开放式热管中温太阳能空气集热装置的试验研究

设计一种使用简化CPC(非追踪式复合抛物线聚光板)集热板和新型开放式热管组合的全真空玻璃集热管中温太阳能空气集热装置。每个集热单元包括一个简化CPC集热板,一根全真空玻璃集热管,在玻璃集热管内安装一个铜管和外部的一个蒸汽包连接构成一个开放式热管结构。蒸汽包内安装螺旋换热管加热通过换热管的流动空气工质。分别使用水和CuO纳米流体作为热管工质,以空气作为集热工质,对热管式中温空气集热器的传热特性进行了实验研究。分析了不同工作压力、不同工质及纳米流体质量分数对热管集热传热特性的影响,详细比较了热管水工质和纳米流体工质在集热传热性能上的优劣。试验结果表明:本系统只使用2根玻璃集热管构成集热器,空气最大出口温度在夏天可达到200℃,在冬天可接近160℃,系统平均集热效率达到0.4以上,整个系统表现了良好的中温集热特性。以纳米流体为工质的热管热阻比以水为工质时平均降低了20%左右     

专利信息

<正>一种等曲率非对称U型管太阳能集热器专利申请号:2012205162761公开号:CN202915583U申请人:淄博桑贝斯太阳能设备科技有限公司本实用新型为一种等曲率非对称U型管太阳能集热器。它包括多个真空集热管、盘管、密封箱以及支架,其特征为:真空集热管的一端经过密封圈固定在密封箱内,另一端插入尼龙固尾盒,尼龙固尾盒固定在支架上;所述盘管穿过密封箱,并插入真空集热管内,盘管的起始端和末尾端分别穿过固定在密封箱两端的金属端盖的内孔;在盘管的末尾端还连接有负压通气阀。盘管为蛇形,包括起始端、末尾端和U型管,起始端和末尾端分别设置于盘管     

WZ002736～002752

WZ 002736 电塑性轧制中料坯加热过程的研究——《Сталь》,1999,No.11,69～71(俄) 　　用电流加热且在一个轧机机架中实现塑性变形的称电塑性轧制。此时,采用电接触(直接)加热,加热的数学模型在大多数情况下可以忽略料坯的导热性。然而在料坯运动速度较小的电塑性轧制中,料坯的导热性会对电加热有显著的影响。因此,该轧制过程中加热数学模型应该估计到料坯的导热性。文中构造了该过程的数学模型。利用本文所提出的数学模型可以计算沿料坯长度方向上的温度分布。文中举例进行了计算。计算结果表明,提高轧制速度会降低料坯进入变形区之前的温度,并且会提高变形区中通过料坯的电流密度。此外,提高轧制速度将明显增加电流密度分布的不均匀性。在较高速度轧制下,电流密度的最大值位于变形区的初始段。图3参3 ［郭伯伟摘］ WZ 002737 煤气和重油燃烧过程质量控制参数的选择——《Энергетика,Известия　ВУЗ》,1999,No.5,64～70(俄) 　　为了以最小的空气过剩系数组织燃烧过程,在工业中可用烟气中O2、CO2和CO的浓度作为燃烧过程质量控制参数。CO2的浓度是一个不很敏感的参数,且当存在不完全燃烧情况下,CO2的浓度值与空气过剩系数的关系不具有单一性。烟气中自由氧的浓度与燃烧室吸风量有关,从而可造成燃烧控制参数的错觉。CO的浓度值与空气过剩系数的关系很敏感,但须注意,当CO=0时,烟气中仍可能存在H2,因此控制时应以CO+H2的浓度为准。此外,还应估计到周围介质的温度、压力等条件的影响。图3表4参6 ［郭伯伟摘］ WZ 002738 使电弧炉运行最佳的计算机软件——《Steel Times》,1998,V226,No.3,96～98(英) 　　介绍了一组使电弧炉各期均运行在最佳状态的计算机软件程序。它在不同的冶炼期,能自动地改变弧流和弧压的工作点,以及串联电抗器的抽头。在电极穿井期,电弧被炉料包围、热能辐射炉料,此时程序给出长弧作业。在主熔化期,运行电抗减小,多种能源利用,程序自动降低电炉变压器电压等级。在钢液升温期,电弧被泡沫渣包围,渣量决定能源利用率,选择更低电压抽头。程序确定了最佳弧长。采用此组软件后,吨钢电耗由423.4 kW*h/t降至364.7 kW*h/t ［花　皑摘］WZ 002739高温炉中碳化硅陶瓷制品的应用——《Сталь》,2000,No.2,58～59(俄) 　　高温炉气中许多部件是在高温条件下工作,如多段式燃烧的燃烧室、脉冲燃烧器、辐射管等。在这些条件下,最合理的方案是将这些部件改为陶瓷制品。燃烧位置的陶瓷部件,其性能在很多方面应接近于金属部件,例如,导热系数要小,线膨胀系数应尽可能小,在经济上要合算等。碳化硅适合做这种部件,而且已广泛应用于燃烧装置上,可用于2 200 ℃高温,在氧化性气氛、还原性气氛和中性气氛中均可采用。制造厂可以制造出任何形状的制品,直径最大可达2 000 mm,高度达4 000 mm,重量达2 500～3 000 kg。文中举出的一种材料性能为：密度3.08～2.95 g/cm3;气孔率＜1.5%;硬度(HRC)＞90;比热容(20 ℃)800 J/(kg*℃);导热系数,30 ℃时为82～180,1 400 ℃时为34 W/(m*℃);热膨胀系数(4.1～4.3)×10-6 1/℃;最高工作温度,在空气中1 350 ℃,在惰性气氛中2 200 ℃。 　　 ［郭伯伟摘］ WZ 002740 热处理炉保护气氛碳势的计算——《Известия　ВУЗ　Черная　Металлургия》,1999,No.6,53～57(俄) 　　在炉内工件热处理的工艺过程中常采用保护气体,对其成分的控制取决于炉子的温度制度和金属成分。当金属表面存在脱碳问题时,则要求保护气氛具有一定的碳势值。本文提出了热处理炉可控气氛的碳势值计算方法,以选定碳势值,保证在给定的热处理工艺条件下碳能均匀地到达金属表面。观察表明,钢料退火炉中采用的气氛一般含有水蒸汽和二氧化碳气体。减少脱碳和提高碳势的最常用的措施是加入天然气(甲烷)。文中根据化学平衡原理推导出碳势的计算公式为 　　［C］=(3)/(αKpX+0.59) 式中：Kp为反应式CO2+H2CO+H2O的平衡常数;α为估计碳的饱和溶解度的系数,其值为 　　α=(3-0.59［C］n)/(［C］n) 其中,［C］n为碳在奥氏体中的溶解度;X为估计到气氛的成分和天然气加入量｛CH4｝g的综合值,即 X=((H2+2CO2+3H2O)2)/(［100+｛CH4｝g+2CO2+H2O］［｛CH4｝g-CO2-H2O］) 文中按上述公式在计算机上进行计算,并将计算结果绘出计算曲线,表明不同的CH4加入量情况下,碳势与气氛成分及温度的关系。图2参3。 　　 ［郭伯伟摘］ WZ 002741 火力热工装置外表面绝热保温效果的分析——《Промышленная　Энергетика》,1999,No.11,35～38(俄) 　　研究了降低热工装置向周围散热损失的途径。通过对各种评价热损失方法的分析,认为对评价方法进一步完善的可能性是引入一个有效利用系数η的概念,它表示未绝热时最大可能的热损失量与有绝热时的热损失之间的相对差值,即 　　η=(q0-q)/q0=1-(q)/(q0) 式中：q0和q分别表示未绝热和有绝热时的热损失量,W/m2。文中展开推导了计算公式,包括炉气对热工设备内表面的对流和辐射传热系数,以及外表面对大气的对流给热系数,并最终可计算出η。在计算中可以忽略炉气对内表面的对流给热,文中对此项忽略进行了分析评估。计算结果表明,如果只估计对内表面的辐射传热而忽略对流传热,外表面保温的技术经济效果的计算值将偏小。图3参7 　　 ［郭伯伟摘］ WZ 002742 可同时加热几种介质的热交换器——《Газовая　Промышленность》,1999,No.12,50～52(俄) 　　通常利用高温烟气加热几种介质时多采用单独的热交换装置分别进行加热,这将增加用地面积,且有时会使加热系统复杂化。本文设计的组装式多级热交换器,可以克服上述缺点。该种余热利用热交换器可用来同时加热水(可几种水温)、空气和压缩空气,等。第1级用来加热水,水温可达90～95 ℃。第2级和第3级为空气预热器,用来加热燃烧用的空气,空气温度可达300～350 ℃,第4级用来预热压缩空气,可由20 ℃预热至150 ℃,从而可使压缩空气消耗量降低30%。第5级也是加热水,可用于采暖和其他热水需求。在某锻造车间安装的多级热交换器性能为：燃烧产物流量4 000 m3/h;燃烧产物温度,入口1 100～1 200 ℃,出口70 ℃;热量利用系数96%～98%;热交换器尺寸为1.5 m×1.5 m×6.4 m。图3参3 　　 ［郭伯伟摘］WZ 002743 在富氧空气煤气燃烧过程中氧化氮的排放——《Сталь》,2000,No.3,82～84(俄) 　　当煤气在富氧空气中燃烧时,一方面由于炉内加热时间的缩短可减少向大气中的氧化氮排放量,而另一方面由于氧浓度的增加会导致氧化氮生成量的增加。因此,需要对富氧的效果进行综合评价,根据化学平衡计算,在1 600～2 000 K的范围内,当空气富氧浓度由21%增加到40%时。燃烧产物中NO的浓度增加不超过10%。但在炉子中的实测结果表明,NOX的排放总量明显增加。对于具体的炉子,NOX的排放量不仅与温度和炉内气氛有关,而且与许多结构方面和热工制度方面的因素有关。图3表1参3 　　 ［郭伯伟摘］ WZ 002744 加热炉热工参数之间的关系——《Кузнечно-штамповочное　Производство》,1999,No.10,38～40(俄) 　　加热炉工作最重要的无因次特性参数为炉温系数ηиир、燃料利用系数ηит、炉了总有效利用系数η和炉子热量有效利用系数ηт。文中根据文献写出了各系数之间的关系为 　　η=(1+Kф)ηт=(1+Kф)/(1+Kпот)ηи.т=(1+Kф)/(1+Kпот)(1-ηиир) 式中：Kф=Qф/Qт,Qф为空气和燃料预热带入的物理热;Qт为燃料发热量。文中根据计算做出了图表,并分析了各因素的地位及相互作用。可以看出,基本的热工参数η和ηт与ηи,т成正比,而与ηпир成线性关系,ηпир越小,ηт和η越大。因此,炉子设计应力求减小炉温系数,以提高有效利用系数和节约燃料。图2表1参6 　　 ［郭伯伟摘］ WZ 002745 轧钢生产用加热炉不稳定工作条件下提高燃料利用效率的途径——《Металлургическая　и　Горнорудная　Промышленность》,2000,No.1,93～97(俄) 　　对各种形式加热炉的分析表明,它们的工作制度是不稳定的。引起工作不稳定的原因有客观上的,也有生产组织主观上的因素。这种不稳定性的工作制度对能源利用水平有显著的影响,因此在炉子设计与操作上均应予以估计。现有炉子设计,包括余热利用系统,均是按炉子最大生产率设计的。分析了当炉子生产率变化时对各种余热利用方法的效率。现代炉子烟气余热的利用方法主要有3种,即：预热料坯、预热燃烧用的空气和采用余热锅炉。计算分析表明,当炉子工作不稳定时(如间断工作待轧),采用预热料坯的方法,其余热利用效率将大为降低。而当预热空气时,不论是炉子正常工作,或是炉子空烧,燃料消耗量均将降低,余热利用效果比预热料坯好得多。余热锅炉的废热利用率是比较高的,但当炉子有停炉时,蒸汽生产不稳定,从而使蒸汽的利用效率大为降低。因此,当存在炉子不稳定工作条件时,烟气余热利用方法的唯一正确选择是预热空气。但是,空气预热装置的热量回收率必须提高。目前,余热锅炉的热回收率是0.7,而换热器仅为0.3～0.5,为了提高预热空气的余热回收率,可以采用蓄热式热交换器,其烟气热量的回收率可达0.95。前苏联科学院高温研究所曾研制了高温空气蓄热式预热器,可将空气加热至1 500～2 000 ℃。各国的蓄热式预热器的热量回收率大多在0.8～0.9。但若估计到蓄热室中有15%的漏气率,故实际的热量回收率约为0.7,接近于余热锅炉的热量利用率。由乌克兰科学院煤气研究所和民族冶金大学研制的蓄热式烧嘴已在一些冶金厂应用。图2表1参8 　　 ［郭伯伟摘］WZ 002746 新一代热处理用真空炉——《Металловедение и Термическая Обработка Металлов》,2000,No.1,22～27(俄) 　　研究了利用真空热处理工艺提高机械零部件工作性能和可靠性的可能性,重点介绍了波兰一家工厂推出的最新一代的真空炉。在该炉中工件加热后可以用高压0.6 MPa的惰性气体气流进行淬火。气体的循环是靠一台涡轮式空气压缩机,将气体由上向下通过一个气流分布装置喷向工件;工件被冷却,而受热的气体将经过冷却器得到降温,然后循环使用。研究结果表明,应用该新一代的真空炉,可以缩短热处理工艺周期的时间,提高断面加热的均匀性,且可减小工件的热应力。在工件冷却阶段,采用高压气体通过多缝隙冷却装置进行冷却,可以扩大处理钢件的品种范围,并可实现等温淬火。在该真空炉中进行处理,实际上避免了淬火裂纹的出现,淬火时变形最小,且可实现等温淬火时各种复杂工件的冷却自动控制。图4表4参12 ［郭伯伟摘］ WZ 002747 德国EWK公司在130 t电弧炉上安装智能式电极控制系统——《MPT International》,1999,V23,No.6,19(英) 　　德国EWK公司最近在其Witten钢厂的130 t电弧炉上安装了一套由法国SPIE公司制造的神经网络支持的智能式电极控制系统。该系统能够始终保持输入炉中的有功功率为最佳值。该套系统特别适宜用来冶炼不锈钢。该设备特性是可靠性高、节省运行成本：熔炼每吨钢节电20 kW*h,节省电极0.1 kg。其特殊功能是能够分析、判断和跟踪校正进入炉子控制环的各项机械参数。例如,由立柱导轨轴承磨损引起的零点特性的任何变化都能被检测出并被补偿。 　　 ［花　皑摘］WZ 002748 应用触媒催化法使烃(碳氢化合物)煤气氧化而获取热量——《Теплоэнерrетика》,2000,No.1,18～22(俄) 　　现有获取热能的主要方法是在燃烧室中将有机燃料燃烧,燃烧时的温度高达1 700 ℃。为了实现燃料在环保方面清洁燃烧,必须把温度降到850～900 ℃,这对于应用通常方法完成气体燃料的均相燃烧过程来说,是无法实现的。提出的催化法与传统的燃烧方法相比有以下优越性：燃烧效率高;不产生对人体健康有害的CO和NOX气体;煤气与空气可以组成任何比例成分的混合物。介绍了一些非传统性的应用触媒使烃煤气氧化的方法,包括三种形式的加热元件、应用系统和热交换计算方法。图4表1参10 ［郭伯伟摘］WZ 002749 给定加热温度条件下物料的加热计算——《Известия　ВУЗ　Черная　Металлургия》,2000,No.2,37～42(俄) 　　文中研究了厚材加热时在一定的加热时间中,为达到给定的物料平均温度和断面温差所需要的热气体温度的优化计算方法。文中给出了完整的数学模型和算法,并举例给出了计算结果。该方法简单而有效,可以用于优化设计和加热制度的控制。图5表1参2 ［郭伯伟摘］WZ 002750 采用蓄热式燃烧器的室式炉内燃料燃烧条件对物料加热均匀性的影响——《Металлургическая　и　Горнорудная　Промышленность》,2000,No.2,97～99俄) 　　高温预热空气后,带来的问题是可能造成局部料坯过热。对于室式炉,在均热期不允许以最大热负荷过热,形成炉内温度的不均匀分布;而为了使料坯达到温度均匀,便需延长均热时间,这又会使金属氧化量增加。本文研究了采用蓄热式燃烧器时保证产品质量和提高加热速度的燃烧条件。研究采用数学模型的方法。室式炉为长方形,炉内两侧各装5个钢锭,每个钢锭重11.9 t,断面直径0.9 m,炉子两端各装一个蓄热式燃烧器,蓄热室系统换向时间150 s。文中共研究了3个因素的影响：(1)火焰出口之后,在火焰中继续燃烧的燃料份额。结果表明,尽管炉子两端的烧嘴进行换向操作可使两端温度均匀,但炉子中部的温度仍偏低,只有当全部燃料都在出口后燃烧,整个炉膛长度方向上的温度才趋于均匀。(2)火焰覆盖的料坯表面积与料坯总表面积之比。火焰越长,该面积比越大。结果表明,当火焰长度与炉膛长度相等时,炉膛内温度趋于均匀。(3)炉气换向时间。计算中换向时间由60 s变化到300 s,结果,炉膛长度上的温度分布基本上没有变化,可见换向时间对温度分布无明显影响。图3表1参4 　　 ［郭伯伟摘］ WZ 002751 控制化学不完全燃烧的煤气及重油燃料的燃烧制度原理——《Энергетика,Известия　ВУЗ》,2000,No.1,55～57(俄) 　　控制不完全燃烧的煤气及重油燃料的燃烧制度必须综合经济和环保两方面的因素加以确定。写出了综合因素的函数形式,重点分析了烟气中排入大气的有害物质一氧化碳和氧化氮的综合控制问题。研究表明,烟气中NOX和CO的含量是相互影响的。实验证明,组织不完全燃烧的燃烧过程,可以降低NOX的含量。当烟气中CO含量为(100～400)×10-6时,氧化氮浓度可降低20%～50%。指出这一结果的原因并非是温度因素的影响,因为当烟气成分中CO+H2＜0.1%时,火焰温度实际上并无明显变化。此外,烟气的毒性主要取决于NOX的含量。文中给出了NOX与CO之间的关系和烟气毒性区域。结论为,从环境角度看,最佳的燃烧制度应是在CO＞100×10-6的范围内。图1参8 ［郭伯伟摘］ WZ 002752 世界上最大的中频无心感应熔炼炉——《Foundryman》,No,12,1999,《Casting Plant and Technology International》,No.4,2000(英) 　　GIFA99期间,德国Mecklenburger金属铸造公司向Inductotherm欧洲公司订购了1台80 t中频无心感应熔炼炉。该公司已有7台由Inductotherm公司生产的中频炉在运行。首套设备由3,5,25 t、1 250 kW、200 Hz VIP Power-Trak○　R型中频炉组成。后来又增添了由3,10,25 t、1 250 kW VIP Power-Trak○　R型中频炉组成的第2套设备。1999年1台25 t中频炉又扩充到第2套设备中,使熔炼设备能提供100 t金属液,可铸造直径超过10 m,重量高达80 t的船用螺旋浆。增添了这台80 t、3 000 kW VIP Power-Trak○　R型中频炉后已能生产世界上最大的铸造重量约180 t的船用螺旋浆。 ［荣念孙摘］