我國氮肥行業(yè)的清潔生產(chǎn)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　我國氮肥行業(yè)的清潔生產(chǎn)1</p><p>　　1.氮肥行業(yè)概況2</p><p>　　2.生產(chǎn)過程分析2</p><p>　　3.生產(chǎn)過程特點2</p><p>　　3.1 高能耗、用水量大2</p><

2、p><b>　　3.2原料緊張3</b></p><p><b>　　3.3排污量大3</b></p><p>　　4.我國氮肥行業(yè)存在的問題3</p><p>　　4.1 生產(chǎn)規(guī)模不合理4</p><p>　　4.2產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)不合理4</p><p>　　

3、4.3技術(shù)設備水平落后, 節(jié)能、回收利用裝置少4</p><p>　　4.4污染物排放負荷大4</p><p>　　5.新型清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)4</p><p>　　5.1采用先進的造氣技術(shù)、高效造氣4</p><p>　　5.2高效脫硫技術(shù)5</p><p>　　5.3生產(chǎn)污水零排放技術(shù)5</p>

4、;<p>　　5.4爐渣綜合利用，推廣熱電聯(lián)產(chǎn)、蒸汽梯級利用6</p><p>　　5.5氮肥生產(chǎn)節(jié)電技術(shù)6</p><p>　　5.6廢氣清潔生產(chǎn)途徑7</p><p><b>　　6.結(jié)束語7</b></p><p><b>　　參考文獻8</b></p>

5、<p>　　新型帶狀翅片式氣-氣換熱器的性能研究9</p><p><b>　　1.背景9</b></p><p>　　2.換熱器尺寸及實驗裝置12</p><p><b>　　3.數(shù)據(jù)處理13</b></p><p>　　4.測量結(jié)果以及討論15</p><

6、p><b>　　5.結(jié)論18</b></p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p>　　The performance of a new gas to gas heat exchanger withstrip fin</p><p><b>　　20</b></p&

7、gt;<p>　　我國氮肥行業(yè)的清潔生產(chǎn)</p><p>　　摘要:本文在概述我國氮肥行業(yè)現(xiàn)狀、生產(chǎn)過程特點以及存在的問題的基礎上，指出了我國實施氮肥清潔生產(chǎn)的必要性及主要清潔生產(chǎn)途徑。</p><p>　　關(guān)鍵詞：氮肥，清潔生產(chǎn)，氮肥生產(chǎn),污染</p><p>　　1997年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署將清潔生產(chǎn)重新定義為：在工藝、產(chǎn)品、服務中持續(xù)地應用整合且

8、預防的環(huán)境策略，以增加生態(tài)效益和減少對于人類和環(huán)境的危害和風險。清潔生產(chǎn)是指不斷采取改進設計、使用清潔的能源和原料、采用先進的工藝技術(shù)與設備、改善管理、綜合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產(chǎn)、服務和產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生和排放，以減輕或者消除對人類健康和環(huán)境的危害。國內(nèi)外的實踐表明，實施清潔生產(chǎn)是控制污染的有效手段，是實現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟“雙贏”的最佳途徑，是實現(xiàn)科學發(fā)展觀，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然選擇。<

9、;/p><p>　　化學工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎工業(yè)，對我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和國防現(xiàn)代化具有重要的作用，但由于長期以來高消耗、低效益、粗放型的生產(chǎn)模式，使我國的化學工業(yè)在不斷發(fā)展的同時，也對環(huán)境造成了嚴重污染。在所有工業(yè)部門中化學工業(yè)廢水、廢氣、廢渣排放量分別高居第二位、第三位、第四位。氮肥行業(yè)是化工系統(tǒng)的用水和排放污染物大戶，其廢水排放量占化學工業(yè)排放量的60%，氮肥行業(yè)每年流失到環(huán)境中的氨氮達100萬噸以上。氮肥

10、工業(yè)既是一個資金密集型、技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)，又是耗能較大、污染物排放量較大的行業(yè)，化學需氧量（COD）、氨氮、二氧化硫、氰化物、酚類等污染物質(zhì)排放量都很大，每年水污染物排放390.9 萬t，其中氨氮 14.8 萬t，排水量 21.3 億m3 。目前，氮肥行業(yè)對環(huán)境造成的嚴重污染已成為制約該行業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。</p><p>　　如果采取清潔生產(chǎn)措施，比如實現(xiàn)氮肥生產(chǎn)污水超低排放，那么生產(chǎn)每噸合成氨的排水量

11、可以從10～50 m3 降低到2 m3以下。在全行業(yè)有條件的企業(yè)推廣這種污水排放技術(shù)，每年節(jié)約的冷卻水量可以達到 10 億m3 ，相當于浙江每年生活用水量的 1/3。因此，在氮肥行業(yè)推廣源頭控制的清潔生產(chǎn)對我國的環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展意義重大。</p><p><b>　　1.氮肥行業(yè)概況</b></p><p>　　2007年, 我國化肥產(chǎn)量已由1998年的2175萬t

12、增加到5696萬t ( 純養(yǎng)分計) , 其中氮肥 4187萬t , 磷肥 1257 萬t , 鉀肥 252 萬t。氮肥產(chǎn)量占73. 5% , 磷肥 22% , 鉀肥 4.5% ?；屎偷十a(chǎn)量居世界第一。目前, 我國氮肥產(chǎn)量可基本滿足國內(nèi)需要。</p><p>　　我國氮肥生產(chǎn)原料路線多為煤型裝置, 還有天然氣型、渣油和石腦油型。主要產(chǎn)品是尿素, 還有磷銨、硝酸磷肥、碳銨、氯化銨以及氮磷鉀復合肥等。我國能源結(jié)構(gòu)特

13、點決定了我國氮肥原料以煤為主, 天然氣僅占 20%。</p><p><b>　　2.生產(chǎn)過程分析</b></p><p>　　氮肥生產(chǎn)的原料主要有煤、油、天然氣, 其中以煤為原料的氮肥產(chǎn)量占總產(chǎn)量的 65% 左右。氮肥生產(chǎn)所用原料不同, 生產(chǎn)品種不同, 生產(chǎn)工藝有所不同, 但原理基本一致 : 碳元素通過與氧氣( 或水 ) 等發(fā)生反應, 形成混合氣, 再通過脫硫、變換

14、、脫碳等凈化過程，使 H2、CO2得到分離和純化, 利用H2、CO2發(fā)生如下反應, 得到氨及尿素:</p><p>　　H2+ N2→2NH3+ Q</p><p>　　2NH3+ CO2→CO(NH2)2+ H2O- Q</p><p><b>　　3.生產(chǎn)過程特點</b></p><p>　　3.1高能耗、用水量大&

15、lt;/p><p>　　氮肥生產(chǎn)是高能耗和用水大戶。2005年全行業(yè)年耗天然氣 110 億 m3 , 占全國總消費量的 22% ；耗煤5451萬噸，占全國耗煤總量的 3.6% ； 耗電 586 億度,占全國耗電總量的 2.4% 。氮肥工業(yè)也是用水大戶, 全行業(yè)年耗水 27 億噸, 平均噸氨耗水58 噸。</p><p><b>　　3.2原料緊張</b></p>

16、;<p>　　天然氣、煤炭、石油是生產(chǎn)氮肥的三大原料，通常被稱為氣頭、煤頭、油頭三類。我國氮肥原料以煤為主, 占 65% 以上, 天然氣僅占 20% , 這是我國能 源結(jié)構(gòu)特點決定的。近年來，由于石油和煤炭價格的升幅遠大于天然氣，故按成本優(yōu)勢排列為氣頭、煤頭、油頭。比如07年氣頭企業(yè)云天化尿素的毛利率達47.1%，而煤頭企業(yè)華魯恒升尿素的毛利率為21.5%。</p><p><b>　　3

17、.3排污量大</b></p><p><b>　　3.3.1廢水</b></p><p>　　氮肥企業(yè)是用水大戶, 也是污水排放大戶。比如一個年產(chǎn)尿素 15 萬噸的企業(yè)日排放污水可達3～4萬噸。污水中污染因子較多，如氨氮、COD、氰化物、硫化物、油類、懸浮物、酸、堿等，污水含固量高、溫度高、成分復雜，既浪費能源資源，又污染環(huán)境。</p>&l

18、t;p>　　氮肥行業(yè)的污水種類很多，如以原料劃分有以煤、油、氣為原料的合成氨生產(chǎn)污水。如以工藝劃分有造氣、脫硫、變換、合成、精制、氨加工等污水。如以污水的性質(zhì)劃分有煤造氣含氰廢水、油造氣炭黑污水、含硫污水和含氨污水，其中以造氣含氰污水和含氨污水對水環(huán)境影響最大。</p><p><b>　　3.3.2廢氣</b></p><p>　　廢氣主要來自造氣廢氣, 其次

19、為貯槽放空氣、合成池放氣、電解放空氫氣。造氣廢氣主要是煙塵、CO 和SO2。</p><p>　　4.我國氮肥行業(yè)存在的問題</p><p>　　我國氮肥行業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展, 在總量上有了較大的增長。但是, 多年來氮肥行業(yè)在強調(diào)總量增長的同時, 逐步暴露出結(jié)構(gòu)不合理, 清潔生產(chǎn)水平低, 污染排放負荷大等一系列問題, 主要體現(xiàn)在以下幾個方面。</p><p>　　4.

20、1生產(chǎn)規(guī)模不合理</p><p>　　目前, 我國大型氮肥企業(yè)僅有40 家左右, 磷肥企業(yè)中小型企業(yè)所占比例約90%, 而國際上不到30% 。我國小型廠占大多數(shù), 其能耗高、裝置水平差、排污量較大是難以避免的。</p><p>　　4.2產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)不合理</p><p>　　低濃度的碳銨( 含氮量僅17%) 仍占化肥總量一定的比例, 存在利用率低、氨氮排放負荷高的

21、問題。</p><p>　　4.3技術(shù)設備水平落后, 節(jié)能、回收利用裝置少</p><p>　　我國還有許多尿素生產(chǎn)企業(yè)沒有采用中壓汽提氨回收裝置和高效尿素造粒噴頭, 氨的利用率與國外大化肥裝置的水平有較大差距，造成大氣、地面水和地下水的污染。這是我國氮肥工業(yè)能耗物耗高、污染物排放量大的主要原因。</p><p>　　4.4污染物排放負荷大</p>&

22、lt;p>　　全國大氮肥企業(yè)尿素氨耗在588～589 kg , 中氮肥企業(yè)在610 kg 左右, 氨氮負荷分別達到27 kg/ t 氨和49 kg/ t 氨, 與國處相差甚遠?；市袠I(yè)排放的氨氮、氰化物、磷化物、氟化物排全國各工業(yè)行業(yè)之首。</p><p>　　5.新型清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)</p><p>　　5.1采用先進的造氣技術(shù)、高效造氣</p><p>　

23、　我國的許多氮肥企業(yè)，特別是中小氮肥廠, 使用固定床間歇式氣化技術(shù), 普遍陷入窘境, 造氣效率低, 原料消耗大, 污染嚴重。改變原料路線, 選擇先進的造氣技術(shù), 提高自動化水平, 高效造氣, 對于節(jié)省原料、減少污染是企業(yè)脫困之首選。</p><p>　　當前較為成熟可靠和具有競爭力的煤氣化技術(shù)有美國德士古氣化技術(shù)和荷蘭殼牌謝爾粉煤加壓氣化技術(shù)。德士古氣化技術(shù)屬于氣流床氣化技術(shù), 該技術(shù) 有效氣( CO + H2)

24、 含量高, 氣化壓力高, 合成氣壓縮功耗??；原料利用率高, 三廢量小。Shell 氣化技術(shù)是荷蘭殼牌公司開發(fā)的技術(shù), 該技術(shù)碳轉(zhuǎn)化率達 99% , 有效氣體( CO+ H2) 達 90% 以上, 副產(chǎn)高壓蒸汽, 氧耗量較低。</p><p>　　我國科研人員經(jīng)過多年努力，自行開發(fā)出固定層富氧連續(xù)氣化技術(shù),是以無煙煤和焦炭為原料的煤氣化清潔生產(chǎn)技術(shù)。該技術(shù)與固定層間歇氣化技術(shù)相比, 不向外排吹風氣, 從根本上解決了

25、間歇氣化吹風氣因SO2、H2S、粉塵濃度不穩(wěn)定而無法脫硫處理, 進而污染環(huán)境的問題。同時比固定間歇氣化技術(shù)噸氨少耗煤 14% , 這樣就相應降低了多耗的 14% 煤帶來的水、氣、渣的排放負荷。</p><p><b>　　5.2高效脫硫技術(shù)</b></p><p>　　脫硫工藝的共同特點是將吸收的H2S 和反應生成的負二價硫離子使其氣化為單質(zhì)硫。為了加速氧化反應速度提

26、高脫硫劑的脫硫能力, 我國先后開發(fā)應用了對苯二酚、ADA、MSQ 、栲膠等脫硫催化劑及 PDS、888 高效脫硫催化劑。目前, 一些工廠采用低濃度稀氨水在對苯二酚催化作用下來清除原料氣中的硫化氫 , 在清除過程中需要不斷的補充稀氨水, 硫磺、氨等排入造氣冷卻循環(huán)水系統(tǒng)或經(jīng)溢流到廠污水排放口, 不僅給廢水處理帶來負擔, 同時也給工廠造成經(jīng)濟損失。因此, 用高效脫硫催化法脫硫代替稀氨水脫硫為氮肥行業(yè)清潔生產(chǎn)的有效手段, 可大幅度降低脫硫成本

27、, 同時增加硫的回收率, 減少硫的污染。</p><p>　　5.3生產(chǎn)污水零排放技術(shù)</p><p>　　氮肥廠是氨氮排放的大戶, 往往給河流造成嚴重的氨氮污染。氮肥行業(yè)污水 零排放綜合整治項目是多項技術(shù)的綜合, 當前已有一些成熟的氮肥行業(yè)廢水治理技術(shù), 包括以完善兩水 ( 生產(chǎn)污水和循環(huán)冷卻水 ) 閉路循環(huán)、栲膠脫硫替代氨水脫硫、醇烴化工藝替代銅洗工藝、不同水質(zhì)( 軟水、淺除鹽水、除鹽

28、水) 合理利用、合成氨工藝冷凝液治理、尿素解析廢液水解回收等為主要內(nèi)容的清潔生產(chǎn)技術(shù)改造和綜合整治技術(shù)。</p><p>　　中國氮肥工業(yè)協(xié)會在總結(jié)全行業(yè)清潔生產(chǎn)和污水治理經(jīng)驗的基礎上, 開發(fā)氮肥生產(chǎn)污水零排放技術(shù), 考慮到對全行業(yè)的通用性, 還組織編制了氮肥生產(chǎn)污水零排放通用設計及氮肥企業(yè)污水零排放、廢氣、廢固處理及清潔生產(chǎn)通用設計 , 以集成、推廣應用這項先進技術(shù)。據(jù)協(xié)會統(tǒng)計, 29個氮肥生產(chǎn)污水零排放項目,

29、 項目完成后每年節(jié)水量達 1.5億 m3 , 減少氨氮、COD、氰 化物等各 種污染物 排放共 6.6萬 t。每年還可回收尿素 2.9萬 t，增加收入約 4400萬元。氮肥行業(yè)推廣污水零排放技術(shù)有著得天獨厚的優(yōu)勢, 氮肥廠污水的綜合治理, 不僅可以減少這些污水對環(huán)境的污染, 同時還可以從排放的污水中回收利用有用的資源, 減少資源浪費。</p><p>　　5.4爐渣綜合利用，推廣熱電聯(lián)產(chǎn)、蒸汽梯級利用</p

30、><p>　　以煤為原料的氮肥廠每年都產(chǎn)生大量的造氣爐渣。由于種種原因, 一些氮肥 廠未能解決造氣爐渣的綜合利用問題。在氮肥企業(yè), 利用造氣爐渣和造氣煤下腳料為燃料, 發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是重要的清潔生產(chǎn)手段, 存在以下優(yōu)勢:首先是熱電聯(lián)產(chǎn)的熱效率高一般可以達到 60% 以上, 遠高于單純發(fā)電項目的熱效率( 35% 左右)；提高自行發(fā)電比例, 降低用電成本；爐渣粉碎后與煙煤按比例混合送入循環(huán)流化床鍋爐作燃料，產(chǎn)高壓蒸汽供

31、汽輪機，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，汽輪機抽出蒸汽供系統(tǒng)生產(chǎn)使用，所產(chǎn)生的二次爐渣作為生產(chǎn)水泥的原料出售或作為新型建材原料。采用新型循環(huán)流化床, 摻燒造氣爐渣, 實現(xiàn)了造氣爐渣綜合利用, 降低生產(chǎn)成本。熱電聯(lián)產(chǎn)、蒸汽梯級利用，實現(xiàn)了資源化、減量化、再利用的清潔生產(chǎn)之目的。</p><p>　　5.5氮肥生產(chǎn)節(jié)電技術(shù)</p><p>　　氮肥生產(chǎn)企業(yè)是用電大戶, 噸氨耗電量 1 300～1 500 kW

32、h。 2007年全國氮肥產(chǎn)量 3 200. 7萬t，用電量 586億 kWh, 占全國化工用電量的 27% 。電費支出約占產(chǎn)品制造成本的 20% ～ 25% 。節(jié)約用電既是氮肥企業(yè)的社會責任, 也是提高氮肥企業(yè)市場競爭力的重要途徑。中國氮肥工業(yè)協(xié)會制定的氮肥生產(chǎn)節(jié)電 200千瓦時工程是一項集成改造措施, 由8個技術(shù)成熟、行之有效、節(jié)電效果明顯的專項組成, 全部為自主知識產(chǎn)權(quán)。這 8項技術(shù)分別為余熱發(fā)電、降低氨合成壓力、凈化工藝改造、低位

33、能余熱吸收制冷、變壓吸附脫碳、渦輪機組 回收動力、提高變換壓力、機泵變頻調(diào)速。通過應用這 8項技術(shù), 氮肥行業(yè)噸氨平均可節(jié)電 200 kWh, 最高的可達 500 kWh。如果全國半數(shù)以上氮肥企業(yè)實施</p><p>　　該項工程, 每年可節(jié)電 80億 kWh。</p><p>　　5.6廢氣清潔生產(chǎn)途徑</p><p>　　氮肥生產(chǎn)廢氣中會產(chǎn)生CO2、H2、NH

34、3、NH4、粉塵等污染物, 如不回收利用, 不但污染環(huán)境, 且造成資源浪費。常用的清潔生產(chǎn)手段有:集中回收措施, 分級回收熱能；對于造氣吹風氣, 采用在尿素造粒塔頂設置洗滌裝置, 采用霧化屏蔽攔截方式, 將塔頂排氣中尿素粉塵溶解吸收；采用等壓回收裝置, 回收合成氣中的氨；采用變壓吸附或膜分離技術(shù), 回收合成氣中的氫, 剩余氣體送鍋爐燃燒, 回收熱量。</p><p><b>　　6.結(jié)束語</b&

35、gt;</p><p>　　我國是一個資源相對比較缺乏的國家, 資源和環(huán)保的壓力都很大, 國家堅持不懈抓企業(yè)清潔生產(chǎn)工作將是大勢所趨。雖然氮肥行業(yè)在這方面已取得了很多技術(shù)成就, 但也應看到目前面臨的清潔生產(chǎn)任務繁重, 形勢仍然相當嚴峻。清潔生產(chǎn)工作對于氮肥行業(yè)應該是一個機遇, 抓住這次機遇, 企業(yè)可以轉(zhuǎn)變長期粗放型的增長方式, 推動技術(shù)進步, 提高技術(shù)裝備。按照減量化、再利用、資源化 的原則, 堅以盡可能少的資源

36、消耗和環(huán)境代價, 取得最大的經(jīng)濟產(chǎn)出，從而推進氮肥行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整, 支持循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展, 提高產(chǎn)業(yè)集中度, 貫徹科學發(fā)展觀, 致力于建設和諧氮肥企業(yè), 實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　汪家銘.氮肥行業(yè)節(jié)能減排實施目標與技術(shù)創(chuàng)新﹝J﹞,河南化工.2008,25﹝8﹞:28～30</p>&l

37、t;p>　　黃江南,余瑩.氮肥生產(chǎn)污染及其清潔生產(chǎn)的探討﹝J﹞,江西化工.2006,4:67～68</p><p>　　郭希紅,邱明卉.氮肥行業(yè)清潔生產(chǎn)審核探析﹝J﹞,環(huán)境科學.2008，5：235～236</p><p>　　汪家銘.氮肥生產(chǎn)污水零排放技術(shù)及其應用﹝J﹞,西部煤化工.2008，2</p><p>　　胡波徐,雨新,瞿國忠.煤制氣氮肥生產(chǎn)裝置清

38、潔生產(chǎn)技術(shù)總結(jié)﹝J﹞,小氮肥.2007，35﹝2﹞:1～4</p><p>　　劉國華.我國化肥工業(yè)的清潔生產(chǎn)﹝J﹞,化工礦物與加工.2008，5:36～39</p><p>　　新型帶狀翅片式氣-氣換熱器的性能研究</p><p>　　J. Wanga,*, G.G. Hirsa, P. Rollmannb,1</p><p>　　Univ

39、ersity of Twente, Department of Mechanical Engineering, P.O. Box 217, 7500 AE, Enschede, The Netherlands</p><p>　　KAT company, Spoor straat 5, 7491 CK, Delden, The Netherlands</p><p><b>　　

40、摘要</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)緊湊的氣-氣換熱器在兩種流體側(cè)需要較大的換熱面積，通過增加二次表面面積的方法可以實現(xiàn)。這種二次表面可以是板狀翅片、帶狀翅片、百葉窗式翅片等等。這些翅片不僅增大了換熱面積，而且加劇了湍流流動。</p><p>　　這篇論文描述了一個帶狀翅片式氣-氣換熱器。這種換熱器的設計和制造是基于一種在矩形管道中互為相反的壁面的狹槽里密封矩形帶狀翅片的方法

41、。翅片被固定且密封在壁面上，同時經(jīng)氣體的高溫釬焊與金屬混合在爐子里。氣體的另外一個優(yōu)勢是它在傳熱表面形成一層涂層來保護表面免受腐蝕。</p><p>　　很多種測試方法都可以被用來測試這種換熱器的性能。在我們意料之中的是，這些測試結(jié)果都表明，傳熱系數(shù)和壓力降隨著傳熱面積與體積（翅片密度）的比值的增加而增加?？聽柌饕蛞驍?shù)與摩擦因數(shù)相互作用與雷諾數(shù)之間的關(guān)系也被給出。</p><p>　　關(guān)

42、鍵詞：換熱器，帶狀翅片，涂層</p><p><b>　　1.背景</b></p><p>　　旋轉(zhuǎn)式蓄熱器的結(jié)構(gòu)簡單，重量較輕，因此經(jīng)常被用在熱力發(fā)電廠中當作空氣預熱器。然而，對于它的設計還是有一些內(nèi)在的問題。當蓄熱器旋轉(zhuǎn)時，流過蓄熱器的兩種氣體呈逆流流動。因為熱流進口處的套管（外殼）的膨脹以及冷流進口處的收縮，蓄熱器會產(chǎn)生變形。這樣的變形反過來會導致沿著套管的密封

43、的變形和介質(zhì)的泄漏等現(xiàn)象發(fā)生。</p><p>　　* Corresponding author. Tel.: +31-53-4894098; Fax: +31-53-4893663.</p><p>　　E-mail address: j.wang@wb.utwente.nl (J. Wang)</p><p>　　Tel.: +31-74-3763263<

44、/p><p>　　帶狀翅片氣-氣換熱器是基于一種新型的方法發(fā)展起來的，即在互為相反的壁面中的狹槽里密封矩形帶狀翅片。這樣在氣流的兩側(cè)都增加了傳熱面積，比如翅片，如圖一所示。帶狀翅片通過在爐中完成混合過程的氣體與金屬混合物的高溫釬焊過程，一起被固定且密封在壁面上。在這個過程中，涂層會在傳熱表面形成，以保護傳熱表面不受腐蝕。這種開發(fā)的目的是將它當作一個同流換熱器來代替蓄熱器，并且在更進一步的改良后，用它在兩種氣體之間進行

45、熱交換，從而在汽輪機中會形成一個巨大的壓差。</p><p>　　圖1.帶狀翅片式換熱器結(jié)構(gòu)</p><p>　　每一部分的幾何尺寸不僅對換熱性能是至關(guān)重要的，而且對處于循環(huán)溫度和壓力下的部件的運行狀況也起著重要作用。</p><p>　　一些帶狀翅片表面的研究結(jié)果表明，換熱性能會隨著幾何尺寸的變化而變化。在此次測試的換熱器中，所用翅片比在參考文獻2中提及的翅片要厚

46、一些。在密度1和密度2中，翅片沿著流動方向傾斜，翅片的寬度會更短一些。相鄰一行的翅片，在一定程度上相互嵌入其它行中。在密度2中，翅片在相鄰行中留下一片空間，如圖1和表1所示。這種設計允許翅片中一種多樣的變化沿著流動的方向發(fā)展。翅片上的涂層改變了表面的粗糙度以及翅片表面的摩擦。這些都在改變著換熱器的性能。</p><p>　　這項研究的目的是為了獲得關(guān)于熱量傳遞和摩擦的數(shù)據(jù)。這些測試是在三種翅片密度下進行的。對于被

47、測試的換熱器，翅片密度被定義為傳熱表面積占空氣一側(cè)體積的比率（）。這些測試中，翅片尺寸都相同，并且翅片的交錯排列也得到測試。在相同的熱傳遞體積中，密度2中的翅片數(shù)量比密度1中的翅片數(shù)量多19%，并且與密度1中的翅片數(shù)量相比，密度3中的翅片數(shù)量大約是其兩倍。下文給出了三種測試密度的結(jié)果。</p><p>　　2.換熱器尺寸及實驗裝置</p><p>　　表1給出了被測試換熱器的幾何變量。翅片

48、金屬厚度是2mm。傳熱表面的涂層大概是0.2mm厚。由制造過程引起的翅片邊緣極有可能產(chǎn)生的變形沒有施加特殊的處理。</p><p>　　沸水與空氣的傳熱試驗裝置，是用來測試空氣一側(cè)的傳熱系數(shù)和壓力降。換熱器被安裝在一個水槽之上，在水槽中水通過電熱元件沸騰。流道外部的翅片處在標準大氣壓下的沸水中。沸騰的強度要仔細觀察，然后通過改變發(fā)熱量將每一種測量方式調(diào)整至相同的強度。空氣在流道內(nèi)側(cè)流動。空氣通過傳熱表面被加熱。&

49、lt;/p><p>　　表1.換熱器幾何尺寸</p><p>　　流過換熱器的空氣的溫度變化，被安裝在換熱器入口和出口處、精確度為0.5℃的熱電偶測得。壓力降由安裝在換熱器入口和出口處、精確度為5Pa的U型管測得?？諝饬魉俦灰粋€電子調(diào)頻風扇限定，并由一個安裝在測試管道上直徑為0.1米的圓形標準節(jié)流孔測量。這種裝置的設計是基于以下考慮，即流道壁面和外部翅片上沸水的耐熱性與空氣的耐熱性相比是可以忽

50、略的。對于小體積和質(zhì)量的對象而言，雷諾數(shù)的測量范圍被要求達到20000的高水平上。</p><p><b>　　3.數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　空氣一側(cè)的傳熱系數(shù)（hair）通過由熱負荷和對數(shù)平均溫度計算總傳熱系數(shù)的方法計算出來。熱負荷由被測空氣的溫差和流量計算出來。水一側(cè)的溫度是100℃。沸水一側(cè)的熱阻可以忽略。傳熱表面兩側(cè)涂層的熱阻（Rc）是7E-5㎡&

51、#183;K/W。傳熱表面效率是η0=1－（1－ηf）Af/A。翅片效率是ηf=tang(mL)/(mL)，m=( hair·pf /k/af)0.5,pf和af分別是是翅片橫截面周長和翅片橫截面面積。金屬的導熱系數(shù)（k）是50W/m·K。</p><p>　　雷諾數(shù)的特征長度來自于最小自由流動面積，凱和倫敦將它定義Dh=4AcL/A。斯坦頓數(shù)由空氣一側(cè)的傳熱系數(shù)和空氣流量的關(guān)系得到，它們之間

52、的關(guān)系是</p><p>　　St=hair/Gcp。平均溫度下的空氣屬性也被給出。</p><p>　　摩擦因子（f）可由被測壓力降計算出。方程式是：</p><p>　　一系列的測量數(shù)據(jù)和密度3被測換熱器的簡化結(jié)果在表2中給出，對此感興趣的研究人員可以重復計算。</p><p>　　表2.密度3的傳熱與摩擦數(shù)據(jù)</p>&l

53、t;p>　　4.測量結(jié)果以及討論</p><p>　　正如所期望的那樣，壓力梯度和傳熱系數(shù)隨著翅片密度的增加而增加，并且如圖2和圖3所示，在給定的面速度下（面速度是換熱器的迎風面積下的空氣速度），壓力梯度的增速要比傳熱系數(shù)的增速大。當面速度為3m/s時，在相同的壓力梯度下，傳熱系數(shù)從被測翅片密度1到翅片密度2增大了24%。然后隨著速度的增大，壓力梯度的增大比傳熱系數(shù)的增大要快。</p><

54、;p>　　為了比較不同翅片密度的性能，在圖4中標繪出了傳熱系數(shù)與每單位換熱面積的泵功率之間的關(guān)系。這表示最高翅片密度對應最高傳熱系數(shù)。密度3的選擇將會提供一個具有較小速度的換熱器，但會引起一片很大的迎風面積。這是因為</p><p>　　圖2.傳熱系數(shù)與面速度的關(guān)系</p><p>　　盡管在給定流速下小水力直徑會增加壓力降，但是在給定的換熱要求下，小雷諾數(shù)的增加會很大程度上減少泵功

55、率的消耗。圖中的另一特征是，對給定的泵功率，傳熱系數(shù)值會增加，這與翅片密度1至3在測量范圍的大部分中幾乎是相同的，盡管翅片密度從密度1到3的增加比從密度2到3的增加要大得多。</p><p>　　圖3.每單位流動長度壓力降與面速度的關(guān)系</p><p>　　需要被指出的是，在較高雷諾數(shù)下，試驗中會出現(xiàn)尖嘯聲，這在應用程序中應該被盡量避免。在測試的過程中，尖嘯聲能被清楚的發(fā)現(xiàn)，在密度2的測試

56、中聲音會特別的大。摩擦因數(shù)的大小會隨著尖嘯聲的強度而改變。在雷諾數(shù)為13000時它會達到最大值。在測試的過程中，會出現(xiàn)集中強烈的尖嘯聲。圖5表示出尖嘯聲出現(xiàn)的區(qū)域范圍。比如說，對于密度2，尖嘯聲從雷諾數(shù)為9000時開始出現(xiàn)。</p><p>　　圖4.傳熱系數(shù)與每單位表面積泵功率的關(guān)系</p><p>　　圖5.柯爾伯恩因數(shù)、摩擦因數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系</p><p>

57、　　如圖5所示，測試結(jié)果同樣以柯爾伯恩因數(shù)（j=St·Pr2/3）與雷諾數(shù)（Re）的關(guān)系，以及摩擦因數(shù)（f）和雷諾數(shù)（Re）的關(guān)系這兩種形式給出。具有更高柯爾伯恩因數(shù)的結(jié)果，摩擦因數(shù)也更高。密度2表示，科爾本因數(shù)和摩擦因數(shù)都很高。在雷諾數(shù)小于3000的區(qū)域中，如圖6所示，密度3中柯爾伯恩因數(shù)與摩擦因數(shù)的比值（j/f）下降至參考文獻給出的平均值。當雷諾數(shù)處于3000～8000的范圍中，對于這三種密度，比值（j/f）比參考文獻（當

58、雷諾數(shù)等于4000時比值是0.18～0.35）給出的平均值要小一些。然而對于雷諾數(shù)處于3000～8000范圍內(nèi)的被測密度而言，這些比值之間并沒有很清晰的差別。在雷諾數(shù)值更高的區(qū)域內(nèi)，密度2與3的比值（j/f）比密度1的比值要小一些。對于密度2，尖嘯聲會導致更高的摩擦因數(shù)。對于密度3，我們可以得出結(jié)論，高雷諾數(shù)下的高致密性會失去它的優(yōu)勢。</p><p>　　圖6.柯爾伯恩因數(shù)與摩擦因數(shù)的比值與雷諾數(shù)的關(guān)系<

59、/p><p><b>　　5.結(jié)論</b></p><p>　　這種帶狀翅片式換熱器表面的性能是用三種翅片密度測試的。結(jié)果表明傳熱系數(shù)和壓力梯度隨著翅片密度的增加而增加。從每單位傳熱表面積的泵功率的點來看，較高的密度具有較好的性能。結(jié)果同樣以柯爾伯恩因數(shù)（j=St·Pr2/3）以及摩擦因數(shù)（f）與雷諾數(shù)之間的關(guān)系的形式被呈現(xiàn)出。在雷諾數(shù)小于8000的范圍內(nèi)，三種

60、被測翅片密度下，柯爾伯恩因數(shù)與摩擦因數(shù)的比值幾乎沒有明顯的差別。在更高的雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi)，尖嘯聲會出現(xiàn)并且會引起更高的摩擦因數(shù)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] Fraas AP, Ozisik MN. Heat Exchanger Design. New York: Wiley, 1965.</p><p&g

61、t;　　[2] Kay WM, London AL. Compact Heat Exchangers, 3rd ed. New York: McGraw-Hill, 1984.</p><p>　　[3] Abbott RW, Norris RH, Spo.ord WA. Compact heat exchangers in general electric products-sixty years of<

62、/p><p>　　advances in design and in manufacturing technologies. In: Compact Heat Exchangers-History, Technological</p><p>　　Advancement and Mechanical Design Problems, vol. Vol. 10.ASME HTD, 1980.p.