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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 目錄</b></p><p> 我國(guó)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(guò)程分析2</p><p> 3.生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn)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(guó)氮肥行業(yè)存在的問(wèn)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(shè)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(fù)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(jìn)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(jí)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(yǔ)7</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)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(shí)驗(yàn)裝置12</p><p><b> 3.數(shù)據(jù)處理13</b></p><p> 4.測(cè)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(xiàn)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(guó)氮肥行業(yè)的清潔生產(chǎn)</p><p> 摘要:本文在概述我國(guó)氮肥行業(yè)現(xiàn)狀、生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn)以及存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上,指出了我國(guó)實(shí)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(guó)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(wù)中持續(xù)地應(yīng)用整合且
8、預(yù)防的環(huán)境策略,以增加生態(tài)效益和減少對(duì)于人類(lèi)和環(huán)境的危害和風(fēng)險(xiǎn)。清潔生產(chǎn)是指不斷采取改進(jìn)設(shè)計(jì)、使用清潔的能源和原料、采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)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(wù)和產(chǎn)品使用過(guò)程中污染物的產(chǎn)生和排放,以減輕或者消除對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境的危害。國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐表明,實(shí)施清潔生產(chǎn)是控制污染的有效手段,是實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)“雙贏”的最佳途徑,是實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展觀,實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然選擇。<
9、;/p><p> 化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè),對(duì)我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和國(guó)防現(xiàn)代化具有重要的作用,但由于長(zhǎng)期以來(lái)高消耗、低效益、粗放型的生產(chǎn)模式,使我國(guó)的化學(xué)工業(yè)在不斷發(fā)展的同時(shí),也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。在所有工業(yè)部門(mén)中化學(xué)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(xué)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(dá)100萬(wàn)噸以上。氮肥
10、工業(yè)既是一個(gè)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(xué)需氧量(COD)、氨氮、二氧化硫、氰化物、酚類(lèi)等污染物質(zhì)排放量都很大,每年水污染物排放390.9 萬(wàn)t,其中氨氮 14.8 萬(wàn)t,排水量 21.3 億m3 。目前,氮肥行業(yè)對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)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(shí)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(dá)到 10 億m3 ,相當(dāng)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(duì)我國(guó)的環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)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(guó)化肥產(chǎn)量已由1998年的2175萬(wàn)t
12、增加到5696萬(wàn)t ( 純養(yǎng)分計(jì)) , 其中氮肥 4187萬(wàn)t , 磷肥 1257 萬(wàn)t , 鉀肥 252 萬(wàn)t。氮肥產(chǎn)量占73. 5% , 磷肥 22% , 鉀肥 4.5% 。化肥和氮肥產(chǎn)量居世界第一。目前, 我國(guó)氮肥產(chǎn)量可基本滿足國(guó)內(nèi)需要。</p><p> 我國(guó)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(fù)合肥等。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)特
13、點(diǎn)決定了我國(guó)氮肥原料以煤為主, 天然氣僅占 20%。</p><p><b> 2.生產(chǎn)過(guò)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(guò)與氧氣( 或水 ) 等發(fā)生反應(yīng), 形成混合氣, 再通過(guò)脫硫、變換
14、、脫碳等凈化過(guò)程,使 H2、CO2得到分離和純化, 利用H2、CO2發(fā)生如下反應(yīng), 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(guò)程特點(diǎn)</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(guó)總消費(fèi)量的 22% ;耗煤5451萬(wàn)噸,占全國(guó)耗煤總量的 3.6% ; 耗電 586 億度,占全國(guó)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(chēng)為氣頭、煤頭、油頭三類(lèi)。我國(guó)氮肥原料以煤為主, 占 65% 以上, 天然氣僅占 20% , 這是我國(guó)能 源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的。近年來(lái),由于石油和煤炭?jī)r(jià)格的升幅遠(yuǎn)大于天然氣,故按成本優(yōu)勢(shì)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(dá)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(gè)年產(chǎn)尿素 15 萬(wàn)噸的企業(yè)日排放污水可達(dá)3~4萬(wàn)噸。污水中污染因子較多,如氨氮、COD、氰化物、硫化物、油類(lèi)、懸浮物、酸、堿等,污水含固量高、溫度高、成分復(fù)雜,既浪費(fèi)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(lèi)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(duì)水環(huán)境影響最大。</p><p><b> 3.3.2廢氣</b></p><p> 廢氣主要來(lái)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(guó)氮肥行業(yè)存在的問(wèn)題</p><p> 我國(guó)氮肥行業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展, 在總量上有了較大的增長(zhǎng)。但是, 多年來(lái)氮肥行業(yè)在強(qiáng)調(diào)總量增長(zhǎng)的同時(shí), 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(fù)荷大等一系列問(wèn)題, 主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。</p><p> 4.
20、1生產(chǎn)規(guī)模不合理</p><p> 目前, 我國(guó)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(guó)際上不到30% 。我國(guó)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?jī)H17%) 仍占化肥總量一定的比例, 存在利用率低、氨氮排放負(fù)荷高的
21、問(wèn)題。</p><p> 4.3技術(shù)設(shè)備水平落后, 節(jié)能、回收利用裝置少</p><p> 我國(guó)還有許多尿素生產(chǎn)企業(yè)沒(méi)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(guó)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(guó)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(fù)荷大</p>&
22、lt;p> 全國(guó)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(fù)荷分別達(dá)到27 kg/ t 氨和49 kg/ t 氨, 與國(guó)處相差甚遠(yuǎn)?;市袠I(yè)排放的氨氮、氰化物、磷化物、氟化物排全國(guó)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(jìn)的造氣技術(shù)、高效造氣</p><p>
23、 我國(guó)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(yán)重。改變?cè)下肪€, 選擇先進(jìn)的造氣技術(shù), 提高自動(dòng)化水平, 高效造氣, 對(duì)于節(jié)省原料、減少污染是企業(yè)脫困之首選。</p><p> 當(dāng)前較為成熟可靠和具有競(jìng)爭(zhēng)力的煤氣化技術(shù)有美國(guó)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, 合成氣壓縮功耗省;原料利用率高, 三廢量小。Shell 氣化技術(shù)是荷蘭殼牌公司開(kāi)發(fā)的技術(shù), 該技術(shù)碳轉(zhuǎn)化率達(dá) 99% , 有效氣體( CO+ H2) 達(dá) 90% 以上, 副產(chǎn)高壓蒸汽, 氧耗量較低。</p><p> 我國(guó)科研人員經(jīng)過(guò)多年努力,自行開(kāi)發(fā)出固定層富氧連續(xù)氣化技術(shù),是以無(wú)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?dú)饣夹g(shù)相比, 不向外排吹風(fēng)氣, 從根本上解決了
25、間歇?dú)饣碉L(fēng)氣因SO2、H2S、粉塵濃度不穩(wěn)定而無(wú)法脫硫處理, 進(jìn)而污染環(huán)境的問(wèn)題。同時(shí)比固定間歇?dú)饣夹g(shù)噸氨少耗煤 14% , 這樣就相應(yīng)降低了多耗的 14% 煤帶來(lái)的水、氣、渣的排放負(fù)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(diǎn)是將吸收的H2S 和反應(yīng)生成的負(fù)二價(jià)硫離子使其氣化為單質(zhì)硫。為了加速氧化反應(yīng)速度提
26、高脫硫劑的脫硫能力, 我國(guó)先后開(kāi)發(fā)應(yīng)用了對(duì)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(duì)苯二酚催化作用下來(lái)清除原料氣中的硫化氫 , 在清除過(guò)程中需要不斷的補(bǔ)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(lái)負(fù)擔(dān), 同時(shí)也給工廠造成經(jīng)濟(jì)損失。因此, 用高效脫硫催化法脫硫代替稀氨水脫硫?yàn)榈市袠I(yè)清潔生產(chǎn)的有效手段, 可大幅度降低脫硫成本
27、, 同時(shí)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(yán)重的氨氮污染。氮肥行業(yè)污水 零排放綜合整治項(xiàng)目是多項(xiàng)技術(shù)的綜合, 當(dāng)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?yán)淠褐卫怼⒛蛩亟馕鰪U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(guó)氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)在總結(jié)全行業(yè)清潔生產(chǎn)和污水治理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 開(kāi)發(fā)氮肥生產(chǎn)污水零排放技術(shù), 考慮到對(duì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì) , 以集成、推廣應(yīng)用這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。據(jù)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì), 29個(gè)氮肥生產(chǎn)污水零排放項(xiàng)目,
29、 項(xiàng)目完成后每年節(jié)水量達(dá) 1.5億 m3 , 減少氨氮、COD、氰 化物等各 種污染物 排放共 6.6萬(wàn) t。每年還可回收尿素 2.9萬(wàn) t,增加收入約 4400萬(wàn)元。氮肥行業(yè)推廣污水零排放技術(shù)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì), 氮肥廠污水的綜合治理, 不僅可以減少這些污水對(duì)環(huán)境的污染, 同時(shí)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(fèi)。</p><p> 5.4爐渣綜合利用,推廣熱電聯(lián)產(chǎn)、蒸汽梯級(jí)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(wèn)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(shì):首先是熱電聯(lián)產(chǎn)的熱效率高一般可以達(dá)到 60% 以上, 遠(yuǎn)高于單純發(fā)電項(xiàng)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(jī),驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,汽輪機(jī)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(shí)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(jí)利用,實(shí)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(guó)氮肥產(chǎn)量 3 200. 7萬(wàn)t,用電量 586億 kWh, 占全國(guó)化工用電量的 27% 。電費(fèi)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(huì)責(zé)任, 也是提高氮肥企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑。中國(guó)氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)制定的氮肥生產(chǎn)節(jié)電 200千瓦時(shí)工程是一項(xiàng)集成改造措施, 由8個(gè)技術(shù)成熟、行之有效、節(jié)電效果明顯的專(zhuān)項(xiàng)組成, 全部為自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這 8項(xiàng)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(jī)組 回收動(dòng)力、提高變換壓力、機(jī)泵變頻調(diào)速。通過(guò)應(yīng)用這 8項(xiàng)技術(shù), 氮肥行業(yè)噸氨平均可節(jié)電 200 kWh, 最高的可達(dá) 500 kWh。如果全國(guó)半數(shù)以上氮肥企業(yè)實(shí)施</p><p> 該項(xiàng)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(huì)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(fèi)。常用的清潔生產(chǎn)手段有:集中回收措施, 分級(jí)回收熱能;對(duì)于造氣吹風(fēng)氣, 采用在尿素造粒塔頂設(shè)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(yǔ)</b&
35、gt;</p><p> 我國(guó)是一個(gè)資源相對(duì)比較缺乏的國(guó)家, 資源和環(huán)保的壓力都很大, 國(guó)家堅(jiān)持不懈抓企業(yè)清潔生產(chǎn)工作將是大勢(shì)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(yīng)看到目前面臨的清潔生產(chǎn)任務(wù)繁重, 形勢(shì)仍然相當(dāng)嚴(yán)峻。清潔生產(chǎn)工作對(duì)于氮肥行業(yè)應(yīng)該是一個(gè)機(jī)遇, 抓住這次機(jī)遇, 企業(yè)可以轉(zhuǎn)變長(zhǎng)期粗放型的增長(zhǎng)方式, 推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步, 提高技術(shù)裝備。按照減量化、再利用、資源化 的原則, 堅(jiān)以盡可能少的資源
36、消耗和環(huán)境代價(jià), 取得最大的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出,從而推進(jìn)氮肥行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整, 支持循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展, 提高產(chǎn)業(yè)集中度, 貫徹科學(xué)發(fā)展觀, 致力于建設(shè)和諧氮肥企業(yè), 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。</p><p><b> 參考文獻(xiàn):</b></p><p> 汪家銘.氮肥行業(yè)節(jié)能減排實(shí)施目標(biāo)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(xué).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(yīng)用﹝J﹞,西部煤化工.2008,2</p><p> 胡波徐,雨新,瞿國(guó)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(guó)華.我國(guó)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(guò)增加二次表面面積的方法可以實(shí)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(dòng)。</p><p> 這篇論文描述了一個(gè)帶狀翅片式氣-氣換熱器。這種換熱器的設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)優(yōu)勢(shì)是它在傳熱表面形成一層涂層來(lái)保護(hù)表面免受腐蝕。</p><p> 很多種測(cè)試方法都可以被用來(lái)測(cè)試這種換熱器的性能。在我們意料之中的是,這些測(cè)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???tīng)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(jiǎn)單,重量較輕,因此經(jīng)常被用在熱力發(fā)電廠中當(dāng)作空氣預(yù)熱器。然而,對(duì)于它的設(shè)計(jì)還是有一些內(nèi)在的問(wèn)題。當(dāng)蓄熱器旋轉(zhuǎn)時(shí),流過(guò)蓄熱器的兩種氣體呈逆流流動(dòng)。因?yàn)闊崃鬟M(jìn)口處的套管(外殼)的膨脹以及冷流進(jìn)口處的收縮,蓄熱器會(huì)產(chǎn)生變形。這樣的變形反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)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(lái)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(guò)在爐中完成混合過(guò)程的氣體與金屬混合物的高溫釬焊過(guò)程,一起被固定且密封在壁面上。在這個(gè)過(guò)程中,涂層會(huì)在傳熱表面形成,以保護(hù)傳熱表面不受腐蝕。這種開(kāi)發(fā)的目的是將它當(dāng)作一個(gè)同流換熱器來(lái)代替蓄熱器,并且在更進(jìn)一步的改良后,用它在兩種氣體之間進(jìn)行
45、熱交換,從而在汽輪機(jī)中會(huì)形成一個(gè)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(duì)換熱性能是至關(guān)重要的,而且對(duì)處于循環(huán)溫度和壓力下的部件的運(yùn)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(huì)隨著幾何尺寸的變化而變化。在此次測(cè)試的換熱器中,所用翅片比在參考文獻(xiàn)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(dòng)方向傾斜,翅片的寬度會(huì)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(shè)計(jì)允許翅片中一種多樣的變化沿著流動(dòng)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(xiàng)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(cè)試是在三種翅片密度下進(jìn)行的。對(duì)于被
47、測(cè)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(cè)試中,翅片尺寸都相同,并且翅片的交錯(cuò)排列也得到測(cè)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(cè)試密度的結(jié)果。</p><p> 2.換熱器尺寸及實(shí)驗(yàn)裝置</p><p> 表1給出了被測(cè)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(guò)程引起的翅片邊緣極有可能產(chǎn)生的變形沒(méi)有施加特殊的處理。</p><p> 沸水與空氣的傳熱試驗(yàn)裝置,是用來(lái)測(cè)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(gè)水槽之上,在水槽中水通過(guò)電熱元件沸騰。流道外部的翅片處在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸水中。沸騰的強(qiáng)度要仔細(xì)觀察,然后通過(guò)改變發(fā)熱量將每一種測(cè)量方式調(diào)整至相同的強(qiáng)度。空氣在流道內(nèi)側(cè)流動(dòng)。空氣通過(guò)傳熱表面被加熱。&
49、lt;/p><p> 表1.換熱器幾何尺寸</p><p> 流過(guò)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(cè)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(cè)得??諝饬魉俦灰粋€(gè)電子調(diào)頻風(fēng)扇限定,并由一個(gè)安裝在測(cè)試管道上直徑為0.1米的圓形標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔測(cè)量。這種裝置的設(shè)計(jì)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(duì)于小體積和質(zhì)量的對(duì)象而言,雷諾數(shù)的測(cè)量范圍被要求達(dá)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(guò)由熱負(fù)荷和對(duì)數(shù)平均溫度計(jì)算總傳熱系數(shù)的方法計(jì)算出來(lái)。熱負(fù)荷由被測(cè)空氣的溫差和流量計(jì)算出來(lái)。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(zhǎng)和翅片橫截面面積。金屬的導(dǎo)熱系數(shù)(k)是50W/m·K。</p><p> 雷諾數(shù)的特征長(zhǎng)度來(lái)自于最小自由流動(dòng)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(cè)壓力降計(jì)算出。方程式是:</p><p> 一系列的測(cè)量數(shù)據(jù)和密度3被測(cè)換熱器的簡(jiǎn)化結(jié)果在表2中給出,對(duì)此感興趣的研究人員可以重復(fù)計(jì)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(cè)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(fēng)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(dāng)面速度為3m/s時(shí),在相同的壓力梯度下,傳熱系數(shù)從被測(cè)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(biāo)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(duì)應(yīng)最高傳熱系數(shù)。密度3的選擇將會(huì)提供一個(gè)具有較小速度的換熱器,但會(huì)引起一片很大的迎風(fēng)面積。這是因?yàn)?lt;/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(huì)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(huì)很大程度上減少泵功
55、率的消耗。圖中的另一特征是,對(duì)給定的泵功率,傳熱系數(shù)值會(huì)增加,這與翅片密度1至3在測(cè)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(dòng)長(zhǎng)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(yàn)中會(huì)出現(xiàn)尖嘯聲,這在應(yīng)用程序中應(yīng)該被盡量避免。在測(cè)試的過(guò)程中,尖嘯聲能被清楚的發(fā)現(xiàn),在密度2的測(cè)試
56、中聲音會(huì)特別的大。摩擦因數(shù)的大小會(huì)隨著尖嘯聲的強(qiáng)度而改變。在雷諾數(shù)為13000時(shí)它會(huì)達(dá)到最大值。在測(cè)試的過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)集中強(qiáng)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(shuō),對(duì)于密度2,尖嘯聲從雷諾數(shù)為9000時(shí)開(kāi)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?tīng)柌饕驍?shù)、摩擦因數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系</p><p>
57、 如圖5所示,測(cè)試結(jié)果同樣以柯?tīng)柌饕驍?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?tīng)柌饕驍?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?tīng)柌饕驍?shù)與摩擦因數(shù)的比值(j/f)下降至參考文獻(xiàn)給出的平均值。當(dāng)雷諾數(shù)處于3000~8000的范圍中,對(duì)于這三種密度,比值(j/f)比參考文獻(xiàn)(當(dāng)
58、雷諾數(shù)等于4000時(shí)比值是0.18~0.35)給出的平均值要小一些。然而對(duì)于雷諾數(shù)處于3000~8000范圍內(nèi)的被測(cè)密度而言,這些比值之間并沒(méi)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(duì)于密度2,尖嘯聲會(huì)導(dǎo)致更高的摩擦因數(shù)。對(duì)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(huì)失去它的優(yōu)勢(shì)。</p><p> 圖6.柯?tīng)柌饕驍?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(cè)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(diǎn)來(lái)看,較高的密度具有較好的性能。結(jié)果同樣以柯?tīng)柌饕驍?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(cè)翅片密度下,柯?tīng)柌饕驍?shù)與摩擦因數(shù)的比值幾乎沒(méi)有明顯的差別。在更高的雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi),尖嘯聲會(huì)出現(xiàn)并且會(huì)引起更高的摩擦因數(shù)。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</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.
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