碳化硅陶瓷換熱器的研究背景及現(xiàn)狀

1、碳化硅陶瓷換熱器的研究背景及現(xiàn)狀近十年來，由于能源緊張，隨著節(jié)能工作進(jìn)一步開展。各種新型，節(jié)能先進(jìn)爐 型日趨完善，且采用新型耐火纖維等優(yōu)質(zhì)保溫材料后使得爐窯散熱損失明顯下降。 采用先進(jìn)的燃燒裝置強(qiáng)化了燃燒，降低了不完全燃燒量，空燃比也趨于合理。然 而，降低排煙熱損失和回收煙氣余熱的技術(shù)仍進(jìn)展不快。工業(yè)上的大量高溫爐灶排 出煙氣可達(dá)1300C，熱能損失嚴(yán)重。為了進(jìn)一步提高加熱爐的熱效率，達(dá)到節(jié)能降 耗的目的，回收煙氣余熱也是一項(xiàng)重要的節(jié)能途徑。煙氣余熱回收途徑通常采用二種方法：一種是預(yù)熱工件；二種是預(yù)熱空氣進(jìn)行 助燃。煙氣預(yù)熱工件需占用較大的體積進(jìn)行熱交換，往往受到作業(yè)場地的限制（間 歇使用的爐

2、窯還無法采用此種方法）。預(yù)熱空氣助燃是一種較好的方法，一般配置 在加熱爐上，也可強(qiáng)化燃燒 , 加快爐子的升溫速度，提高爐子熱工性能。這樣既滿 足工藝的要求，最后也可獲得顯著的綜合節(jié)能效果。國內(nèi)從五十年代開始在工業(yè)爐窯上采用預(yù)熱空氣的預(yù)熱器，其中主要形式為管 式、圓筒輻射式和鑄鐵塊狀等形式換熱器，但交換效率較低。八十年代，國內(nèi)先后 研制了噴流式，噴流輻射式，復(fù)臺式等換熱器，主要解決中低溫的余熱回收。在 100C以下煙氣余熱回收中取得了顯著的效果，提高了換熱效率。但在高溫下仍因 換熱器的材質(zhì)所限，使用壽命低，維修工作量大或固造價(jià)昂貴而影響推廣使用?，F(xiàn)在使用的換熱器大多是金屬換熱器，只能在低溫下使用

3、，燃?xì)鉁囟雀邥r(shí)不能 直接使用，要滲入大量的冷空氣，還要高溫保護(hù)，如鼓冷風(fēng)機(jī)及控制系統(tǒng)。當(dāng)滲入 冷空氣換熱器回收的溫度將低。陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因?yàn)樗^好地解決 了耐腐蝕，耐高溫等課題，成為了回收高溫余熱的最佳換熱器。經(jīng)過多年生產(chǎn)實(shí) 踐，表明陶瓷換熱器效果很好。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：高溫強(qiáng)度高，抗氧化、抗熱震性 能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩(wěn)定，操作簡便。是目前回收高溫?zé)煔庥酂岬?最佳裝置。首次研發(fā)并投入使用的以陶瓷替代金屬的換熱器新技術(shù)已經(jīng)列入了國家火炬計(jì) 劃。這一新技術(shù)將工業(yè)窯爐原來用的冷空氣變成了熱空氣，不僅提高了工作效率還 節(jié)約了大量能源。由于陶瓷換熱器是提

4、高能源利用率的主要設(shè)備之一，工業(yè)用途廣 泛，因而其推廣應(yīng)用前景十分可觀。陶瓷換熱器有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)陶瓷換熱器的使用方法直接、簡單、快捷、高效、環(huán)保、節(jié)能。不需摻冷 風(fēng)及高溫保護(hù)，維修成本低，無需對陶瓷換熱器進(jìn)行任何操作。適用于各種環(huán)境的 燃?xì)夤I(yè)窯爐的余熱回收利用，尤其解決了各種高溫工業(yè)窯爐余熱溫度過高無法利 用的難題；(2)國家要求陶瓷換熱器溫度1000C，由于它耐高溫，所以就可以放在高溫區(qū)域，溫度越高，換熱效果越好，節(jié)能越多；( 3)高溫情況下替代金屬換熱器；4)解決化工行業(yè)熱交換、耐腐蝕的難題；（5）陶瓷換熱器適應(yīng)性強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、高溫強(qiáng)度高、抗氧化性能好、熱 震性能穩(wěn)定、使用

5、壽命長。陶瓷換熱器廣泛用于鋼鐵、機(jī)械、建材、石化、有色金屬冶煉等行業(yè)的各種加 熱爐、熱風(fēng)爐、熱處理爐、裂解爐、烘烤器、熔化爐、均熱爐、油氣鍋爐等爐窯 中，該技術(shù)是通過換向裝置使兩個(gè)蓄熱室交替吸熱放熱，最大限度地回收煙氣的熱 量，再將助燃空氣和煤氣加熱到 1000 °c以上，即使低熱值的劣質(zhì)燃料 （如高爐煤氣） 也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定著火和高效燃燒，可節(jié)省燃料4070%產(chǎn)量提高15%以上，鋼坯氧化燒損下降40%以上, NQ排放小于100 ppm煙氣排放溫度低于160C，大大降低了 地球的溫室效應(yīng)。常見的堇青石、莫來石、高鋁、焦寶石等材料生產(chǎn)的換熱器導(dǎo)熱性能差，換熱 性能差。而碳化硅陶瓷換熱器在金

6、屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，主要 是它除了具有陶瓷換熱器共有的優(yōu)點(diǎn)如耐高溫、耐腐蝕、高溫強(qiáng)度高，抗氧化、抗 熱震性好，壽命長，性能穩(wěn)定可靠等，同時(shí)由于其導(dǎo)熱性好，而且高溫力學(xué)性能 （ 強(qiáng)度、抗蠕變性等 ） 是已知陶瓷材料中最佳的，成為回收高溫余熱的最佳換熱器。上世紀(jì)八十年代，國外曾用碳化硅化熱元件制作陶瓷換熱器。我國成都科技大 學(xué)化機(jī)教研室八十年代研制碳化硅管高溫?fù)Q熱器，并于1 986年用于碳酸鉀工業(yè)生產(chǎn)。該換熱器主要換熱元件由碳化硅陶瓷材料組成，高溫?zé)煔庠诠芡?，被加熱氣體 在管內(nèi)，兩者呈錯(cuò)流。碳化硅管可承受1540 C高溫，所以高溫?zé)煔饪芍苯舆M(jìn)入換熱器中進(jìn)行交換。高溫?zé)煔庥休^大的輻

7、射熱，而碳化硅管可以充分利用高溫氣體輻射 傳熱和火焰輻射傳熱。該技術(shù)在碳酸鉀生產(chǎn)中應(yīng)用，節(jié)能和增產(chǎn)都獲得明顯的效 果。使用碳化硅管換熱器后，空氣預(yù)熱溫度從350C提高到500C，加快了干燥溫 度，日產(chǎn)量由使用前的 7噸提高到9噸；排煙溫度則由使用前的 270C降低到了 120C，提高了燃料利用率。目前該工藝多用于煉鋁、鍛造、化工等行業(yè)，回收高 溫?zé)煔忸A(yù)熱。21 世紀(jì)初鞏義市榮華節(jié)能陶瓷換熱器有限公司終于研制出了碳化硅質(zhì)陶瓷換熱 器。其生產(chǎn)工藝與窯具的生產(chǎn)工藝基本相同，導(dǎo)熱性與抗氧化性能是材料的主要應(yīng) 用性能，利用擠壓成型制成碳化硅陶瓷導(dǎo)熱管，再組裝成換熱器。它的原理是把陶 瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風(fēng)及高溫保護(hù)，當(dāng)窯 爐溫度1250-1450 C時(shí)，煙道出口的溫度應(yīng)是 1000-1300 C,陶瓷換熱器回收余熱 可達(dá)到450-750 °C，將回收到的的熱空氣送進(jìn)窯爐與燃?xì)庑纬苫旌蠚膺M(jìn)行燃燒，這 樣直接降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。武漢鋼鐵集團(tuán)公司的洪學(xué)勤等人用注漿法制造了一種用于鋼鐵制造領(lǐng)域中滲碳 爐、氟化爐等各種高溫?zé)崽幚頎t體內(nèi)的碳化硅換熱器。和以前用的金屬材料換熱器 相比具有優(yōu)異的效果：重量降低一半、改善了金屬材料不耐腐蝕、不耐高溫等缺 點(diǎn)、使用過程中不變形、燃?xì)獾南牧繙p小、使用壽命延長等。碳化硅陶瓷換熱器可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、機(jī)械、建材、石