辐射传热过程节能概述

第页化工过程节能原理与技术大作业——辐射传热过程节能方法概述摘要传热在石油化工行业所占比例很大，有很多传热以辐射传热为主，对辐射传热，可以通过炉内装强辐射元件、炉内衬喷涂辐射涂料、在辐射室装反射板、优化改造加热炉等使辐射传热过程得以节能。其中喷涂辐射涂料以其不改变原本加热炉的结构，操作起来较为方便，且节能效果好，得到了较多的使用。关键词:辐射传热；加热炉；节能

第1章辐射传热简介随着对传热过程这一客观规律认识的深化和加工制造技术的进步，人们已能研制开发出各式各样的换热元件，并在工程实践中取代传统的换热设备而获得了省材节能的双重效果。物体在向外发射辐射能的同时，也会不断地吸收周围其它物体发射的辐射能，并将其重新转变为热能，这种物体间相互发射辐射能和吸收辐射能的传热过程称为辐射传热。研究热辐射规律，对于炉内传热的合理设计十分重要，对于高温炉操作工的劳动保护也有积极意义。当某系统需要保温时，即使此系统的温度不高，辐射传热的影响也不能忽视。如保温瓶胆镀银，就是为了减少由辐射传热造成的热损失。在石油化工行业中，加热炉是运用较广泛的设备，在炼油生产中主要能耗产生在加热炉中。以常压装置为例，其能耗占到全装置综合能耗75%左右，因此提高加热炉效率，降低燃料消耗，实现节能便具有重要的意义。加热炉内最主要的传热方式是辐射传热，其节能技术的研究发展也主要围绕辐射传热的理论与特点展开。接下来便对换热炉中进行节能的方法进行简单的讨论。

第2章节能方法简介2.1加热炉内装强辐射原件在工业加热炉中，传统的节能方式以加热炉合理选择炉墙材料，比如用轻质砖代替重质砖，在炉膛内壁贴耐火纤维等方式，来实现减少蓄热和散热损失，这些措施起到一定的作用。但其目的都只是将热量积聚在了炉膛里，并没有解决热射线是否集中到达加热体的本质问题，使得发热体发出的热量到达加热体的仍然比较少，效率仍较低。针对这样的缺点，学者研发了一种加热炉窑“黑体强化辐射传热”高效节能技术，并沿用至今。它是根据红外物理的黑体理论及加热炉辐射传热数学模型制成集“增大炉膛传热面积、提高炉膛发射率和增加辐照度”三项功能于一体的工业标准黑体（黑体元件），将众多的黑体元件安装于炉膛内壁适当部位，既增大传热面积，又提高炉膛的发射率达0.95（1002℃），并且基本不老化，更能对炉膛内的热射线进行有效的调控，使之从漫射的无序状态调控到有序，直接射向被加热物，提高热射线的到位率，强化辐射传热，取得显著的节能效果。黑体技术的核心是黑体元件，黑体元件是将物理学中“绝对黑体”的概念加以技术化形成的工业标准黑体，将黑体元件成功地应用于炉膛中,与炉壁共同构成红外加热系统。该技术广泛适用于冶金、机械、石化、陶瓷、玻璃等行业的燃气、燃油、燃煤或电热等各型中、高温加热炉窑，目前主要应用于机械热处理炉、轧钢加热炉、乙烯裂解炉并将逐渐推广至建筑陶瓷、玻璃行业。2.2炉内衬喷涂辐射材料在大多数锅炉、加热炉中，辐射室炉墙衬里采用的都是耐火材料，但随着运行周期的延长，炉管积灰日益严重，导致传热率下降。节能涂料利用远红外辐射原理,将涂料喷涂在各种高温窑炉的耐火材料表面,提高光谱发射率,增强炉膛换热,可实现节能5%~10%的节能效果。它具有保护炉衬表面、延长炉子使用寿命、提高炉子热效率,缩短烘炉时间、提高被加热件的加热速度和炉子作业率等特点。高温远红外辐射涂料工业上的窑炉、炉膛、锅炉、高炉，通常燃烧工作温度在1000℃以上，炉体结构材料主要是各种耐火材料如高砖砖、粘土砖、浇注料、陶瓷纤维等，它们既是炉体的结构材料，又是保温隔热材料，还参与辐射热交换过程，它们的热辐射性能和保温性能决定了窑炉的热效率，这样使单一的材料很难达到牢固结构性、高保温性和高辐射增热性能要求。通过选择喷涂远红外辐射涂料，可以提高高温下传热的保温性能。高温远红外辐射涂料，安全无污染、节能效果显著且耐高温、化学稳定性优良、耐各种气氛腐蚀，有着优良的热辐射性能、辐射强度和高置换率，抗冲刷性能良好，充分保护炉衬表面，高温下保持表面平整、光滑。一般这样的材料配方对企业都属于保密信息，不过大致是由耐火粉料、过渡金属氧化物、增黑剂、烧结剂和悬浮剂等组成的黏稠悬浮流体，喷刷在工业炉窑内壁上，形成0.3～0.5mm的涂层，起到高保温性的作用。试验表明二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铁(Fe2O3)、三氧化二铬(Cr2O3)、二氧化硅(SiO2)是用来制作高温远红外辐射涂料的好原料通过特殊的加工，便可以用于加热炉的涂料保温。高辐射陶瓷材料陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。此外其还有很好的红外辐射性能，并且属于环保型绿色材料，拥有广阔的市场前景。高辐射陶瓷涂料能较大幅度的增加炉墙的辐射系数，节能效果明显，不需要对加热炉原来的结构形式做任何的改变，实施方便，对于任何能进行喷涂辐射涂料的加热炉都能运用，范围较广。该技术运用到实际中可使炉膛温度降低100℃左右，加热炉效率显著提高。有学者以分析纯的氧化铁、氧化钴、氧化铜、碳酸锰、氧化铋、碳酸镁粉末和粒度≤0.1mm的工业纯的滑石和高岭土等为原料，采用高温固相法合成尖晶石型铁氧体和堇青石粉体，通过二者复合制备了过渡金属氧化物固溶于堇青石结构的高辐射率红外陶瓷材料，具有优秀的保温性能。2.3辐射室装反射板辐射室出口的烟气因辐射传热温度较高，直接流出带走了相当部分的热量，使辐射室的热效率较低。若能增加辐射室吸收的热量，则整个加热炉的效率就会提高，进而可以减少燃料的消耗，实现节能。针对于此，有学者提出了在辐射室内出口处安装反射板，在烟气流出辐射室之前，让其先进行回流，增加烟气在室内的停留时间用以节能。这种在辐射室内加装新型反射板的方式，起到了一定的节能效果，并且操作起来也比较方便，不需要在加热炉中做过多的改动，只需要将反射板安装在炉膛内，另外反射板的结构设计也较简单。

第3章总结我们知道对于辐射传热来言，工业加热炉是典型传热方式，并且在石油化工行业中广泛使用。在简单介绍了辐射传热过程节能方法后，对于其研究的重点与发展趋势总结如下。（1）加强研究炉内强辐射元件安装位置的普适性;（2）着力提高改善高温辐射涂料的合成技术以及材料产品质量，提高材料使用周期；（3）降低高辐射陶瓷材料的生产成本以及扩大其应用范围；（4）对添加反射板的工艺进行改进加强，降低成本。

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