基本信息
- 项目名称：
- 玻璃熔窑蓄热室蜂巢式格子体设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 设计灵感源于蜂巢的独特构造与生产实践工艺设计的结合，主要用于改善大型熔窑蓄热室的空间构造。将蜂巢式蓄热室格子砖与几种常见的玻璃熔窑格子砖作对比,优化设计思路,通过对蓄热室格子体换热性能的分析,利用三维数值模拟,从格子体的设计形式、蓄热式的结构及砌筑、各项参数的计算以及耐火材料的选择,提出更为合适的砖体设计,并针对格子体的工况条件,通过实际计算,对蜂巢式格子体蓄热室的节能效果进行了可行性论证。
- 详细介绍：
- 为响应国家提出的《“十二五”节能环保装备专项规划》，引导节能环保装备制造业有序发展，推动传统产业的低碳化改造，实现节能减排、环境治理和资源综合利用的任务和目标，提出一批需要研发、应用和推广的环保技术装备，我校无机非金属材料专业提出节能项目——“玻璃熔窑蓄热室蜂巢式格子体设计”的研发。 设计灵感源于蜂巢的独特构造，结合生产实践现场工艺设计而成，主要用于改善大型熔窑蓄热室的空间构造。将蜂巢式蓄热室格子砖与几种常见的玻璃熔窑格子砖作对比,优化设计思路,通过对蓄热室格子体换热性能的分析,利用三维数值模拟,从格子体的设计形式、蓄热式的结构及砌筑、各项参数的计算以及耐火材料的选择,提出更为合适的砖体设计,并针对格子体的工况条件,通过实际计算,对蜂巢式格子体蓄热室的节能效果进行了可行性论证。 采用蜂巢式格子体设计，不仅可以实现节能减排、提高质量，而且可以适当 减少建设资金，降低生产成本，这就为企业创造良好的经济效益打好了坚实的基础。 项目研发管理：作品研发的全程采用先进的PDCA（质量管理改进）模式，实现了高质量管理，现代化控制的要求。研究涉及材料学、力学、流体力学、传热学、统计学等学科的知识研究，以达到节省窑炉材料，提高蓄热能力，实现真正意义上的节能，设计中以新颖的砌筑结构为亮点，充分展示了设计的独特性和创造性。 项目研究进展：作品设计创意受到中国秦皇岛玻璃研究设计院黄志斌高级工程师的肯定，耀华玻璃研究院原窑炉设计室主任李兆群教授也给予了指导意见和建议。 作品研究论文在全国性期刊《中国玻璃》 2011年首刊上发表，受到许多窑炉专家的认可，现已着手专利申报材料的研究和设计，于近日将进行提交申报。成品制造已经与当地耐火材料公司接洽，准备在耀华公司技术部筹划新建窑炉的初对小炉进行部分试验，检测设计的理论与实际效果。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计：玻璃熔窑蓄热室蜂巢式格子体 发明的目的和基本思路：通过改造蓄热室的空间结构，使玻璃熔窑蓄热室达到节能减排的效果，提高蓄热温度，降低能耗。 创新点：蜂巢式格子孔截面图为正六边形，减少滞留层，利于热的交换；节省材料，减少热吸收的重复部分，材料自然越节约，减少了材料的使用，可以适当增加蓄热室高度，增大蓄热面积，同时也解决蓄热室高度与底部砖材承重要求之间的矛盾；孔的流力增大，减少飞尘在砖表面的积留，从而不易堵塞，减少热修。 技术关键和主要技术指标：换热面积，换热率，砖材利用率，热效率及换热系数。 蜂巢式蓄热室的热效率比条形砖蓄热室提高13.18%，比筒形砖蓄热室提高5.25%，砖材比条形砖蓄热室节约了25.30%，比筒形砖蓄热室节约了10.42%。 格子砖类型 条形砖 筒形砖 蜂巢砖 单侧格子体换热面积A/m2 7389 7946 8363 单侧格子砖体积V/m3 296 247 221 全窑格子砖总重量G/t 1658 1383 1238
科学性、先进性
- 蜂巢式蓄热室的热效率比条形砖蓄热室提高13.18%，比筒形砖蓄热室提高5.25%，砖材比条形砖蓄热室节约了25.30%，比筒形砖蓄热室节约了10.42%。 减少砖材的应用，降低熔窑成本；提高蓄热室换热效率，降低能耗；增加蓄热室气流换热速度，减小热震。 大型玻璃熔窑蓄热室，一旦推广其节能效果会很显著，节约建窑砖材成本，减少燃料的燃烧，降低能耗，大约2%-8%。
获奖情况及鉴定结果
- 作品研究论文在全国性期刊《中国玻璃》 2011年首刊上发表
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 作品模型、设计图纸、现场PPT演示、图片、材料样品、3D立体设计
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品技术特点和优势：减少砖材的应用，降低熔窑成本；提高蓄热室换热效率，降低能耗；增加蓄热室气流换热速度，减小热震。 适应范围及推广前景：大型玻璃熔窑蓄热室，一旦推广其节能效果会很显著，大大降低能耗，大约2%-8%。 市场分析和经济效益预测：大大节约建窑砖材成本，减少燃料的燃烧。
同类课题研究水平概述
- 1条型砖做格子体的应用时间最早、最长。条型砖的优点是: 形状简单容易压制成型成品率高价格较低砌筑容易可在熔窑运行中进行热修。条型砖的缺点是:由于一般条型格子砖厚度为64mm、65mm、75mm在常用的20min换向时间内只有砖表层大约20mm厚度参与换热砖芯的厚度白白浪费掉了使得整个格子体的用砖重量增大了许多;条型砖的单位体积换热面积比较小。我国的玻璃熔窑上一直延续到2000年基本上都是使用了条型砖。 2筒型砖是德国第第尔公司开发研制出来的筒型砖的优点是:砖的壁厚较薄一般为30mm、38mm、40mm可在常用的15-20min换向时间内全部厚度参与换热;筒型砖格子体的单位体积换热面积比较大;采用筒型砖的蓄热室内宽尺寸比较小砌筑方便砌筑后的稳定性较好。筒型砖的缺点: 形状较复杂需要大型压制成型设备价格比条型砖高筒型砖格子体在熔窑运行中热修困难。在我国的大型玻璃熔窑上从2000年开始逐步使用了碱性筒型砖从使用近6年来的情况看，效果比较好，比条型砖具有一定的优越性。 3电熔十字型的格子砖是法国西普公司(SEPR)开发研制出来的日本旭硝子(ASAHI)公司开发研制出来了烧结的十字型格子砖。电熔十字型格子砖的优点是:能长期经受玻璃熔窑内高温火焰、各种粉尘、碱性气氛等的冲击和侵蚀可在15年以上窑龄的玻璃熔窑中使用。电熔十字型格子砖价格比其它类型格子砖都高许多在我国仅有极少数玻璃熔窑上使用过。由于全窑耐火材料的配套性不足而导致窑龄也不是太长只有5-6年还没有体现出这种格子砖的优点。在国外的玻璃熔窑上电熔十字型格子砖用的要多一些窑龄一般都在10年以上有的达到15年以上。 4蜂巢式结构近似各向同性，结构稳定性好，不易变形，其突出的抗压能力和抗弯能力是蓄热室结构需要的最重要的特性。在相同的蓄热面积下，用材料最少，具有最大的强度重量比，相对来说质量轻，减小了蓄热室的重力负担。砖材价格从用料与设计，乃至制造都可降低不少，从而降低建窑成本。从流体力学的角度出发，蜂巢结构内部为封闭的小室，其中充满空气，因此具有很好的隔音、隔热和保温性能，从而提高了蓄热室的蓄热能力，但气流可以更稳定流动。六边形的钝角设计更有利于气体形成抽力，换热能力加强。从实际操作来讲，六边形设计更不易堵塞，减少冷修，延长使用寿命。封闭的六角等边蜂巢结构致密度高，气体不会形成惯性气流，流速过快而降低蓄热能力。
