أنبوب التبادل الحراري SiC

في السنوات العشر الماضية، بسبب نقص الطاقة، تم تنفيذ المزيد من أعمال الحفاظ على الطاقة. تم تحسين أنواع مختلفة من الأفران المتقدمة الجديدة والموفرة للطاقة يومًا بعد يوم، كما أدى استخدام مواد عزل عالية الجودة مثل الألياف المقاومة للحرارة الجديدة إلى تقليل فقدان الحرارة للأفران بشكل كبير. وقد أدى استخدام أجهزة الاحتراق المتقدمة إلى تعزيز الاحتراق، وتقليل كمية الاحتراق غير الكامل، كما أن نسبة الهواء إلى الوقود تميل أيضًا إلى أن تكون معقولة. ومع ذلك، فإن تكنولوجيا تقليل فقدان حرارة العادم واستعادة الحرارة المهدرة لغاز المداخن لا تزال لا تتقدم بسرعة. يمكن لعدد كبير من المواقد ذات درجة الحرارة العالية في الصناعة أن تستنفد غاز المداخن حتى 1300 درجة، ويكون فقدان الطاقة الحرارية أمرًا خطيرًا. من أجل زيادة تحسين الكفاءة الحرارية لفرن التسخين وتحقيق الغرض من توفير الطاقة وتقليل الاستهلاك، فإن استعادة الحرارة المهدرة لغاز المداخن تعد أيضًا طريقة مهمة لتوفير الطاقة.

عادة ما تكون هناك طريقتان لاستعادة الحرارة المهدرة لغاز المداخن: إحداهما هي التسخين المسبق لقطعة العمل؛ والثاني هو تسخين الهواء للاحتراق. تتطلب قطع عمل التسخين المسبق لغاز المداخن حجمًا كبيرًا للتبادل الحراري، والذي غالبًا ما يكون محدودًا بموقع العمل (لا يمكن للأفران المتقطعة استخدام هذه الطريقة). يعد احتراق الهواء بالتسخين المسبق طريقة أفضل، ويتم تكوينه بشكل عام في فرن التسخين، ويمكنه أيضًا تعزيز الاحتراق، وتسريع معدل تسخين الفرن، وتحسين الأداء الحراري للفرن. وهذا لا يلبي متطلبات العملية فحسب، بل يحقق أيضًا تأثيرات شاملة لتوفير الطاقة في النهاية.

منذ خمسينيات القرن العشرين، استخدمت الصين أجهزة التسخين المسبق لتسخين الهواء في الأفران الصناعية، ومن بينها الأشكال الرئيسية هي الإشعاع الأنبوبي والأسطواني والمبادلات الحرارية لكتل ​​الحديد الزهر، لكن كفاءة التبادل منخفضة. في الثمانينيات، طورت الصين على التوالي الطائرات النفاثة والإشعاع النفاث والمبادلات الحرارية المركبة وغيرها من المبادلات الحرارية، وذلك بشكل أساسي لحل مشكلة استعادة الحرارة المهدرة في درجات الحرارة المتوسطة والمنخفضة. تم تحقيق نتائج مهمة في استعادة حرارة غاز المداخن المهدرة أقل من 100 درجة، كما تم تحسين كفاءة التبادل الحراري. ومع ذلك، في درجات الحرارة المرتفعة، لا تزال مادة المبادل الحراري محدودة، أو عمر الخدمة منخفض، أو يكون عبء عمل الصيانة كبيرًا أو التكلفة مرتفعة، مما يؤثر على الترويج والاستخدام.

معظم المبادلات الحرارية المستخدمة حاليًا هي مبادلات حرارية معدنية، والتي لا يمكن استخدامها إلا في درجات حرارة منخفضة. ولا يمكن استخدامها مباشرة عندما تكون درجة حرارة الغاز مرتفعة. يجب أن يتم تسلل كمية كبيرة من الهواء البارد، ويلزم توفير الحماية من درجات الحرارة المرتفعة، مثل مروحة التبريد ونظام التحكم. عند تسرب الهواء البارد، ستكون درجة حرارة استرداد المبادل الحراري منخفضة.

لقد تم تطوير المبادلات الحرارية الخزفية بشكل جيد في ظل قيود المبادلات الحرارية المعدنية لأنها حلت بشكل أفضل مشاكل مقاومة التآكل ومقاومة درجات الحرارة العالية وأصبحت أفضل مبادل حراري لاستعادة الحرارة المهدرة ذات درجات الحرارة العالية. بعد سنوات من ممارسة الإنتاج، ثبت أن المبادلات الحرارية الخزفية فعالة للغاية. مميزاتها الرئيسية هي: قوة عالية لدرجات الحرارة العالية، مقاومة جيدة للأكسدة ومقاومة الصدمات الحرارية. عمر خدمة طويل، صيانة منخفضة، أداء موثوق ومستقر، وسهولة التشغيل. وهو حاليًا أفضل جهاز لاستعادة حرارة غاز المداخن ذات درجة الحرارة العالية.

تم إدراج التكنولوجيا الجديدة للمبادلات الحرارية التي تستبدل المعدن بالسيراميك، والتي تم تطويرها ووضعها قيد الاستخدام لأول مرة، في برنامج الشعلة الوطني. تعمل هذه التقنية الجديدة على تحويل الهواء البارد المستخدم أصلاً في الأفران الصناعية إلى هواء ساخن، الأمر الذي لا يحسن كفاءة العمل فحسب، بل يوفر أيضًا الكثير من الطاقة. نظرًا لأن المبادلات الحرارية الخزفية هي أحد المعدات الرئيسية لتحسين استخدام الطاقة ولها نطاق واسع من الاستخدامات الصناعية، فإن آفاق الترويج لها وتطبيقها واعدة جدًا.

تتمتع المبادلات الحرارية الخزفية بالمزايا التالية:
(1) استخدام المبادلات الحرارية الخزفية مباشر وبسيط وسريع وفعال وصديق للبيئة وموفر للطاقة. لا حاجة إلى حماية من الهواء البارد أو درجة الحرارة العالية، وتكلفة الصيانة منخفضة، ولا يلزم تشغيل المبادل الحراري الخزفي. تنطبق على استعادة الحرارة المهدرة واستخدام الأفران الصناعية التي تعمل بالغاز في بيئات مختلفة، وخاصة حل المشكلة المتمثلة في أن الحرارة المهدرة لمختلف الأفران الصناعية ذات درجة الحرارة العالية مرتفعة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها؛
(2) تشترط الدولة أن تكون درجة حرارة المبادلات الحرارية الخزفية أكبر من أو تساوي 1000 درجة. نظرًا لأنه مقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة، فيمكن وضعه في المناطق ذات الحرارة المرتفعة. كلما ارتفعت درجة الحرارة، كان تأثير التبادل الحراري أفضل وتوفير الطاقة أكثر؛
(3) استبدال المبادلات الحرارية المعدنية في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة؛
(4) حل مشاكل التبادل الحراري ومقاومة التآكل في الصناعة الكيميائية؛
(5) تتمتع المبادلات الحرارية الخزفية بقدرة قوية على التكيف، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، وقوة درجات الحرارة العالية، ومقاومة الأكسدة الجيدة، ومقاومة الصدمات الحرارية المستقرة، وعمر الخدمة الطويل.

تستخدم المبادلات الحرارية الخزفية على نطاق واسع في أفران التسخين المختلفة وأفران الهواء الساخن وأفران المعالجة الحرارية وأفران التكسير والمحامص وأفران الصهر وأفران النقع وغلايات النفط والغاز والأفران الأخرى في الفولاذ والآلات ومواد البناء والبتروكيماويات وغير ذلك. صهر المعادن الحديدية وغيرها من الصناعات. تستخدم هذه التقنية جهازًا عكسيًا لامتصاص الحرارة وإطلاقها بالتناوب في غرفتي تخزين الحرارة لتحقيق أقصى قدر من استرداد حرارة غاز المداخن، ثم تسخين هواء الاحتراق والغاز إلى ما يزيد عن 1000 درجة. حتى أنواع الوقود الرديئة ذات القيمة الحرارية المنخفضة (مثل غاز الفرن العالي) يمكن أن تحقق اشتعالًا مستقرًا واحتراقًا فعالاً، مما يمكن أن يوفر 40-70% من الوقود. يتم زيادة الإنتاج بأكثر من 15%، ويتم تقليل فقدان الأكسدة والاحتراق لقضبان الصلب بأكثر من 40%، وانبعاث أكاسيد النيتروجين أقل من 100 جزء في المليون، ودرجة حرارة انبعاث غاز المداخن أقل من 160 درجة، مما يقلل بشكل كبير تأثير الاحتباس الحراري للأرض.

تتميز المبادلات الحرارية الشائعة المصنوعة من الكوردييريت والموليت والألومينا العالية وأحجار فحم الكوك وغيرها من المواد بموصلية حرارية ضعيفة وأداء ضعيف في نقل الحرارة. لقد تم تطوير المبادلات الحرارية الخزفية من كربيد السيليكون بشكل جيد في ظل قيود المبادلات الحرارية المعدنية. السبب الرئيسي هو أنه بالإضافة إلى المزايا المشتركة للمبادلات الحرارية الخزفية مثل مقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، وقوة درجات الحرارة العالية، ومقاومة الأكسدة، ومقاومة الصدمات الحرارية الجيدة، والعمر الطويل، والأداء المستقر والموثوق، وما إلى ذلك، فقد تعد الموصلية الحرارية الجيدة والخواص الميكانيكية لدرجات الحرارة العالية (القوة، ومقاومة الزحف، وما إلى ذلك) هي الأفضل بين المواد الخزفية المعروفة، مما يجعلها أفضل مبادل حراري لاستعادة الحرارة المهدرة ذات درجات الحرارة العالية.

يمكن استخدام المبادلات الحرارية الخزفية من كربيد السيليكون على نطاق واسع في أفران التسخين المختلفة وأفران الهواء الساخن وأفران المعالجة الحرارية وأفران التكسير والمحامص وأفران الصهر وأفران النقع وغلايات النفط والغاز والأفران الأخرى في الفولاذ والآلات ومواد البناء والبتروكيماويات وصهر المعادن غير الحديدية وغيرها من الصناعات. طريقة استخدامه مباشرة وبسيطة وسريعة وفعالة وموفرة للطاقة (معدل توفير الطاقة 25 ~ 45٪)، وصديقة للبيئة، وعمر الخدمة الخاص بها يبلغ عشرات المرات عمر المبادلات الحرارية المعدنية في نفس الوضع، مما لا يقلل فقط من تكاليف للشركات، ولكنه يوفر أيضًا الطاقة للبلاد.