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燃?xì)鈶?yīng)用的新發(fā)展

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2008-06-02  作者:wqb  瀏覽次數(shù):776

1燃?xì)饧t外輻射加熱技術(shù)

1.1引言

紅外輻射,俗稱紅外線,是一種電磁波。它和可見光、紫外線、x射線以及微波、無(wú)線電一樣既具有波動(dòng)性又具有粒子性,傳播速度約為3x108米/秒,可以在真空中傳播,也可以在介質(zhì)中傳播,具有直射、折射、反射、干涉、衍射等物理現(xiàn)象。它們之間的區(qū)別僅在于波長(zhǎng)(或頻率)不同??梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)范圍約為0.38—0.75微米,紅外輻射的波長(zhǎng)范圍約為0.75—1000微米,波長(zhǎng)大于1000微米的為微波和無(wú)線電電波。通過(guò)三棱鏡可以把可見光分成為紫、藍(lán)、青、綠、黃、橙、紅七種顏色,而紅外輻射的波長(zhǎng)比紅光的波長(zhǎng)還長(zhǎng),即在光譜的紅色端以外,所以稱之為紅外線,人們的視覺感覺不到它。

燃?xì)馀c其燃燒所需的空氣全部預(yù)混以后,在一定條件下進(jìn)行無(wú)焰燃燒,可以直接產(chǎn)生紅外輻射用于各種加熱過(guò)程。

燃?xì)饧t外加熱技術(shù)在工業(yè)和民用燃燒設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐證明它比傳統(tǒng)的對(duì)流加熱具有投資省、啟動(dòng)快、效率高、污染少等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的紅外輻射器還能夠發(fā)射出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的遠(yuǎn)紅外輻射,對(duì)某些物體更有效地加熱,進(jìn)一步節(jié)約能源。

常用的燃?xì)廨椛淦饔薪饘倬W(wǎng)輻射器和多孔陶瓷板輻射器兩種。目前國(guó)際上大力發(fā)展各種優(yōu)質(zhì)多孔陶瓷板燃?xì)廨椛淦?,它具有燃燒均勻、輻射波波長(zhǎng)較長(zhǎng)和不易回火等優(yōu)點(diǎn)。同濟(jì)大學(xué)燃?xì)饧t外研究所采用一種全新的干法成型工藝,研究成功了x型復(fù)合層多孔陶瓷板燃?xì)廨椛淦鳌?/p>

1.2X型多孔陶瓷板燃?xì)廨椛淦鞯难芯?

X型復(fù)合層多孔陶瓷板燃?xì)廨椛淦饔幸韵轮饕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn):

(1)具有高發(fā)射率表面層

多孔陶瓷板燃?xì)廨椛淦髟谡9ぷ鲿r(shí)其表面溫度為800—850oC,在這種溫度下其主要的輻射能量波長(zhǎng)為2—6微米。然而,普通陶瓷在這一波段內(nèi)的發(fā)射率卻是很低的(見圖2,c)。為了提高輻射器的輻射能力,我們研究了一種高發(fā)射率材料,作為復(fù)合層多孔陶瓷板的表面層。它具有廣譜高發(fā)射率的特點(diǎn)(見圖2,b),從而彌了陶瓷的缺點(diǎn),使輻射能力提高。X型復(fù)合層多孔陶瓷板采用干壓法成型工藝,基板和表面層在模具中一次壓成,人窯后一起燒結(jié),結(jié)合牢固不會(huì)脫落。與熱壓鑄成型法相比,干壓法不需要石蠟和制蠟餅工序,不需埋燒脫蠟過(guò)程,縮短了燒成周期,并大大提高了窯位的利用率。據(jù)估算,用新的干壓法工藝制造多孔陶瓷板,其原材料、輔助材料和能源的消耗約為熱壓鑄法工藝的1/2左右。

(2)機(jī)械強(qiáng)度和抗熱震性能較好

通過(guò)對(duì)基板材料配方、粉體制備與燒結(jié)工藝等反復(fù)研究和改進(jìn),提高了多孔陶瓷板的械械強(qiáng)度。又由于降低了熱膨脹系數(shù),其抗熱震性能較好,能長(zhǎng)期承受冷、熱急變而不破壞。

表1所示多孔陶瓷板的物理性能。從表中可以看出,用干壓法成型的多孔陶瓷板密度較低,而抗折強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)都優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品的指標(biāo).

(3)燃燒穩(wěn)定性和燃燒完全度好

對(duì)X型復(fù)合層多孔陶瓷板燃?xì)廨椛淦?新型輻射器)和市售的多孔陶瓷板燃?xì)廨椛淦鞯臉O限熱強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試,其結(jié)果列于表2。從表中可見x型復(fù)合層多孔陶瓷板燃?xì)廨椛淦鞯臉O限熱強(qiáng)度較高,也即燃燒的穩(wěn)定范圍較大。

燃燒完全度可用煙氣中一氧化碳的濃度來(lái)衡量。對(duì)復(fù)合層多孔陶瓷板進(jìn)行燃燒試驗(yàn),其結(jié)果列于表3.將煙氣中一氧化碳Co的濃度(表示換算到a=1的一氧化碳濃度)和多孔陶瓷板的表面溫度to(oC)繪成曲線表示于圖3,可以看出,額定負(fù)荷下(11kcal/cm2·h)煙氣中Co低于40pPm;當(dāng)熱負(fù)荷在額定值的+20%范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí),C0在100pPm以下。總的來(lái)說(shuō),一氧化碳排放量是很低的。

從以上研究和試驗(yàn)結(jié)果表明,X型復(fù)合層多孔陶瓷板機(jī)械強(qiáng)度較高,而熱膨脹系數(shù)較小,因此使用性能好。用它做成的x型多孔陶瓷板燃?xì)廨椛淦魅紵€(wěn)定,排煙中的C0含量較普通燃燒器大為降低,是一種清潔的綠色燃燒裝置。

1.3多孔陶瓷板燃?xì)廨椛淦鞯膽?yīng)用

燃?xì)饧t外輻射器在各種干燥工藝上得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐已經(jīng)證明,燃?xì)饧t外輻射器發(fā)出的輻射波長(zhǎng)較長(zhǎng),使一些被加熱的物容易吸收,因此已在許多工藝中得到采用,如:

1、紡織、印染工業(yè)中的脫水和樹脂等浸漬物的干燥;

2、油漆、油墨或涂層的烘干;

3、蓄電池的鉛板的預(yù)烘;

4、陶瓷生產(chǎn)的烘干過(guò)程;

5、石棉石棉水泥瓦的烘干;

6、紙張和膠合板的干燥;

7、其它。

除了工業(yè)干燥以外,紅外輻射器用于食品烘焙也是非常合適的。許多食品采用燃?xì)饧t外輻射烘烤不僅可以加快烘烤速度,而且色、香、味都比較好。因此現(xiàn)代的家用灶和商業(yè)灶里,安裝了各式各樣的燃?xì)饧t外輻射器。

燃?xì)饧t外輻射器也廣泛用于大空間采暖。輻射采暖不必加熱室內(nèi)空氣,熱量直接被墻壁、天花板、地板等固體表面吸收,人在采暖房間里得到了取暖器和四周維護(hù)物的輻射,感覺比較舒適。此時(shí)室內(nèi)空氣可以比對(duì)流采暖時(shí)低5—10oC,大大節(jié)約了熱能,而燃?xì)廨椛洳膳某跬顿Y和運(yùn)行費(fèi)用比對(duì)流采暖系統(tǒng)低得多。

下面以上海燈芯絨廠印染車間予烘工段采用天然氣輻射器的實(shí)例分析其合理性。

(1)經(jīng)濟(jì)性分析

初投資一采用電加熱板和燃?xì)廨椛淦?,造價(jià)基本相同,6萬(wàn)元運(yùn)行費(fèi)一預(yù)烘工段加熱功率為288千瓦

(a)用電成本:288干瓦× 0.73元/千瓦·時(shí)=210元/時(shí)

(b)用天然氣成本:

選用RFT—3.0的矩形天然氣輻射器,96只;

每只輻射器耗氣量為0.3米3/時(shí);

總用氣量為96×0.3=28.8米3/時(shí);

天然氣單價(jià)為 2.1元/米3

用氣成本為 28.8米3/時(shí)×2.1元/米3=60.5元/時(shí);

兩種方案比較結(jié)果:用電加熱預(yù)烘的運(yùn)行成本為天然氣紅外線的3.47倍。

(2)環(huán)境污染程度

分析結(jié)果表明采用天然氣輻射器是比電加熱板合理得多。

2燃?xì)饪照{(diào)的發(fā)展

2.1發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)的有利條件

近幾年各大城市和中、小城市建了許多高樓,絕大多數(shù)采用電力驅(qū)動(dòng)的空調(diào),以燃?xì)鉃槟茉吹奈帐娇照{(diào)雖已開始發(fā)展,但所占比例甚小。

從國(guó)外情況來(lái)看,美、日等國(guó)十分重視燃?xì)饪照{(diào)的研究與開發(fā),在大型高層建筑中燃?xì)饪照{(diào)所占比例正在不斷地增加。采用燃?xì)饪照{(diào)不僅可以緩和夏季的用電高峰、填補(bǔ)夏季的用氣低谷,還可以減少一次能源的消費(fèi),減少對(duì)環(huán)境的污染。

我國(guó)發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)也已經(jīng)具備有利的條件:

(1)燃?xì)赓Y源豐富 天然氣正從西北、西南向東輸送。

 

液化天然氣從國(guó)外引進(jìn)的第一個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)確定,第二個(gè)項(xiàng)目也開始論證。

代天然氣的數(shù)量不斷增加。液化氣和空氣按各占50%比例混合后,用管道輸送,今后可直接轉(zhuǎn)換成天然氣供應(yīng)。 (2)電力負(fù)荷高峰和燃?xì)庳?fù)荷低谷有待平衡

S市電力負(fù)荷、燃?xì)庳?fù)荷的三年統(tǒng)計(jì)資料列于圖4

(3)環(huán)境保護(hù)已成為政府和百姓的共同要求

能源消費(fèi)是環(huán)境污染的主要來(lái)源。

按得到單位熱量消耗一次能源的污染物排放量進(jìn)行比較,各種能源使用時(shí)的排放系數(shù)見表5??梢钥吹剑济核欧诺奈廴疚镒疃?,使用天然氣排放的污染物最少。而使用電能時(shí),由于火力發(fā)電的一次能源利用率僅為0.33,其污染物排放系數(shù)高達(dá)燃煤、燃油時(shí)的三倍。因此,從保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā),必須改變目前以燃煤和電力為主的能源結(jié)構(gòu),發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)是今后的一個(gè)方向。

以上三種系統(tǒng)中,吸收式系統(tǒng)已為人們所熟悉,具有設(shè)備投資較少、運(yùn)行工質(zhì)對(duì)環(huán)境無(wú)害以及維護(hù)方便、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量也不錯(cuò),因而使用較多。其缺點(diǎn)是制冷性能系統(tǒng)COP較低,一般為0.8—1.2。

熱——電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種全能系統(tǒng),發(fā)電效率為15—35%,綜合效率為80%,發(fā)電規(guī)??蓮?0kw的小容量到2000kw中容量。用燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)可大到10萬(wàn)kw,但初投資較大。

壓縮式系統(tǒng)能量利用率較高,裝機(jī)容量適合于一般高層建筑,韌投資不大,對(duì)于天然氣即將來(lái)臨的地區(qū)是一種比較節(jié)能的冷、熱源方案值得推薦。

各種制冷機(jī)組的一次能耗比較。

以單臺(tái)機(jī)組的冷量為1163kw(100萬(wàn)kcal/h),根據(jù)常用產(chǎn)品樣本的額定工況下的數(shù)據(jù),可以進(jìn)行冷水機(jī)組的能耗比較。

從圖6中可以看出,離心式制冷機(jī)的一次能耗為97.3kg/h(標(biāo)煤耗),螺桿式機(jī)組的能耗與離心式的基本相當(dāng),熱泵能耗為1.49倍,蒸汽吸收式為1.8—2.2倍,直燃式則分別為其1.56倍(燃?xì)?和1.46倍(油)。

離心式和螺桿式制冷機(jī)因?yàn)閴嚎s機(jī)的轉(zhuǎn)速高,壓縮比大,理論COP值大,相同制冷量下,所需的軸功率??;而吸收式制冷機(jī)組的COP值較小,所需的一次能源量較大;蒸汽雙效吸收式機(jī)組由于存在鍋爐房供熱損失的問題,因此其能耗比直燃式機(jī)組還要大,不過(guò)吸收式機(jī)組的用電負(fù)荷很小;對(duì)于熱泵機(jī)組,雖然同樣采用螺桿式壓縮機(jī),空氣熱源泵的COP僅3.7,單位冷量耗功為0.2kw/kw.

與其它方式相比,天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮式制冷機(jī)的一次能耗最少。其初投資比一般電空調(diào)有所增加,但因其運(yùn)行費(fèi)用低,在2—3年內(nèi)便可回收多付的設(shè)備費(fèi)。

燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)能源利用率高,發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱可加以利用,特別是直接驅(qū)動(dòng)熱泵時(shí),輸入100%,其出力可達(dá)150—170%。目前使用較多的是燃?xì)庵苯域?qū)動(dòng)的螺桿式風(fēng)冷熱泵(GKHP),一般容量為20—200RT。

(2)設(shè)計(jì)緊湊、設(shè)備成熟、使用壽命長(zhǎng),在多數(shù)情況下可以利用原有的冷卻塔、泵及管線系統(tǒng)等。

(3)可進(jìn)行余熱回收,對(duì)需要熱水的場(chǎng)所經(jīng)濟(jì)性更佳。

(4)組合式裝置具有隔音外殼,運(yùn)行噪聲低。

(5)減少石化燃料消耗量,使用天然氣又可減少煤灰、S02和C0,排放量,有利于環(huán)境保護(hù)。

燃?xì)怛?qū)動(dòng)的壓縮式制冷機(jī)在美國(guó)和日本以及歐洲都得到了迅速的發(fā)展,除了發(fā)展大容量機(jī)組和系統(tǒng)外,亦開發(fā)小型商用機(jī)組和家用機(jī)組。

 
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