上升管余熱回收技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)

安徽工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境研究所上升管余熱回收技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)交流內(nèi)容一、研究背景二、不粘涂層的試驗(yàn)研究三、單管試驗(yàn)方案四、工業(yè)試驗(yàn)方案五、效益分析六、結(jié)論一研究背景鋼鐵工業(yè)能耗巨大，占13%，4億噸標(biāo)煤以上；節(jié)能取得重大進(jìn)展，TRT,CDQ,CCPP,CMC,SHR；能源浪費(fèi)巨大，余熱利用率40-50%；重點(diǎn)余熱浪費(fèi)：高爐渣、轉(zhuǎn)爐渣、荒煤氣；荒煤氣顯熱：焦?fàn)t單元熱流平衡見(jiàn)下圖；從圖可見(jiàn)，荒煤氣能量約1.5GJ/t焦，接近CDQ紅焦紅焦的顯熱：CDQ目前可發(fā)電120kw/t焦。一研究背景一研究背景關(guān)鍵問(wèn)題：由于荒煤氣包含各類焦油成分，其沸點(diǎn)主要分布在200℃-350℃，所以產(chǎn)生粘度較高的液體緊緊地粘接在換熱器表面從而導(dǎo)致下列問(wèn)題：1）粘接2）結(jié)焦

生產(chǎn)工況不穩(wěn)定更加惡化的上述問(wèn)題。一研究背景

安徽工業(yè)大學(xué)提出一種新型焦?fàn)t荒煤氣余熱回收利用技術(shù)。該技術(shù)將納米非浸潤(rùn)不粘涂層和熱管換熱技術(shù)相結(jié)合，加工制成不粘熱管換熱器，有效解決荒煤氣中焦油析出和粘接問(wèn)題。

其核心內(nèi)容是:納米非浸潤(rùn)不粘涂層配方和涂層加工工藝;確定上升管余熱回收工業(yè)方案。二不粘涂層的試驗(yàn)研究不粘涂料的選擇涂料一般由基料、顏料、填料、助劑等構(gòu)成。

本研究基于碳-烯納米顆粒的涂料研究，這是由于：高度的化學(xué)穩(wěn)定廣泛的使用溫度范圍突出的不粘特性優(yōu)異的電絕緣性能優(yōu)異的耐老化性能和抗輻射性極好的熱穩(wěn)定性。二不粘涂層的試驗(yàn)研究

顏料在涂料中加入顏料，可以提供防銹、著色和遮蓋的作用。顏料能降低涂膜的滲透性，保護(hù)涂膜免受紫外線和氣候的影響，增強(qiáng)涂膜的力學(xué)性能。除了可以提供面漆所期望的光澤和顏色，還能控制光澤，因?yàn)椴煌笮☆w粒的顏料可對(duì)光澤有著很大影響。增加顏料的尺寸也可增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有涂層的附著力。二不粘涂層的試驗(yàn)研究

填料填料的應(yīng)用是為了增加涂料體積，起到填充作用，降低涂料成本。隨著涂料技術(shù)的發(fā)展，填料還可以提高涂料各方面的性能，在漆膜中，填料用來(lái)改善涂料的流平性、不滲透性、光澤度等，也起著改善涂膜的力學(xué)性能作用，填料可以有效地提高鈦白粉的遮蓋力，增加涂料的固體分含量，降低涂料的VOC值。二不粘涂層的試驗(yàn)研究

其它助劑流平劑---其作用主要是改善涂層的平整性，包括防止縮孔，防止橘皮及流掛性等。增稠劑---使涂料形成觸變型流體或分散體，防止涂料在貯存過(guò)程中的沉淀和聚集，防止在涂裝過(guò)程中產(chǎn)生流掛。表面活性劑---主要應(yīng)用于水性涂料的顏料潤(rùn)濕，它和顏料的分散劑協(xié)同作用，提高顏料的分散效果。顏料分散劑---作用機(jī)理是改變固體顏料與液體邊界相和固體與氣體之間的表面張力，也使顏料在分散過(guò)程中表面性和能量發(fā)生變化。二不粘涂層的試驗(yàn)研究試驗(yàn)?zāi)康?、研究不粘涂料配方；2、研究不粘涂料的制作工藝；3、研究涂層加工工藝；4、建立不粘性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。二不粘涂層的試驗(yàn)研究主要原材料和試劑（不限于此）

碳-烯材料，納米級(jí)；

顏料，800目；

二硫化鉬，300目；

改性樹(shù)脂；

二甲基甲酰胺；

乙醇；

改性硅樹(shù)脂；

分散防沉劑。二不粘涂層的試驗(yàn)研究

主要設(shè)備

球磨機(jī)，1臺(tái)；

噴槍，1把；

高速攪拌機(jī)，1臺(tái)；

高溫?zé)Y(jié)爐，1臺(tái)；

萬(wàn)用電爐，1臺(tái)；

氣泵，1臺(tái)；

紅外照相機(jī)，1臺(tái)。二不粘涂層的試驗(yàn)研究主要設(shè)備二不粘涂層的試驗(yàn)研究主要設(shè)備二不粘涂層的試驗(yàn)研究加工涂層二不粘涂層的試驗(yàn)研究

指標(biāo)評(píng)價(jià)項(xiàng)目指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)厚度，um20-30GB13452.2-2008附著力，級(jí)2GB1720-79柔韌性，mm1GB1731-79硬度，鉛筆硬度＞2HGB/T6739-2006耐磨性10000米布推磨不露底金屬GB10154-88耐熱性，℃300℃±20，連續(xù)工作500小時(shí)GB/T1735-1979耐腐蝕性，級(jí)5GB6461-2002二不粘涂層的試驗(yàn)研究

焦油澆流試驗(yàn)二不粘涂層的試驗(yàn)研究二不粘涂層的試驗(yàn)研究試驗(yàn)分析經(jīng)過(guò)大量配方實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)三種結(jié)果較好，并且制作出三類配方涂層，深綠、草綠和黑色；然后我們把焦油加熱到200℃，見(jiàn)上圖；同時(shí)把四根管子加熱到200℃，其中三根是表面固化非侵潤(rùn)涂層，一根是普通沙打無(wú)縫鋼管，在圖中呈白亮色。

結(jié)果表明：草綠色管效果最好，一點(diǎn)也不粘結(jié)，澆到上面的焦油馬上自流而下。其次是深綠色的，再次是黑色的，最次是普通無(wú)縫管。普通管幾乎全部粘接上，進(jìn)而證明目前鋼廠實(shí)驗(yàn)總是粘結(jié)堵塞是在所難免的。三單管試驗(yàn)研究試驗(yàn)?zāi)康脑诠I(yè)生產(chǎn)工況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察管壁表面在實(shí)際工況下的粘接現(xiàn)象和磨損現(xiàn)象。其目的在于：嚴(yán)格控制管壁溫度；防止納米涂層老化；穩(wěn)定蒸汽壓力；最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電。三單管試驗(yàn)研究試驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)和制作不粘膜層管與荒煤氣的換熱試驗(yàn)裝置；測(cè)量實(shí)際生產(chǎn)條件下荒煤氣溫度參數(shù)等隨時(shí)間的變化；考察在實(shí)際工況條件和恒定冷卻溫度條件下，熱管不粘膜層特性，包括表面溫度、不粘性能、使用壽命等參數(shù)變化。三單管試驗(yàn)研究試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)功能（1）可以連續(xù)、穩(wěn)定、自動(dòng)測(cè)量熱管壁面溫度變化和荒煤氣溫度變化；（2）可根據(jù)熱管壁面溫度調(diào)控冷卻風(fēng)量，穩(wěn)定熱管壁面溫度。試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)本試驗(yàn)主要研究和考察在恒定溫度下熱管不粘膜層的特性。試驗(yàn)對(duì)象擬定在某鋼6m焦?fàn)t，橋管的尺寸為φ400mm。本試驗(yàn)系統(tǒng)包括：水-碳鋼熱管、外套管、冷卻風(fēng)管、變頻風(fēng)機(jī)、電磁流量計(jì)、熱電偶、溫控儀、電腦、在線采集器等。三單管試驗(yàn)研究測(cè)試內(nèi)容溫度測(cè)定利用熱電偶測(cè)量上升管表面溫度、橋管表面溫度、熱管表面溫度、荒煤氣溫度、換熱風(fēng)溫的變化。風(fēng)量測(cè)量。測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中風(fēng)量的變化。觀察膜層變化一個(gè)試驗(yàn)周期后，測(cè)量熱管增重情況，觀察熱管表面膜層的變化情況，利用紅外光譜分析不粘膜層的成分。三單管試驗(yàn)研究三單管試驗(yàn)研究試驗(yàn)裝置示意圖四工業(yè)試驗(yàn)方案

工藝流程700-750℃的荒煤氣通過(guò)上升管進(jìn)入不粘熱管換熱器，通過(guò)對(duì)流換熱和導(dǎo)熱將蒸發(fā)段中的換熱工質(zhì)加熱汽化，工質(zhì)汽化后進(jìn)入熱管冷凝段，通過(guò)與汽包中的汽水混合物發(fā)生沸騰換熱，將汽包中的蒸汽加熱到180-200℃，送入管網(wǎng)，熱管中的換熱工質(zhì)經(jīng)過(guò)冷卻變成液體沿?zé)峁艿膬?nèi)壁面流回蒸發(fā)段?；拿簹饨?jīng)過(guò)換熱器后溫度降到240-280℃，通過(guò)噴入氨水降溫處理后進(jìn)入集氣管。在換熱降溫過(guò)程中，荒煤氣中的焦油析出并在不粘膜層表面形成焦油液滴，通過(guò)流道進(jìn)入集氣管內(nèi)。在熱管換熱器前端設(shè)置氨水噴嘴，在裝煤期間，啟動(dòng)氨水噴嘴，對(duì)換熱器內(nèi)前端的熱管進(jìn)行沖刷和清洗，將部分粘接的焦油和煤粉沖洗干凈。四工業(yè)試驗(yàn)方案工藝流程示意圖四工業(yè)試驗(yàn)方案技術(shù)特點(diǎn)采用納米非浸潤(rùn)不粘膜層進(jìn)行換熱，解決了荒煤氣冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的焦油粘接問(wèn)題；采用熱管技術(shù)進(jìn)行換熱，既保證了換熱過(guò)程的高效、穩(wěn)定和連續(xù)，又保證了換熱表面溫度，防止高溫破壞不粘膜層；可以將荒煤氣溫度降到250℃以下，充分回收荒煤氣中的有效顯熱；采用前置噴嘴和后置噴嘴設(shè)計(jì)，可以有效清除粘接在壁面的粉塵和焦油，壁面換熱通道堵塞，同時(shí)保證進(jìn)入集氣管及化產(chǎn)工藝的穩(wěn)定；采用底部?jī)A角設(shè)計(jì)，可以保證焦油液滴順利流入集氣管，而不用增加額外動(dòng)力。四工業(yè)試驗(yàn)方案根據(jù)物料平衡和熱量平衡，按照荒煤氣入口溫度750℃，出口溫度250℃計(jì)算，預(yù)計(jì)可以回收利用的熱量為441770.5kJ/t干煤。五經(jīng)濟(jì)效益分析對(duì)于焦化企業(yè)，把荒煤氣溫度從750度降低到250度，采用新型納米換熱管焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)，可取的下經(jīng)濟(jì)效益：回收熱量。根據(jù)測(cè)算，噸干煤可以回收余熱熱量441770.5kJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤15kg，相當(dāng)于經(jīng)濟(jì)效益12元/t干煤；減少焦化廢水產(chǎn)生量。由于荒煤氣出口溫度降低，氨水噴量將減少50%左右，按照現(xiàn)在廢水處理成本8元/t干煤計(jì)算，可以降低處理成本4元/t干煤；對(duì)