炼焦荒煤气上升管显热回收换热过程动态特性

煤焦油结焦是制约炼焦荒煤气上升管显热回收换热器长期高效安全运行的主要因素。通过调控荒煤气及上升管管壁温度抑制煤焦油析出是防止结焦的有效措施。基于多孔介质非热平衡模型,建立了内嵌螺旋盘管及多孔填料的荒煤气显热回收套管换热器的一维非稳态热传递模型。结合炼焦周期内荒煤气流量与温度瞬时数据计算得到荒煤气、上升管管壁、填料层、熔融盐温度动态变化,分析了填料层热容、填料层有效导热系数及熔融盐流量对其动态变化的影响,并提出了有效控制荒煤气及上升管管壁温度的方法。结果表明：荒煤气中煤焦油析出及结焦主要发生在炼焦后期荒煤气流量减小时;填料层导热系数是上升管换热器设计时考虑的重要参数,增大填料层导热系数可显著提高余热回收效率,但会使荒煤气与上升管管壁温降增大,设计时应在保证焦油蒸汽不发生冷凝的前提下尽可能增大填料层导热系数;炼焦后期,通过切断熔融盐取热,并合理设计填料层导热系数、填料层热容及熔融盐入口温度等可实现上升管管壁温度调控,从而避免荒煤气中煤焦油析出及结焦。     

25Cr35NiNb合金表面Al-Si-Cr涂层抑制结焦性能

采用固体粉末包埋渗方法在25Cr35NiNb合金表面制备Al-Si-Cr涂层,通过乙烯裂解模拟装置中的结焦实验,对涂层抑制结焦性能进行分析评价。运用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法分析了涂层显微组织及结焦层形貌特征。结果表明,采用粉末包埋共渗可以得到厚度在130 mm左右的Al-Si-Cr涂层,涂层具有多层结构且组织致密,外层为富铝硅层,内层为富铬硅层;Al-Si-Cr涂层具有良好的抗结焦性能,可有效抑制催化结焦,抑制结焦率达72.5%。     

退役炉管内表面二氧化硅涂层的制备及抗结焦性能研究

采用常压化学气相沉积法在退役Fe-Cr-Ni炉管内表面制备了SiO2涂层,对其抗结焦性能进行了研究。运用扫描电子显微镜和能量色散谱仪分析了原始退役炉管及SiO2涂层的表面形貌和组织结构;考察了在乙烯裂解的工艺条件下SiO2涂层的抗结焦能力,并对其抗热冲击性能进行了研究。结果表明,所制备的涂层表面完整、粒子结合致密,结焦试验2 h的结焦抑制率为70.6%;涂层可以经受7次900℃高温水冷热冲击试验。采用常压化学气相沉积法在炉管内表面制备SiO2涂层是行之有效的抑制结焦的方法。     

延缓裂解炉管结焦和渗碳的涂层开发与工业考核（一）

减少裂解过程中结焦的关键是延缓催化结焦的形成,没有涂层的裂解炉管,其表面形成的氧化铬在裂解气氛中不能稳定存在,其延缓催化结焦能力很有限。开发了一种在裂解炉管内表面形成稳定的、具有抑制催化结焦和渗碳能力的涂层系统,并对其氧化性能、抑制结焦能力和抗渗碳能力进行了实验室研究。结果表明,涂层的恒温氧化动力学符合抛物线规律,氧化速率约为HK40钢的1／4;渗碳速率约为KHR45A钢渗碳速率的1／90;结焦速率约为KHR45A钢结焦速率的1／5—1／7。工业考核结果表明,涂层具有明显的延缓结焦和降低炉管外表面温度的效果,延长清焦周期21％以上,提高装置的处理能力约9％,大幅延长炉管的使用寿命,具有明显的节约原料、节约能源和增加产量的效果。     

延缓裂解炉管结焦和渗碳的涂层开发与工业考核（二）

减少裂解过程中结焦的关键是延缓催化结焦的形成,没有涂层的裂解炉管,其表面形成的氧化铬在裂解气氛中不能稳定存在,其延缓催化结焦能力很有限。开发了一种在裂解炉管内表面形成稳定的、具有抑制催化结焦和渗碳能力的涂层系统,并对其氧化性能、抑制结焦能力和抗渗碳能力进行了实验室研究。结果表明,涂层的恒温氧化动力学符合抛物线规律,氧化速率约为HK40钢的1／4;渗碳速率约为KHR45A钢渗碳速率的1／90;结焦速率约为KHR45A钢结焦速率的1／5—1／7。工业考核结果表明,涂层具有明显的延缓结焦和降低炉管外表面温度的效果,延长清焦周期21％以上,提高装置的处理能力约9％,大幅延长炉管的使用寿命,具有明显的节约原料、节约能源和增加产量的效果。     

裂解炉管涂层材料的制备及其作用机理的研究

以一种中间基石脑油和萘的混合烃为裂解原料。在连续流动的微反蒸汽裂解评价实验装置上，对裂解的辐射段高温部位结焦进行了研究。并且用测试挂片对铝涂层，铝硅涂层，铬涂层，铝铬复合层抑制结焦性能进行了综合分析。结果表明：铝硅涂层具有良好的抑制结焦的性能，在裂解温度的条件下。与空白实验相比，能降低结焦速率60%-80%。     

同心环形管强迫流动与传热实验研究

在高温高压沸腾二相流实验系统上,实验研究了窄缝为2.05 mm的同心环形管,在不同加热条件下水的流动阻力与传热特性。2种加热方式为单内管或单外管电加热,通过处理实验测量的管壁温度获得传热系数。得到了以下结果:层流向紊流转变的临界雷诺数为2 300;环形管内的流动阻力系数小于普通圆管,外管加热时的摩擦系数小于非加热条件时的数值;窄缝环形管内换热有一定强化,高于相同条件下的圆管内紊流换热;内外管同时加热时,相比仅外管加热而言,外管的换热得到了抑制;得到了环形管内流动摩擦阻力系数与传热系数的实验关联式。     

定热通量加热下微三角形槽道中滑移流动的换热特性

微三角形截面通道是现代工程实际应用中常涉及到的流动通道.针对微三角形槽道利用正交函数法求解了滑移流区内带温度跳跃边界条件的能量方程,对不可压缩气体在微三角形槽道内充分发展层流滑移流动的换热特性进行了理论分析,获得了轴向定热通量加热、周向均匀壁面温度条件下微三角形槽道内的温度分布和换热特性的分析解.计算结果表明：正交函数法适用于微三角形槽道内滑移流动换热特性的分析计算;在滑移流区,微三角形槽道内的平均Nusselt数随Knudsen数的增加而减小,其随高宽比变化的分布曲线随Knudsen数的增加而平行下移,Nusselt数比随Knudsen数的变化关系基本不受高宽比的影响.     

乙烯废锅抑焦新技术成功通过专家鉴定

<正>日前,华东理工大学和扬子石化联合开发的乙烯废锅抑制结焦技术开发与工业化应用技术成果通过了专家鉴定。该项目针对乙烯裂解炉废锅结焦问题开发的涂层技术目前正在乙烯企业积极推广。该项目取得了多项创新,发明了纳米颗粒强化复合镀渗层复合炉管制造新技术;开发了抑制结焦废锅换热管的工业化生产技术与成套设备;在国内外首次实现了用惰性金属涂层换热管制造的急冷废锅的工业化应用,并申请了一项发明专利。2017年以来,扬子石化联合华东理工大学针对乙烯裂解     

原苏联乙烯装置裂解炉抑制结焦方法

乙烯装置裂解炉在运行过程中,由于炉管内表面结焦,引起系统阻力增大、传热恶化、过热、渗碳、炉管材料腐蚀,从而严重影响生产。解决结焦问题的一个主要措施是,在反应区域内注入结焦抑制剂。有关抑制结焦作用机理的解释有各种各样:预防碳的产生;改变表面粘附特性;疏松和气化结焦层。     

重力径向偏心热管的温度特性

研制了不锈钢-水重力径向偏心热管,在70～100℃范围内实验研究了该热管的温度特性及其影响因素。当冷凝段处于自然对流时,较大充液率、上部控温方式和较低运行温度有利于提高冷凝段及蒸发段壁面温度的稳定性和均匀性;冷凝段内壁中心处的温度稳定性2 h内为±0.024℃,其中心段20 cm内温度均匀性为0.142℃。当采用强制对流冷却时,增大充液率、降低冷却能力可提高蒸发段平均温度,并改善蒸发段外壁面温度均匀性。此外,分析了热管通过相变换热及其热容来提高温度稳定性和均匀性的传热机理。此类热管在温度校准领域具有较好的应用前景。     

热管内部强化传热安全及寿命的研究

介绍了利用分流管结构强化碳钢－水热虹吸管内部传热的试验研究,不同充钠量下,高温钠热管中钠－水反应的试验研究和低合金钢－碱金属热虹吸管相容性及寿命的研究。在试验研究的基础上,又相继开发了一系列热管设备,如高含尘气体下的大型热管蒸汽发生器、燃煤高温热管热风炉以及高温高热流密度下的分离式热管取热器,从而反映了近年来热管技术研究开发的一些进展情况。     

煤沥青改性后流变性能的变化分析

为了探讨对苯二甲醛(TPA)对煤沥青改性后流变性能的变化,采用旋转黏度计测定了煤沥青及TPA改性的煤沥青的表观黏度,研究了表观黏度与温度的关系;采用示差扫描量热法研究了煤沥青和TPA改性的煤沥青的热行为。结果表明,TPA改性的煤沥青的黏度与温度的关系曲线呈现W型,在200℃～225℃处于低黏流区,表观黏度值200mPa.s～400mPa.s,可以作为浸渍剂煤沥青使用;TPA改性的煤沥青在高于225℃时,表观黏度值迅速上升;TPA改性的煤沥青在低黏度区域具有较低的活化能,这对煤沥青的浸渍工艺有益。     

间热径向流反应器料层厚度对煤热解特性的影响

考察了方形径向流固定床煤热解反应器中变化煤层厚度对料层升温速度及煤热解产物分布特性的影响。随着料层厚度增加,导致煤热解反应要求的时间增长,热解水和气的产率相应增加,焦油和半焦收率逐渐降低,但焦油中轻质组分(沸点低于360℃组分)含量呈升高趋势,半焦和煤气热值稍许降低。如,加热壁温度900℃、从45 mm至105 mm增加煤料层厚度时,焦油产率从7.17%(质量,下同)下降到6.26% (相对干基煤),但焦油中的轻焦油组分含量则从67%升至72.7%,半焦产率由80.0%降至77.0%,热解水和煤气产率分别由6.96%和5.91%增至8.85%和7.90%,煤气热值则由24348.5 kJ·m^-3下降至20649.2 kJ·m^-3。所得半焦的热值径向上由高温侧向低温侧逐渐降低,煤料层越厚、热值降幅越大,而相同煤料层厚度处与加热壁平行的同一轴向平面上的半焦热值基本相同。针对研究的反应器,气相热解产物在反应器内沿径向(横向)由高温料层区向低温料层区流动。在该过程中伴随着热解产物对远离加热壁的低温煤料的传热、热解生成重质组分的冷凝和在煤/半焦颗粒表面的吸附截留,进而在低温料层进一步升高温度时发生二次裂解等物理化学过程。反应器内煤层厚度越大,上述各种伴随的物化作用越显著,从而明显影响煤料层的升温及热解特性。     

蒸发段和冷凝段变化对重力热管性能的影响

以铜-水重力热管为对象,研究了热管蒸发段和冷凝段的长度及位置等应用条件改变对重力热管传热性能的影响,实验输入功率范围为40~160 W。对比不同应用条件下热管的蒸发段温度、当量热阻、蒸发段和冷凝段分别与绝热段之间温差的变化规律得出结论：蒸发段和冷凝段长度及位置的改变能够影响重力热管的传热性能。冷凝段适当下移能使热管热阻减小,冷凝段和绝热段温差降低,蒸发段温度降低,热管传热性能改善,而冷凝段长度减小会对传热性能产生不利影响;加热段适当向冷凝端方向移动有利于热管的传热性能提升,蒸发段长度的减小对热管传热产生不利影响,实际应用中应避免。     

复合中空热管两相流的观测及充液比对热管等温性的影响

为了解决工业中大量低品质烟气余热的回收利用和烟气酸露点腐蚀导致设备容易失效的工程问题,提出了一种复合中空热管传热元件,介绍了其结构及工作原理。采用可视化实验对管内气液两相流的传热传质机理进行了分析,同时,对不同充液比情况下管壁的等温性进行了实验研究。研究结果表明:在内管采用酒精炉加热、外管采用空气自然对流冷却的条件下,复合中空热管管内液池为核态沸腾换热,外管壁内侧是饱和蒸气层流膜状凝结;复合中空热管在外管壁温度30℃时,加热时间2 min之内就能正常快速启动工作;充液比33%时,复合中空热管的等温性好。实验研究结果为复合中空热管换热器的工程应用提供了基础。     

水管-热管复合式废热锅炉在硫酸生产中的应用

介绍了水管-热管复合式废热锅炉的结构和性能优势。水管-热管复合式废热锅炉在550～850℃高温区间采用水管换热面,在330～550℃低温区间采用热管换热面,在中、低压运行状况下,通过优化设计可保证水管换热面和热管换热面的管壁温度均高于烟气露点。目前水管-热管复合式废热锅炉已在秦皇岛双益磷化有限公司和青岛东方化工有限公司...     

折弯异型对铜-水热管传热性能影响的实验研究

为了研究异型对于热管性能的影响,对三支铜-水热管进行了实验研究。加热温度范围为50~90℃,冷却水流量范围为40~104 L/h,对比不同工况下的启动性能、等温性能,结果表明,异型管在加热温度较低时可能出现“温度滞后”现象,从而使启动时间显著增加;异型使得热管等温性能变差但仍在可接受的范围内。对不同应用条件下的最大传热功率、蒸发段传热热阻、整体热阻进行了研究,实验表明：加热温度较低时,异型对于最大传热功率及传热热阻的影响较大,当加热温度大于80℃时,异型管与直管之间最大传热功率的差值缩小到30%以内,且此时的传热热阻达到10^-2量级水平。     

不同充液率平板热管性能实验

搭建了平板热管测试实验台，对不同充液率下热管性能进行了实验研究，并以最佳充液率的热管为研究对象，分析了加热功率、冷却水温及冷却水流速对热管性能的影响。实验结果表明：充液率为20%和30%时热管在各加热功率下展现了良好的性能，最小热阻为0.18℃/W和0.19℃/W，热导率为8158W/(m·℃)和8540W/(m·℃)。由于沸腾换热滞后性，相较于功率增加，功率减少时热管性能更优，同等加热功率条件下蒸发段温度更低。功率增加和功率减少对热管蒸发段热阻影响较大，而冷凝段热阻几乎不受影响。当冷却水温为17℃和22℃时，热管蒸发段温度比冷却水温为7℃和12℃时蒸发段温度低2℃左右。相较于冷却水温22℃时，冷却水温为17℃时热管蒸发段温度能更快达到稳定值。冷却水流速影响蒸发段温度及达到稳定运行的时间，实验表明热管工作的最佳冷却水流速为5.81g/s。     

双面蒸发器环路热管的瞬态特性

环路热管是一种高效的两相热控装置,主要应用于航天航空热控和地面高热流电子器件的散热。现有的平板式环路热管只有一个面可以进行散热,一方面,不利的背向导热使得环路热管在低热负荷的条件下启动困难,另外,蒸发器的另一个面也存在散热的潜能。针对上述不足,提出了平板型甲醇-铜双面蒸发器环路热管。在重力辅助倾角为10°,热沉温度为0℃的条件下,对单面加热和双面加热的启动性能和变工况运行进行了实验研究。实验结果表明:该新型环路热管在单面加热和双面加热条件下,均可以成功启动和正常运行,且双面工况时的启动性能比单面更稳定、迅速;在加热面的温度不超过(90±2)℃的情况下,单面可以传递的最大热负荷为210 W,对应热流为21.8 W·cm^-2,而双面传递的最大热负荷为240 W;双面交替运行时,LHP能够快速从一个面转向另一个面运行,没有出现运行失败。