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燃气应用的新发展

时间:2007-1-27栏目:化学化工论文

1燃气红外辐射加热技术

1.1引言

红外辐射,俗称红外线,是一种电磁波。它和可见光、紫外线、x射线以及微波、无线电一样既具有波动性又具有粒子性,传播速度约为3x108米/秒,可以在真空中传播,也可以在介质中传播,具有直射、折射、反射、干涉、衍射等物理现象。它们之间的区别仅在于波长(或频率)不同。可见光的波长范围约为0.38—0.75微米,红外辐射的波长范围约为0.75—1000微米,波长大于1000微米的为微波和无线电电波。通过三棱镜可以把可见光分成为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红七种颜色,而红外辐射的波长比红光的波长还长,即在光谱的红色端以外,所以称之为红外线,人们的视觉感觉不到它。

燃气与其燃烧所需的空气全部预混以后,在一定条件下进行无焰燃烧,可以直接产生红外辐射用于各种加热过程。

燃气红外加热技术在工业和民用燃烧设备中得到了广泛的应用。实践证明它比传统的对流加热具有投资省、启动快、效率高、污染少等优点。经过特殊设计的红外辐射器还能够发射出波长较长的远红外辐射,对某些物体更有效地加热,进一步节约能源。

常用的燃气辐射器有金属网辐射器和多孔陶瓷板辐射器两种。目前国际上大力发展各种优质多孔陶瓷板燃气辐射器,它具有燃烧均匀、辐射波波长较长和不易回火等优点。同济大学燃气红外研究所采用一种全新的干法成型工艺,研究成功了x型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器。

1.2X型多孔陶瓷板燃气辐射器的研究

X型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器有以下主要结构特点:

(1)具有高发射率表面层

多孔陶瓷板燃气辐射器在正常工作时其表面温度为800—850oC,在这种温度下其主要的辐射能量波长为2—6微米。然而,普通陶瓷在这一波段内的发射率却是很低的(见图2,c)。为了提高辐射器的辐射能力,我们研究了一种高发射率材料,作为复合层多孔陶瓷板的表面层。它具有广谱高发射率的特点(见图2,b),从而弥了陶瓷的缺点,使辐射能力提高。X型复合层多孔陶瓷板采用干压法成型工艺,基板和表面层在模具中一次压成,人窑后一起烧结,结合牢固不会脱落。与热压铸成型法相比,干压法不需要石蜡和制蜡饼工序,不需埋烧脱蜡过程,缩短了烧成周期,并大大提高了窑位的利用率。据估算,用新的干压法工艺制造多孔陶瓷板,其原材料、辅助材料和能源的消耗约为热压铸法工艺的1/2左右。

(2)机械强度和抗热震性能较好

通过对基板材料配方、粉体制备与烧结工艺等反复研究和改进,提高了多孔陶瓷板的械械强度。又由于降低了热膨胀系数,其抗热震性能较好,能长期承受冷、热急变而不破坏。

表1所示多孔陶瓷板的物理性能。从表中可以看出,用干压法成型的多孔陶瓷板密度较低,而抗折强度和热膨胀系数都优于国外同类产品的指标.

(3)燃烧稳定性和燃烧完全度好

对X型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器(新型辐射器)和市售的多孔陶瓷板燃气辐射器的极限热强度进行测试,其结果列于表2。从表中可见x型复合层多孔陶瓷板燃气辐射器的极限热强度较高,也即燃烧的稳定范围较大。

燃烧完全度可用烟气中一氧化碳的浓度来衡量。对复合层多孔陶瓷板进行燃烧试验,其结果列于表3.将烟气中一氧化碳Co的浓度(表示换算到a=1的一氧化碳浓度)和多孔陶瓷板的表面温度to(oC)绘成曲线表示于图3,可以看出,额定负荷下(11kcal/cm2·h)烟气中Co低于40pPm;当热负荷在额定值的+20%范围内波动时,C0在100pPm以下。总的来说,一氧化碳排放量是很低的。

从以上研究和试验结果表明,X型复合层多孔陶瓷板机械强度较高,而热膨胀系数较小,因此使用性能好。用它做成的x型多孔陶瓷板燃气辐射器燃烧稳定,排烟中的C0含量较普通燃烧器大为降低,是一种清洁的绿色燃烧装置。

1.3多孔陶瓷板燃气辐射器的应用

燃气红外辐射器在各种干燥工艺上得到了广泛的应用。实践已经证明,燃气红外辐射器发出的辐射波长较长,使一些被加热的物容易吸收,因此已在许多工艺中得到采用,如:

1、纺织、印染工业中的脱水和树脂等浸渍物的干燥;

2、油漆、油墨或涂层的烘干;

3、蓄电池的铅板的预烘;

4、陶瓷生产的烘干过程;

5、石棉石棉水泥瓦的烘干;

6、纸张和胶合板的干燥;

7、其它。

除了工业干燥以外,红外辐射器用于食品烘焙也是非常合适的。许多食品采用燃气红外辐射烘烤不仅可以加快烘烤速度,而且色、香、味都比较好。因此现代的家用灶和商业灶里,安装了各式各样的燃气红外辐射器。

燃气红外辐射器也广泛用于大空间采暖。辐射采暖不必加热室内空气,热量直接被墙壁、天花板、地板等固体表面吸收,人在采暖房间里得到了取暖器和四周维护物的辐射,感觉比较舒适。此时室内空气可以比对流采暖时低5—10oC,大大节约了热能,而燃气辐射采暖的初投资和运行费用比对流采暖系统低得多。

下面以上海灯芯绒厂印染车间予烘工段采用天然气辐射器的实例分析其合理性。

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