、炼钢、炼化工等行业。

2. 太阳能热能利用：用于太阳能集热器的热能储存和利用，实现持续供热和供暖。

3. 能源系统：用于能源系统的热能储存和调节，提高能源利用效率。

4. 建筑节能：用于建筑的热能储存和释放，实现节能减排和舒适的室内环境。

5. 未来发展方向陶瓷金属蜂窝蓄热体在未来的发展中有以下几个方向： 1. 提高热容量：通过材料的改良和结构的优化，提高陶瓷金属蜂窝蓄热体的热容量，实现更高效的热能储存和释放。

2. 提高热传导性：通过表面处理和材料选择，提高陶瓷金属蜂窝蓄热体的热传导性能，减少能量损失。

陶瓷蜂窝体在蓄热燃烧系统中的应用研究

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。

加热炉蓄热式燃烧技术用蜂窝体的研究与应用

（’()*）要：蓄热式高温空气燃烧技术是新一代高效节能、环保技术，而其中的蓄热式蜂窝体是该项技术的关
键。本文介绍了首钢中厚板轧钢厂 + 号加热炉蓄热式改造用蜂窝体的材料、性能及其传热、阻力性能研究和实际应用
蓄热式高温空气燃烧技术（4154 67897:;6<:7 ;1: “第 $ 是继 B% 年代的简称 ’()* 或 ’1()*） =>8?<@61>A，代再生燃烧技术” 后在 ,% 年代继承原有高效节能技术基础上通过实现低 C2 ! 排放而开发成功的“第 + 代再生燃烧技术” ，它是一项效果显著的节能、环保新技术，也是国内外专家公认的 +$ 世纪工业炉节能、环保的关键性技术，近几年在发达国家开始普遍推广应用，国内也先后在各个钢铁企业得到应用 D $ E 。从目前国内应用实例上看，蓄热式燃烧技术主要 # $）有两种形式：以北岛公司的蓄热式炉为主要代表。该项技术将燃烧器与炉子一体化，内置蓄热球，采用集中换向的方式；# +）改进型蓄热燃烧技术，即蓄热式烧嘴技术。这种技术将蓄热体外置并单独形成一个燃烧器，控制方式上同样分为了集中控制与分散控制 + 种形式。蓄热体外置后带来了结构布置灵活，维护检修方便等优点，同时无需增大炉墙的厚度，与传统炉墙结构基本相同，适合于旧炉改造及场地布置空间紧张的情况。尤其是分散控制，基本避免了集中换向的缺陷，提高了加热炉热工操作的灵活性。
的设计制造尺寸是 #). && : #). && : #.. &&，由直通方孔组成，制品见图 )。制作多孔蓄热式蜂窝体必须要能够很好的成型坯（保证不出现扭曲）体，而且选择适当的干燥方式以及合适的烧成温度，这样蜂窝体的尺寸才能工整、符合使

蜂窝型蓄热体传热过程热工特性的数值研究

蜂窝型蓄热体传热过程热工特性的数值研究□　欧俭平　蒋绍坚　萧泽强中南大学能源与动力工程学院　长沙410083摘　要　介绍了高温空气燃烧过程中蜂窝型蓄热体的工作原理和损毁原因,并建立蓄热体三维非稳态传热数学模型。

采用代数雷诺应力模型和修正的速度-压力耦合算法SIMPL EC,耦合蓄热体内流体的流动和换热过程,用数值计算的方法研究了蜂窝型蓄热体的传热特性和格孔壁面上的应力变化规律。

结果表明:适当降低流过蓄热体的气体流速,缩短四通换向阀的切换时间,可降低烟气的出口温度,提高系统的余热回收率。

频繁的蓄热和释热过程变换,使蓄热体格孔壁面交替受到拉应力和挤压应力的作用,换向时间越短,应力交替作用的影响越大;流体的流速越大,应力变化越大。

关键词　高温空气燃烧,蜂窝蓄热体,热工特性,数值模拟Ξ高温空气燃烧技术是新兴的先进燃烧技术,具有显著的节能环保效果。

燃烧系统中的蓄热体是这种燃烧技术的关键部件之一。

与球形蓄热体相比,蜂窝型蓄热体具有比表面积大、质量轻、压力损失小、换向时间短等优越性[1]。

蓄热体热工性能的好坏受燃料种类和性能、加热与冷却的切换频率、燃烧产物对蓄热体的污染以及蓄热体自身的材料和结构等许多因素的影响。

对于确定的工作环境,蓄热体自身的高温结构强度、热稳定性、高温体积稳定性以及抗高温氧化、抗水化、抗冲刷等性能是影响蓄热体热工特性的重要因素。

这些因素限制了蜂窝型陶瓷蓄热体的适用范围。

目前,用于工业炉的蓄热材料仍以陶瓷球居多,蜂窝型陶瓷蓄热体的使用仅见于有限场合[2]。

在我国,蜂窝型蓄热体在蓄热式燃烧系统中的工业应用得到越来越多的重视[1～4],但对于蜂窝型蓄热体的热工特性,尤其是蓄热体所受应力的研究尚处于起步阶段。

为了掌握蜂窝型蓄热体的热工特性和影响因素,为实际应用提供依据,本工作运用数值模拟方法研究了蜂窝型蓄热体的传热特性和格孔壁面上的应力变化规律。

考虑到蜂窝陶瓷蓄热体狭长的格孔孔壁对通道内气体流动的影响,在计算流体力学软件CFX 基础上,采用壁面函数法,引入代数雷诺应力模型和修正的速度-压力耦合算法SIMPL EC,耦合蓄热体内的流体的流动和换热过程进行计算。

蜂窝陶瓷蓄热体的传热性能研究概述

蜂窝陶瓷蓄热体的传热性能研究概述李鹏;秦朝葵【摘要】简要介绍了高温空气燃烧技术,重点说明了该技术中的关键部件蜂窝陶瓷蓄热体的传热过程.详细综述了蜂窝陶瓷蓄热体的物性参数、结构参数、操作参数对其性能的影响,以及目前的研究状况,对将来的研究提出了建议.【期刊名称】《上海煤气》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】5页(P30-34)【关键词】高温空气燃烧技术;蓄热式烧嘴;蜂窝陶瓷蓄热体;传热性能【作者】李鹏;秦朝葵【作者单位】同济大学机械与能源工程学院;同济大学机械与能源工程学院【正文语种】中文随着经济发展、能耗激增，燃料燃烧引发的污染问题日趋严重，节约能源、减轻污染、保护环境的呼声极为迫切，开发新型燃烧技术具有非常现实的意义。

高温空气燃烧技术(high-temperature air combustion，HTAC)作为一项全新的燃烧技术，自20世纪90年代以来在冶金、机械和化工等领域得到大力推广与应用。

它具有高效节能、污染物排放低等优点。

HTAC技术可充分利用排烟余热将助燃空气加热到800 ℃甚至更高，排烟温度降到200 ℃以下，从而最大限度回收烟气余热，提高了燃料利用率。

因助燃空气被预热到很高的温度，着火、燃烧的稳定性极好，这一技术在我国工业炉窑行业得到了很大的发展。

该技术的关键设备之一是用于回收余热的蓄热式热交换器，它是实现烟气与空气(或燃气)之间热交换的蓄热载体，直接影响蓄热室的大小、热效率和经济效益的高低。

1858年，Willian Siemens发明了蓄热室，许多大型工业炉改用了这种技术，如高炉热风炉、玻璃炉窑、均热炉等。

当时的蓄热室采用格子砖作为蓄热体，蓄热室体积庞大、造价高、换向时间很长，预热气体的温度波动也较大。

1982年，英国 Hotwork Development公司和British Gas公司合作开发出一种在工业炉和锅炉上节能潜力巨大的蓄热式陶瓷燃烧器(Regenerative Ceramic Burner，RCB)，蓄热体采用陶瓷小球，在材料、尺寸、形状、体积、换热面积等方面皆有质的飞跃，标志着小型高效蓄热式燃烧系统的真正来临。

蜂窝陶瓷蓄热体传热与阻力特性的热态实验研究

收稿日期 : 2008- 05- 08 高阳 ( 1984) ; 400045 重庆市。
实现显热回收
[ 1- 3]
。
蓄热体性能对蓄热室换热效率、蓄热室的大小、布置都有重要影响, 直接关系到整个燃烧系统的设计, 而目前国内对蓄热体性能参数的研究还不够深入细致 , 很难直接指导工业设计。实验采用四种不同规格蓄热体 , 对蓄热室内的温度分布、蓄热体传热系数、阻力损失、温度效率、热效率等重要参数进行研究 , 为工业生产提供直接设计依据。 1 实验装置和方法整个实验装置由蓄热式回收系统、换向系统、
室上, 通过数据采集卡与计算机相连接, 实现温度的自动采集。皮托管测速计按如图 1所示的位置布置 4 支 , 通过压力采集器与计算机相连接, 通过计算机测量两侧进风、抽风的皮托管测速计压差来显示流量。蜂窝体蓄热室的阻力损失通过布置在进风口和燃烧室前的两个 U 形管压力计进行测量。实验采用比表面积为 686 65 、 906 52 、 2 3 742 65 、 800 06m /m 四种蓄热体进行。
参 [ 1] 钟水库 , 马宪国态特性实验研究 [ 2] 王考文献
蜂窝型陶瓷蓄热体换热器的热动工业加热 , 2006, 28( 4): 35- 38 高性能复合相变蓄热材北京 : 冶金工业出版蜂巢蓄热体换热性能 897
华 , 王胜林 , 尧文涛
料的制备与蓄热燃烧技术社 , 2005 [ 3] 王皆腾 , 祁海鹰 , 李宇红等的实验研究 - 899 [ 4] 编写组
图 4 炉膛温度对传热系数的影响
图 3 流量对传热系数的影响
图 5 流量对阻力损失的影响 ( 下转第 62 页 )

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100 %
式中,
T
' a
和
T
" a
为预热空气进出口平均温度,
;
T
' y
为烟气入口温度,
。
热回收效率
=
Q
" a
-
Q
' a
Q
' y
100%
式中, Qa'
和
Q
" a
为预热空气进出口热焓量,
kJ/
h;
Q'y 为烟气进口热焓量, kJ/ h。
根据上述计算公式可见, 温度效率 E 和热回收效率是蓄热室换热过程的综合表征, 作为换
程的界面综合换热系数 a:
a= ( 1/ + S ) - 1
式中, 为气体( 空气或烟气) 与蓄热体对流换热系数, W/ ( m 2 K ) ; S 为蓄热体固体内部热量流动平均距离, m ; 为蓄热体材料的热导率, W/ ( m
K) 。由式可见, 材料值高, 综合换热系数 a 上
升; 热量传递速度快, 交换的热量增加; 蓄热室的温度效率 E 值上升, 有利于设备的微型化与设备的布置安装。
热体的使用性能, 甚至造成大面积堵塞蓄热体通
孔, 导致蓄热室无法正常工作。因此, 蓄热材料同
样必须具有良好抗氧化铁侵蚀的能力。
1. 2 换热效率对蓄热体材料热物理性能
要求分析[ 3]
蓄热室的重要性能指标是温度效率 E 和热
回收效率 , 具体计算公式为:
温度效率 E=
T" a- NhomakorabeaT
' y
-
T
' a
T
' a
摘要: 根据蓄热室的实际使用工况条件, 对蓄热体材料使用性能与热物理性能要求进行分析, 综述蓄
热体材料的发展过程与研究现状, 探讨蓄热体材料的发展方向。
关键词: 蓄热体; 材料; 理化性能; 热物理性能; 寿命
中图分类号: T F065. 1+ 1
文献标识码: A 文章编号: 1008- 4371( 2007) 01- 0047- 06
料相比, 所蓄积的热量更多。
1. 2. 2 材料热导率
在蓄热体的吸热与放热过程中, 热能在物质
内部传递时所遇阻力大小会直接影响蓄热室的换
热效率。材料的热导率是物质进行能量传递难易
程度的一种物理性质。热导率大的材料, 热量从
表面到中心, 或从内部到表面的传递速度快。根
据复合换热牛顿公式, 蓄热体与气体进行换热过
第1期
欧阳德刚, 等: 蜂窝蓄热体材料的研究现状与发展趋势
49
1. 2. 3 蓄热体材料的发射率
由于蓄热体工作温度高, 烟气中的热量则通过对流与辐射方式传递给蓄热体, 因此, 蓄热材料的发射率对辐射换热过程具有重要的影响。按烟气充满整个蓄热体空隙的两灰体之间辐射换热处理, 其导来辐射系数为 Cd:
1. 1. 2 热震稳定性
根据蓄热室的换热过程, 蓄热体是在反复加热和冷却的工况下长期运行, 其表面与内部的温度始终随时间作周期性的变化, 若蓄热体的热震稳定性达不到一定的要求, 则会在频繁交替的热胀冷缩作用下, 导致蓄热体破碎而堵塞气流通道, 使压力损失增加, 影响蓄热室的换热效果, 严重时将引起蓄热室不能正常工作, 被迫进行蓄热体更换。根据耐火材料的性质, 材料的致密度越高, 热膨胀系数越大, 其热震稳定性越差, 同时, 致密度高的材料, 其密度一般也比较大, 蓄热能力也大, 因此, 在选择蓄热材料的配方时, 应在保证材料热震稳定性的前提下, 尽可能提高其致密度。
文从蓄热式工业炉蓄热室内高温换热的基本原理出发, 分析蜂窝蓄热体材料性能要求, 并系统地介绍国内蜂窝蓄热体材料的研究与发展状况。
1 蜂窝蓄热体材料性能要求分析
在蓄热式燃烧系统正常的工作过程中, 蓄热体周期性地与高温烟气和常温助燃空气或煤气接触, 通过蓄热体的蓄热与放热, 将高温烟气的热量传递给常温助燃空气或煤气, 实现余热的极限回收和常温助燃空气或煤气的高温预热, 达到高效节能的目的。由此可见, 蓄热体的安全稳定运行和高强换热效果是影响蓄热式燃烧技术高效节能的关键所在。为此, 从影响蓄热体稳定运行的理化性能和影响换热效果的热物理性能两个方面, 分析其对材料性能的要求。
Abstract: T he requirem ent s of usag e propert y and t hermo- physical pr opert y f or t he r egenerat ive m at erial ar e analy zed in t erms of t he actual w orking condit ions of t he regeneratio n chamber and the course of development and current st at us of research of the reg ener at ive m aterials review ed and t he tr end of dev elo pment of t he mat erial discussed. Key words: heat accumulat or; mat erial; physical and chem ical pro pert ies; t herm o- phys-i cal pro pert y; service life
1. 1 蓄热体材料的理化性能要求分析[ 2]
对于蓄热式加热炉, 要求蓄热体能在高温、氧化铁粉尘、温度频繁波动的条件下长时间工作, 因而, 对蓄热体耐火度、热震稳定性、力学强度、抗氧
作者简介: 欧阳德刚( 1964- ), 男, 江西吉安市人, 教授级高级工程师.
48
武钢技术
第 45 卷
化铁侵蚀等方面都提出了具体的要求。
热过程的蓄热载体, 其热物理性能对其具有重要
的影响。
1. 2. 1 比热容
比热容 c 反映了材料内部积聚一定热量而产
生的温度变化。质量相同而 c 不同的材料, 当从
外界吸收相同的热量时其表征值- 温度则不同; c 值大的材料, 在换热过程中, 与载热介质之间的温
度差较大, 热交换量增加, 与同温度下 c 值小的材
1. 1. 1 耐火度
对于蓄热式燃烧系统, 助燃空气或( 和) 煤气的预热温度效率较高, 一般可达仅比烟气温度低 100~ 200 的水平, 因而蓄热体长期工作在高温状态下, 故对其耐火度有要求。对于一般小钢坯加热炉, 其烟气温度为 1 250~ 1 300 , 对于高温大型钢坯加热炉, 烟气温度可达 1 400 , 甚至更高, 由此可见, 不同的应用条件对蓄热体材料耐火度有不同的要求。
Cd = C0 ( 1/ + 1/ 1 - 1) - 1 式中, C0 为黑体辐射系数, C0 = 5. 67W/ ( m 2 K4 ) ; 、i 为蓄热体材料发射率及烟气发射率。
由式可见, Cd 与蓄热体材料发射率有正对应关系。因而, 提高蓄热体材料的发射率, 或采取增加发射率的措施, 可提高 Cd 值, 达到强化高温辐射换热的目的。
Status quo and trend of development of honeycomb regenerative material
OU YANG De- g ang , JIANG Yang- hu, ZH ANG Dao- m ing, LIU Zhan- zeng , CH EN Sheng , WANG H a-i qing, Z H U Shan- he, ZENG H an- sheng , DING Cu-i jiao , CH EN Chao ( T he Research and Development Cent er of WISCO, Wuhan 430080, China)
20 世纪 90 年代, 日木成功开发出余热极限回收和低 N O x 燃烧的蓄热式燃烧系统, 继而在很多国家大力推广。作为该项技术核心之一的蓄热室, 其发展经历了 3 个阶段: 第一阶段的蓄热体为格子砖, 其换热比表面积为 30 m2 / m3 左右, 如玻璃熔炼炉的蓄热式换热器, 由于该蓄热体换热比表面积小, 要实现有效换热需要庞大的设备体系; 第二阶段的蓄热体为陶瓷球, 其换热比表面积可以提高到 100~ 200 m2 / m3 左右, 但流通阻力大; 第三阶段是以蜂窝陶瓷作为蓄热体, 具有换热比表面积大和流动阻力小的特点, 因而受到广泛的关注。日本介绍的蜂窝陶瓷蓄热体壁厚仅为 0. 2~ 0. 5 mm , 蜂窝孔间距尺寸为 1~ 3 mm , 其换热比表面积可以达到 1 000 m2 / m3 以上[ 1] 。然而, 在国内蓄热式加热炉上的实际应用中却存在蜂窝蓄热体易破损、通道堵塞、使用寿命短等问题, 严重地制约了蓄热式燃烧技术节能效果的发挥, 给实际生产维护带来沉重的负担, 甚至影响到炉内的加热质量和设备的正常运行[ 2] 。为此, 本
温度; 控制苏州土和 M gO 的外加量, 能够调节 Al2O3 晶界上形成的尖晶石量和液相量, 抑制 A l2 O 3 晶粒的长大, 使 A l2 O 3 陶瓷晶粒细小且均匀分布, 有利于陶瓷显微结构的改善。A l2 O 3 晶粒的均匀化、细晶化, 能够显著提高 A l2 O3 陶瓷的强度, 降低其热膨胀系数, 达到提高 A l2 O3 陶瓷的热震稳定性的目的。具体实验采用的原材料和实验配方为: 郑州微粉厂生产的氧化铝微粉( 平均粒径约为 8 m ) 100 份, 苏州土和 M gO 作为烧结助剂引入, 引入量为 A l2 O 3 的 1 % ~ 18 % , 荆州产特级高粘度羧甲基纤维素( CM C) 为粘结剂, 加入量为 4 份。各种原材料的化学组成如表 1 所示。