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我國的能源利用效率僅為33％，相比發(fā)達國家低約10％，單位產(chǎn)品的能耗與國際先進水平相比仍有較大差距。冶金、建材、化工等流程工業(yè)能耗大， 約占我國工業(yè)總能耗的70％，全球同業(yè)能耗的46％；且所含余能大，約占我國工業(yè)總能耗的48％。在這些流程工業(yè)中，煙氣余熱占其整體所含余能的35％，相當于3.4億噸標準煤，但我國工業(yè)煙氣余熱回收率僅為29%，比國外平均水平低15％~ 20％。
從鋼鐵行業(yè)長流程生產(chǎn)過程來看，幾乎每一道流程都涉及到高溫加熱的過程，每道工序都排放大量的高溫煙氣，特別是后面的加熱部分，都會涉及大量的高溫煙氣排放，如果能夠把這部分高溫煙氣的余熱回收過來，可以有效的降低鋼鐵行業(yè)整個長流程的能耗。
三維蜂巢連續(xù)蓄換熱余熱回收技術主要有三個特點：
（1）超大的比表面積，可實現(xiàn)極限的余熱回收，排煙溫度理論上可以達到五六十度。一般工程上煙氣里含有水分和硫氧化物、氮氧化物等污染物，如果排煙溫度低于露點，可能會把這些污染物凝結下來從而腐蝕設備，所以一般排煙溫度保持在140~150℃左右。三維蜂巢蓄換熱器極限余熱回收特性取決于蜂巢體的結構設計，采用不銹鋼金屬絲纖維纏成具有三維通孔的類黑體結構，比表面積能夠達到1800~2000㎡/m3左右，比常規(guī)的蓄熱式換熱器比表面積提高60% ~ 70%。
（2）通過對流和輻射的耦合實現(xiàn)連續(xù)換熱。常規(guī)的蓄熱式換熱器相當于是格子磚，雖然比表面積能達到700~800㎡/m3，但它的傳熱過程以對流為主，因為格子磚周圍都是墻壁，進去的熱量不能通過輻射的形式傳給換熱壁面，而是被鎖在墻壁里面，只能通過對流的方式來進行換熱。而三維蜂巢蓄換熱器是具有三維通孔的金屬蜂巢結構，它在三個方向都有很大的換熱面，從而具有超高的比表面積。煙氣和蜂巢之間先進行很強的對流換熱，蜂巢吸收到高溫煙氣的熱量之后又通過三維通孔以輻射的形式把這個熱量馬上輻射到了換熱表面上去。所以通過對流和輻射的偶合就可以實現(xiàn)高效的煙氣余熱回收。
圖一：三維蜂巢蓄換熱器連續(xù)續(xù)蓄換熱的機理
另外在對流和輻射耦合的基礎之上實現(xiàn)連續(xù)的蓄換熱，它的連續(xù)續(xù)蓄換熱功能主要應用于像轉爐或者其他經(jīng)常波動的場景，也適用于連續(xù)式的加熱爐溫度波動較大的場景。溫度熱負荷波動的來流通過三維蜂巢蓄換熱器之后，因為它具有連續(xù)蓄換熱和穩(wěn)溫的作用，所以回收的余熱可以連續(xù)的輸出，而且波動會非常的小。為有效的提高這部分余熱的再利用率，將疏松的蜂巢層集成到換熱管外面，高溫煙氣走管外，冷流體走管內(nèi)，把熱負荷波動的煙氣余熱變成連續(xù)的、波動小的、穩(wěn)定的余熱輸出。
（3）換熱器外表可集成一個不銹鋼金屬濾布來實現(xiàn)除塵和換熱的一體化。實際工程當中煙氣的成分是比較復雜的，不可避免的會含有粉塵，如果粉塵進到蜂巢里面會影響整個換熱器的傳熱過程，堵塞之后會降低它的傳熱效率。在蜂巢換熱器外表面加上一層致密的蜂巢層，就是非常薄的一個不銹鋼纖維濾布，它起到一個過濾的作用，把粉塵給擋在外面，不讓粉塵進到里面去污染蜂巢體。它的一個好處是只要不是特別黏的普通粉塵，它都具有自清灰的作用。傳統(tǒng)的布袋除塵器是需要進行反吹的，因為布袋的主要成分就是硅酸鋁、二氧化硅或者三氧化二鋁，跟粉塵的成分都是氧化物，這些相似相溶的氧化物容易相互吸引在一起，需要外力將其分開除掉。三維蜂巢蓄換熱器采用不銹鋼纖維絲制作而成，其實質就是金屬鐵單質，跟粉塵氧化物之間既不相似，也不相溶，所以從機理上來說它就不會粘結粉塵。不銹鋼濾布相當是一個低表面能的一種結構，如果粉塵集聚到不銹鋼濾布上多了之后，它會在重力的作用下整塊整塊的往下掉。所以在一定程度上只要粉塵不是特別的黏，它是具有自清灰作用的，不需要像布袋除塵器那樣進行反吹。
另外，對于三維蜂巢換熱器的阻力，主要包含兩部分：外層的不銹鋼纖維和內(nèi)層的蜂巢阻力。外層的不銹鋼纖維內(nèi)部雖然非常的細密，但因為它非常的薄，所以它的阻力非常小，在二三十帕左右；內(nèi)層的蜂巢是根據(jù)換熱能力來進行設計的，比如來流的煙氣量大，熱負荷大就需要設計的厚一點，它的阻力會大一點。如果設計的薄一點，阻力會小一點。一般來說的每單位米的蜂巢的阻力也就100帕左右。
實驗室研究成果：要回收高溫煙氣的余熱，如果冷卻介質用的是氣體介質，換熱管內(nèi)外都加三維蜂巢，蜂巢相當于是一個強化氣體側傳熱的元件，如果用水或者是用其他液體作為冷卻介質，換熱管里面就不用加三維蜂巢，只需在氣體測加三維蜂巢。實驗結果發(fā)現(xiàn)這種集成的管件（如圖三所示）跟普通光管相比，三維蜂巢管件煙氣出口溫度成反指數(shù)急劇下降，出口溫度可急劇下降到100℃以下，比常規(guī)光管的換熱能力強化了5~8倍左右。對于除塵效果來說，出口的粉塵濃度可以降到10mg/m3以下，達到超低排放的標準，粉塵的凈化效率高達99%以上。三維蜂巢管件的壓降大概是在3000帕左右。
圖二：三維蜂巢集成管件
中試實驗成果：在中試實驗裝置（如圖四所示）上自制高溫煙氣，入口煙氣溫度大概700多度，為保證水蒸氣和污染物不析出，煙氣出口溫度控制在150℃左右。中試實驗裝置煙氣余熱回收效率達到72%以上，回收效率相對比較高，在國內(nèi)達到領先的水平。
圖三：超大三維拓展表面蓄\\換熱耦合式煙氣凈化高效余熱回收中試裝置
圖四：中試實驗余熱回收率和除塵率
第三方測試的實驗成果：入口的煙氣溫度平均800.7℃，煙氣含塵濃度約2086~12459mg每立方米。經(jīng)過三維蜂巢除塵換熱之后，出口煙氣的粉塵濃度降到30mg以下，約 5~27mg/m3，余熱回收效率是72%，粉塵凈化率是99%。
圖五：第三方測試報告及專家審查意見
工程示范成果：山西太原太鋼建設一套三維蜂巢除塵換熱一體化示范性裝置，針對精煉爐的高溫高含塵煙氣進行余熱回收。精煉爐熱負荷波動很大，周期性運行，煙氣最高溫度為890℃，最高含塵量為74.7g/m3。經(jīng)過示范性裝置的除塵蓄換熱和穩(wěn)溫作用后，出口煙氣的粉塵濃度降到10mg/m3以下，凈化后煙氣平均含塵量為4.82mg/m3，總壓降的變化為2000帕以下，余熱回收效率為70%。
冶金，建材、化工等都屬于高耗能、高排放的行業(yè)，在能源密集型的高溫生產(chǎn)過程中燃料燃燒產(chǎn)生的絕大部分余熱都是通過煙氣所排放出去的。煙氣所排放的余熱相當于整個工業(yè)能耗的大約17%~20%左右，折合成標準煤約為3.4億噸/年，具有極大的回收價值。三維蜂巢換熱器具有極限化余熱回收、可連續(xù)蓄換熱和除塵一體化的特點，可廣泛應用于鋼鐵、建材、化工等各類加熱爐、豎爐、回轉窯、轉爐等典型窯爐高溫高含塵煙氣的余熱回收，在工業(yè)煙氣余熱回收領域具有巨大的潛力。