典型有效用能技术分析.ppt

能量有效利用 典型有效用能技术分析内容简要内容简要 本章结合目前常用的有效用能技术的发展和应用情况，系统全面的介绍了远红外辐射加热技术、微波与超声波加热技术、隔热保温与蓄能技术、高效低污染燃烧技术、余热利用技术和磁场节能技术并对上述有效用能技术的工作原理、工作过程及有效用能环节进行了详细的阐述第一节 远红外辐射加热技术一、远红外辐射加热原理一、远红外辐射加热原理 物物质具有不停地向外具有不停地向外发射各种波射各种波长电磁波的特性波磁波的特性波长在在0.76～～1000μm范围内的电磁波称为红外线红外线具有热范围内的电磁波称为红外线红外线具有热效应，即当物体吸收了外来的红外线时，要促使物体内部微效应，即当物体吸收了外来的红外线时，要促使物体内部微观粒子加速运动，特别是要加速分子的振动与转动，增加了观粒子加速运动，特别是要加速分子的振动与转动，增加了物体的内能（物体的内能（热能能））也就是把外来的也就是把外来的红外外辐射能射能转变为热能，使物体的温度升高能，使物体的温度升高实用上把用上把红外外线按波按波长范围范围分分为近近红外、中外、中红外、外、远红外与极外与极远红外等区。

各区的波外等区各区的波长范范围对不同的学科也不相同不同的学科也不相同第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件 辐射器件主要由热源、基体与涂料三部分组成热源用辐射器件主要由热源、基体与涂料三部分组成热源用于对辐射器加热升温，达到要求的辐射温度它可以是电能；于对辐射器加热升温，达到要求的辐射温度它可以是电能；气体、液体与固体燃料燃烧产生的燃气及水蒸气基体是辐气体、液体与固体燃料燃烧产生的燃气及水蒸气基体是辐射器的机体有金属射器的机体有金属(如钢板、钢管、铝管等如钢板、钢管、铝管等)和非金属和非金属(如搪如搪瓷、陶瓷、碳化硅管板等瓷、陶瓷、碳化硅管板等)两种涂料是用以增强辐射器辐射两种涂料是用以增强辐射器辐射能力的物质，喷涂在辐射器基体表面上因为物体的辐射能能力的物质，喷涂在辐射器基体表面上因为物体的辐射能力取决于物体的本性，其表面状况、温度与辐射波长根据力取决于物体的本性，其表面状况、温度与辐射波长根据斯蒂芬斯蒂芬-波尔兹曼定律与克希荷夫定律，物体的辐射力为：波尔兹曼定律与克希荷夫定律，物体的辐射力为：第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件( (一一) )辐射器件的射器件的类型型辐射器件按供射器件按供热方式分，有直方式分，有直热式与旁式与旁热式式。

直直热式只能由式只能由电热元件加元件加热它既是发热元件，又是元件，又是辐射元件如射元件如电阻阻带式式辐射器射器( (图3 3-1) )它结构构简单、、重量重量轻、、升温快，多用于需升温快，多用于需迅速加迅速加热的装置中旁的装置中旁热式需由外部供式需由外部供给热能使能使辐射器升温射器升温它体它体积大大、、升温升温时间长，但其生，但其生产工工艺较成熟，又能利用多成熟，又能利用多种能源，做成各种形状的种能源，做成各种形状的辐射器，且寿命射器，且寿命长，故，故获得广泛得广泛应用如图3 3-5为煤气加煤气加热的的辐射器辐射器件按射器件按结构形状分，构形状分，有板状、管状和灯状有板状、管状和灯状第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件( (一一) )辐射器件的射器件的类型型目前常用的目前常用的远红外外辐射器有：射器有： 1．碳化硅．碳化硅远红外外辐射器射器 一般由一般由60％％~ ~70％的％的SiC，加适量，加适量粘土粘土烧结而成，具有良好的而成，具有良好的远红外外辐射性能可制成板状、射性能可制成板状、管状的旁管状的旁热式，又可制成直式，又可制成直热式式电热碳化硅棒。

如碳化硅棒如图3 3-2为碳碳化硅化硅辐射板其槽内安放射板其槽内安放电阻阻线图3 3-1 合金合金电阻阻带式式辐射器射器 图3 3-2 碳化硅碳化硅辐射射板板第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件( (一一) )辐射器件的射器件的类型型2．氧化．氧化镁管管远红外外辐射器射器 如如图3 3-3所示所示电热丝置于金置于金属管内部，空隙由良好属管内部，空隙由良好导热性和性和绝缘性的氧化性的氧化镁粉末填充粉末填充管两端有管两端有绝缘瓷件与接瓷件与接线柱将柱将电线引出金属管表面引出金属管表面喷涂涂远红外涂料这种器件机械种器件机械强强度高，安全可靠，度高，安全可靠，轻便耐用，密便耐用，密封性好，宜于作硝石、油、水、酸封性好，宜于作硝石、油、水、酸、、碱等生碱等生产中的加中的加热系系统如金属管用石英玻璃代替，就无如金属管用石英玻璃代替，就无须喷涂涂远红外涂料，即成外涂料，即成为乳白石英乳白石英辐射器图3 3-3 氧化氧化镁远红外外辐射管射管第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件( (一一) )辐射器件的射器件的类型型3．搪瓷．搪瓷远红外外辐射器射器 其其远红外涂外涂层在在1000℃℃左右高温下左右高温下烧结在金属基材表面。

具有涂在金属基材表面具有涂层不易脱落不易脱落、、耐腐耐腐蚀与良好抗与良好抗震等性能表面震等性能表面还可定期用水冲洗可作成管状、板状工可定期用水冲洗可作成管状、板状工作温度在作温度在400℃℃左右宜用于食品左右宜用于食品、、药品的加品的加热干燥，如干燥，如图3 3-4图3 3-4 板状搪瓷板状搪瓷远红外外辐射器射器第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件( (一一) )辐射器件的射器件的类型型4．多孔．多孔远红外陶瓷外陶瓷辐射器射器 多孔陶瓷由多种金属氧化物在多孔陶瓷由多种金属氧化物在1000℃℃以上高温下以上高温下烧结成型具有表面成型具有表面辐射率高射率高、、底里面底里面辐射率低射率低、、导热系数小系数小、、比重小比重小、、耐急耐急热急冷等性能可制成板急冷等性能可制成板状、管状，多孔陶瓷板如状、管状，多孔陶瓷板如图3 3-5所示，置于煤气炉上可成所示，置于煤气炉上可成为旁旁热式煤气式煤气远红外外辐射加射加热器图3 3-5 煤气煤气远红外外辐射加射加热器器第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件( (一一) )辐射器件的射器件的类型型5．灯型．灯型远红外外辐射器射器 由反射罩由反射罩、、辐射体及灯射体及灯头组成成(图3 3-6)。

辐射体射体发射的射的远红外外线经反射罩反射罩汇聚平行射出，因此，聚平行射出，因此，在在辐照范照范围内能量分布没有方向引起的差异，且照射距离的内能量分布没有方向引起的差异，且照射距离的能量衰减低于逆二次方定律能量衰减低于逆二次方定律值图3 3-6 灯型灯型远红外外辐射器射器第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件( (一一) )辐射器件的射器件的类型型6. 合金合金电阻阻带式式远红外外辐射器射器 它以它以镍铬合金合金电阻阻带为发热体，其表面涂体，其表面涂喷高高辐射率的射率的远红外涂料外涂料而而成如图3 3-7所示．所示．采用光清度高的抛物面反射罩，可使采用光清度高的抛物面反射罩，可使热效率提高它在效率提高它在2.5～～15μm范范围内的内的辐射率在射率在0.7以上图3 3-7 高硅氧灯高硅氧灯辐射器示意射器示意图 图3 3-8 集成式管状集成式管状电阻膜阻膜辐射射器器第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件( (一一) )辐射器件的射器件的类型型7. 集成集成电阻膜式阻膜式远红外外辐射器射器 一种直一种直热式器件。

它是利用式器件它是利用多种氧化物半多种氧化物半导体材料混合体材料混合喷熔在熔在铝质基材上的陶瓷管或板基材上的陶瓷管或板块，作，作为发热层，其表面再，其表面再喷熔熔远红外涂料，从两端引出外涂料，从两端引出电极具有升温快、重量极具有升温快、重量轻、、热效率高等特点如效率高等特点如图3 3-8所示图3 3-7 高硅氧灯高硅氧灯辐射器示意射器示意图 图3 3-8 集成式管状集成式管状电阻膜阻膜辐射射器器第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件（（二二））远红外外辐射涂料射涂料 远红外涂料是一种在外涂料是一种在远红外波外波长范范围内，具有很高内，具有很高辐射率射率的材料，由各种金属氧化物，或碳化物的材料，由各种金属氧化物，或碳化物、、氮化物、硼化物与氮化物、硼化物与粘粘结剂按一定比例按一定比例组成，成，喷涂或涂或烧结在在辐射器表面上，用以射器表面上，用以发射高射高辐射射强强度的度的远红外外线，去加，去加热干燥工件或物料干燥工件或物料 1. 远红外外辐射涂料的种射涂料的种类（（1））锆钛系涂料系涂料：：（（2））黑色黑色锆系涂料系涂料：：（（3））铁系涂料系涂料：：（（4））碳化硅系涂料碳化硅系涂料：：（（5））稀土系涂料稀土系涂料：：（（6））高硅分子高硅分子筛系涂料系涂料：：（（7））镍钴系涂料系涂料：：第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件（（二二））远红外外辐射涂料射涂料 2. 涂料的涂料的选择原原则 （（1））在在远红外外辐射加射加热干燥常用温度干燥常用温度400～～600℃℃范范围内，内，应有有较高的全高的全辐射率射率；；在要求的在要求的远红外波外波长区区应有尽量高的有尽量高的单色色辐射率。

射率2））由被加由被加热物物质的性的性质及其吸收光及其吸收光谱选择涂料涂料：：（（3））有近似于基体材料的有近似于基体材料的热膨膨胀系数同时，有，有较好的好的冷冷热循循环性性与抗老化性与抗老化性4））材料来源广材料来源广、、价廉价廉、、制制备工工艺简单第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件（（二二））远红外外辐射涂料射涂料 3．粘．粘结剂 粘粘结剂是是远红外外辐射涂料与射涂料与辐射基体牢固射基体牢固结合的合的媒介不同媒介不同类型的型的辐射器或不同工射器或不同工艺加工的加工的辐射器使用的粘射器使用的粘结剂也不同如黑色也不同如黑色锆系陶瓷系陶瓷辐射元件的粘射元件的粘结剂为矾土、粘土、粘土等；碳化硅元件基体用粘土，而涂土等；碳化硅元件基体用粘土，而涂层多用水玻璃，搪瓷元多用水玻璃，搪瓷元件的粘件的粘结剂为搪瓷釉料，高温搪瓷釉料，高温辐射器采用双射器采用双氢磷酸磷酸铝或高温或高温油料作为粘粘结剂的材料的材料应具有附着性具有附着性强强、、抗抗热冷冲冷冲击性和性和化学化学稳定性好定性好、、不影响涂料的不影响涂料的辐射性能射性能、、制作工制作工艺简单、价、价格便宜等性能。

格便宜等性能第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件（（二二））远红外外辐射涂料射涂料 4．涂覆工．涂覆工艺（（1））基体基体处理理：：（（2））涂料涂覆涂料涂覆①①冷涂法冷涂法：：②②高温熔射法高温熔射法：：③③涂涂层烧结法法：：第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件（（三三））电热元件元件 电热元件作元件作为远红外外辐射器件的射器件的热源，通源，通过电阻阻丝( (带带) )把把电能能转变为热能，使能，使辐射器表面升温到要求的工作温度，射器表面升温到要求的工作温度，从而从而发射射远红外外线 使用中要保使用中要保证电阻阻丝长期期稳定工作，主要是合理定工作，主要是合理选择电阻阻丝的表面功率的表面功率( (热负荷热负荷) )通常电阻阻丝的的许用功率用功率为1 1～～2W/cm2；；电阻阻带为1.5～～2.5W/cm2工作温度高、元件封工作温度高、元件封闭者，者，热负荷荷应选得小些第一节 远红外辐射加热技术二、远红外辐射器件二、远红外辐射器件（（三三））电热元件元件 选择择热负荷及某种材料的荷及某种材料的电阻元件后，可由下阻元件后，可由下式算得式算得电阻阻丝的直径。

的直径第一节 远红外辐射加热技术三、远红外辐射加热炉三、远红外辐射加热炉 远红外外辐射加射加热炉一般由炉体、炉壁、隔炉一般由炉体、炉壁、隔热保温保温衬垫、、远红外外辐射器射器、、电气及温、湿度控制系气及温、湿度控制系统、通、通风系系统等等组成工件可移工件可移动的通的通过式炉式炉还有有传动装置采用非装置采用非电的其他的其他热源源还有燃有燃烧装置加热炉的具体炉的具体结构可参构可参阅有关有关资料一一））加加热炉的功率炉的功率 确定加确定加热炉的功率指炉的功率指远红外外辐射器射器热源的功率它主要决源的功率它主要决定于加定于加热炉的炉的热负荷荷Q与与热效率效率 因此，加因此，加热炉功率炉功率为 炉的炉的热负荷在荷在稳定状定状态下，主要包括加下，主要包括加热工件或物料所工件或物料所需需热量量Q1，加，加热物中蒸或物中蒸或挥发物升温物升温热量与汽化潜量与汽化潜热Q2，，而而各种散各种散热损失失Q3包括包括辅具、炉壁具、炉壁、、炉炉门等散等散热量及炉内介量及炉内介质带走的走的热量，都可在量，都可在热效率中考效率中考虑第一节 远红外辐射加热技术（（二二））远红外外辐射器的合理射器的合理选用用1．．远红外外辐射器的射器的选择2．确定．确定辐射器的最佳工作温度射器的最佳工作温度 图3 3-9 9 辐射器的布置射器的布置第一节 远红外辐射加热技术T(℃)T(K)E(W/cm2)Q对流/Q辐射3005730.61125.1860.674006731.16324.3850.505007732.01443.7820.386008733.29343.3770.297009735.08203.0710.2380010737.51592.7660.18900117310.7342.5600.151000127314.8902.3540.123．．辐射器在炉内的布置射器在炉内的布置第一节 远红外辐射加热技术（（三三））远红外加外加热炉炉设计的内容与步的内容与步骤设计一台一台远红外加外加热炉要炉要进行行热工、机械、工、机械、电气气、、流体力学及流体力学及经济等多等多方面的方面的设计计算，并画出算，并画出设计图，写出，写出设计说明明书。

其内容与步其内容与步骤为：：1. 1. 了解与掌握了解与掌握设计的原始的原始资料与数据料与数据2．根据受．根据受热物的性物的性质、、产量确定炉型，采用固定式，量确定炉型，采用固定式，还是通是通过式加式加热炉3．确定受．确定受热物的工物的工艺布置与布置与输送方式，与受送方式，与受热物同物同时入炉的入炉的输送送设备型型式、重量及式、重量及传送速度等送速度等4．确定炉子的尺寸．确定炉子的尺寸、、炉壁炉壁结构和保温构和保温层材料与厚度材料与厚度5．．计算加算加热炉功率炉功率6．．远红外外辐射加射加热系系统设计，包括，包括选定定辐射器的型式，射器的型式，热源及涂料，确源及涂料，确定最佳定最佳辐射温度，射温度，辐射器的个数，射器的个数，组数及布置数及布置7．其他系．其他系统设计可有温度、湿度控制及可有温度、湿度控制及电气系气系统，通，通风系系统，受，受热物物输送系送系统等8．根据．根据设计计算算绘制加制加热炉炉结构构图、施工、施工图，，写出写出设计说明明书第一节 远红外辐射加热技术（四）（四）远红外外辐射加射加热炉炉设计实例例设计一一远红外面包烘烤炉外面包烘烤炉连续生生产，每小，每小时烘烤烘烤450 kg面面包包( (以面粉计算以面粉计算) )。

1．参数确定和物料分析．参数确定和物料分析2．物料量．物料量计算算3．炉体．炉体长度度计算算4．．热量及功率量及功率计算算5. 实际应用的一些考用的一些考虑第二节 微波与超声波加热技术一、微波与超声波加热原理一、微波与超声波加热原理（一）微波加（一）微波加热原理原理1．微波的定．微波的定义 微波是一种高微波是一种高频率的率的电磁波，其磁波，其频率范率范围约在在3×102～～3×105MHz(相应的波长为相应的波长为100～～0.1cm)，即，即在在300MHz至至300GHz之间2. 2. 微波加热原理微波加热原理 如果外如果外电场是交是交变的，那的，那么么有极分子的有极分子的转向也要随向也要随电场的的变化而不断改化而不断改变方向方向在在这个个过程中，由于分子程中，由于分子间的相互的相互碰撞，将使碰撞，将使电能能转化化为分子的分子的动能，然后再能，然后再转化化为热能，使能，使物体的温度升高物体的温度升高第二节 微波与超声波加热技术（二）超声波加（二）超声波加热原理原理1. 超声波的定超声波的定义 2. 2. 超超声波加声波加热的基本原理的基本原理(1））共振共振：：即超声波即超声波是是被加被加热物物质中分子的共振，根据分中分子的共振，根据分子子动理理论，物，物质是由大量的分子是由大量的分子组成的，而分子是成的，而分子是处于永不于永不停息的运停息的运动之中，当然之中，当然这个运个运动是振是振动形式的了。

形式的了 （（2））热力学原理力学原理：：温度的本温度的本质就是就是衡量衡量物物质内的大量分内的大量分子的无子的无规则运运动的的剧烈程度的物理量，只是在表面烈程度的物理量，只是在表面现象上象上显现为冷冷热程度当然分子运程度当然分子运动越越剧烈温度越高烈温度越高第二节 微波与超声波加热技术二、微波与超声波加热器件二、微波与超声波加热器件( (一一) )微波加热器件微波加热器件 微波加微波加热源主要有两种：一种是源主要有两种：一种是连续波磁控管，特点是波磁控管，特点是中等功率（几十瓦到几千瓦），效率高（中等功率（几十瓦到几千瓦），效率高（约50%～～80%），），场结构构简单、体、体积小、重量小、重量较轻、、寿命寿命较长、、价格低；另一价格低；另一种是多腔速种是多腔速调管，其特点是大功率（几千瓦到兆瓦管，其特点是大功率（几千瓦到兆瓦级））、、寿寿命命长（（10000h以上）以上）、、中等效率（中等效率（40%～～60%），但需要高），但需要高压电源（数万伏到数十万伏），源（数万伏到数十万伏），结构复构复杂、体、体积大、重量重、大、重量重、价格价格贵等 如如图3 3-10 0所示所示为微波加微波加热设备的方框的方框图。

它主要由直流它主要由直流电源、微波源、微波发生器、生器、连接波接波导、加、加热器及冷却系器及冷却系统等几部分等几部分构成第二节 微波与超声波加热技术微波加微波加热器主要有以下器主要有以下四大类：四大类：1. 微波炉微波炉 微波炉的微波炉的结构示意构示意图如如图3 3-1111所示，主要由所示，主要由电源、磁控管、波源、磁控管、波导、、谐振腔、模振腔、模扰动器等构成器等构成2. 行波行波场波波导加加热器器 图3 3-1212所示所示为一平板波一平板波导加加热器示意器示意图第二节 微波与超声波加热技术3. 慢波型微波加慢波型微波加热器器 图3 3-1313所示所示为梯形加梯形加热器示意器示意图，它，它是在脊形波是在脊形波导的的宽边上周期性地开了上周期性地开了许多与波多与波导轴正交的槽，正交的槽，由于梯形加由于梯形加热器中微波器中微波场集中在槽附近集中在槽附近传播，所以在槽的位播，所以在槽的位置上可以置上可以获得很得很强强的的电场4. 辐射型微波加射型微波加热器器 在在农产品加工、医品加工、医药用微波加用微波加热器以器以及及对矿石、水泥石、水泥进行破坏或加工行破坏或加工时，可以用，可以用辐射型加射型加热器。

器将微波能量将微波能量辐射到被加射到被加热的物料表面，然后再穿透到物料内的物料表面，然后再穿透到物料内部去图3 3-1414所示的喇叭式所示的喇叭式辐射加射加热器是其中的一种器是其中的一种第二节 微波与超声波加热技术（二）超声波加热器件（二）超声波加热器件1. 超声波燃超声波燃烧器器 2. 超声波超声波传感器感器 3. 超声波超声波测距系距系统图3-15 5 超声波超声波传感器系感器系统的构成的构成第二节 微波与超声波加热技术（一）微波的（一）微波的应用用 微波在医学上的微波在医学上的应用用 （（1）微波）微波诊断：断：（（2）微波在）微波在农业上的上的应用：用：（（3）利用微波）利用微波传输太阳能太阳能三、三、 微波与超声波的应用微波与超声波的应用第二节 微波与超声波加热技术（二）超声波的（二）超声波的应用用1. 超声波在超声波在军事中的事中的应用用2. 超声波在医学中的超声波在医学中的应用用3. 超声波在生活及服超声波在生活及服务业中的中的应用用4. 超声波在工超声波在工业上的上的应用用 三、三、 微波与超声波的应用微波与超声波的应用第三节 隔热保温与蓄能技术一、概述一、概述 在生产和生活实际中，对热（冷）设备、热管道及其附在生产和生活实际中，对热（冷）设备、热管道及其附件、建筑物的外围护结构一般都要进行隔热保温。

其目的：件、建筑物的外围护结构一般都要进行隔热保温其目的：一是为减少热或冷损失，提高热能的利用效率，以节约能源；一是为减少热或冷损失，提高热能的利用效率，以节约能源；二是为保护在高温或低温下工作的材料和结构，免遭损害；二是为保护在高温或低温下工作的材料和结构，免遭损害；三是为保安、防火、环境保护及改善劳动条件等隔热保温三是为保安、防火、环境保护及改善劳动条件等隔热保温措施通常是使用绝热材料与采用热屏蔽前者更为普遍隔措施通常是使用绝热材料与采用热屏蔽前者更为普遍隔热保温措施可以是在短时间内一次采用，这通常是属于保护热保温措施可以是在短时间内一次采用，这通常是属于保护性的如在火灾时保护建筑物的钢筋免受高温影响；又如人性的如在火灾时保护建筑物的钢筋免受高温影响；又如人造卫星重返大气层时，使其免受高温烧毁而通常则是长期造卫星重返大气层时，使其免受高温烧毁而通常则是长期反复使用反复使用第三节 隔热保温与蓄能技术（一）（一）保温材料及其保温材料及其应用用隔隔热通常是通通常是通过在在设备或管道外包上一或管道外包上一层保温材料保温材料(又称又称热绝缘材料或隔材料或隔热材料材料)来来实现的为了使保温材料了使保温材料长期可靠的使期可靠的使用，在保温用，在保温层的外面的外面还加了一加了一层防防护层。

1. 1. 对保温材料的要求保温材料的要求 2. 2. 对防防护层的要求的要求 为了了长期可靠，保温期可靠，保温层外面通常要加外面通常要加一一层防防护层，，对防防护层的要求如下：的要求如下： 3. 3. 常用保温材料的常用保温材料的热物理性物理性质 表表3 3-4给出了常用保温材料出了常用保温材料及其制品的及其制品的热物理性物理性质更详细的的资料可料可查阅有关的手册有关的手册二、隔热保温技术二、隔热保温技术第三节 隔热保温与蓄能技术材料名称材料名称密度密度(kg/m3)导热系数系数(W/(m·K))适用温度适用温度( (℃) )膨胀珍珠岩类：一级散料 二级散料 三级散料 水泥珍珠岩板 水玻璃珍珠岩板 憎水珍珠岩制品 ≤80 80～150 150～250 250～400 200～300 200～300 ≤0.0520.052～0.0640.064～0.0760.058～0.0870.056～0.0650.058 约200 约800 ≤600 ≤650——普通玻璃棉类 中级纤维淀粉粘结制品 中级纤维酚醛树脂制品 玻璃棉沥青黏结制品 100～130120～150100～170 0.040～0.0470.041～0.0470.041～0.058 -35～300-35～350-20～250超细玻璃棉类： 超细棉(原棉) 超细棉无脂毡缝合垫 无碱超细棉 18～3060～8060～80 —≤0.035≤0.035 -100～450-120～400-120～600石棉类： 石棉绳 石棉碳酸镁管 硅藻土石棉灰 泡沫石棉 590～730360～450280～38040～50 0.070～0.2090.064+0.00033t0.066+0.00015t0.038+0.00023t ﹤500﹤300﹤900﹤500表表3 3-4 常用保温材料及其制品的常用保温材料及其制品的热物理性物理性质注：注：t为保温材料的平均温度保温材料的平均温度(℃℃）。

第三节 隔热保温与蓄能技术（二）（二）管道保温管道保温计算算管道保温管道保温计算有两个目的算有两个目的：：一是一是计算所需保温材料的厚度，算所需保温材料的厚度，二是二是计算算单位位长度管道的度管道的热损失或核算保温材料的外表面温失或核算保温材料的外表面温度1. 1. 架空管道架空管道（（1））基本公式基本公式：：如如图3 3-1616所示假假设管道各部分的分管道各部分的分热阻阻为Ri，，则通通过每米每米长管道的径向管道的径向热损失失(不包括管道附件的不包括管道附件的热损失失)为图3 3-1616 管道保温管道保温计算示意算示意图第三节 隔热保温与蓄能技术（（2））基本公式的基本公式的简化化：：为计算简单起见，从工程应用出发，常为计算简单起见，从工程应用出发，常对基本公式进行如下的简化对基本公式进行如下的简化一般保温一般保温层外表面的温度均不高，外表面的温度均不高，这时保温保温层外表面的外表面的对流流换热系数系数a2和和辐射射换热系数系数a3之和，即保温之和，即保温层外表面的外表面的总换热系数系数a，可以用下面的，可以用下面的简化公式化公式进行行计算对室内管道有室内管道有对室外管道有室外管道有由此得由此得简化公式化公式为：：（（3 3-2626））（（3 3-27 7））第三节 隔热保温与蓄能技术（（3））容容许热损失的确定失的确定：：为满足工足工艺要求的容要求的容许热损失，一般需要失，一般需要计算，算，对于其他情况，容于其他情况，容许热损失失计算算时可参考表可参考表3 3-5和表和表3 3-6。

管道热介质温度（℃） 外径6070100125150160200225250 mm容许热损失QL(W/m)2017.426.737.243.048.850.055.864.073.33231.434.944.251.258.262.869.877.987.24837.244.255.862.869.873.384.993.0101.25743.050.062.868.675.679.193.0102.3110.57653.561.669.884.991.995.4110.8119.8130.38960.569.886.194.2102.3105.8118.6129.1139.510868.881.498.9108.2116.3119.8133.7144.2154.7表表3 3-5 室内保温管道表面容室内保温管道表面容许的的热损失失(保温表面和周保温表面和周围空气的温差空气的温差为20℃℃)第三节 隔热保温与蓄能技术 管道热介质温度(℃) 外径5070100125150160200225250 mm容许热损失QL(W/m)2015.123.331.438.45.550.062.80.979.13217.426.736.144.253.557.072.180.289.64820.931.441.952.361.667.563.794.2104.75724.434.946.557.067.572.190.7101.2111.67629.140.752.364.076.881.4100.0112.8125.68932.644.258.269.882.687.2108.2119.8132.610836.150.064.077.989.695.4117.5131.4145.413340.755.869.886.198.9104.7129.1144.2158.215944.258.275.693.0109.3116.3139.6157.0172.119448.867.584.9102.3119.8125.6151.2169.8188.421953.569.890.7110.5127.9134.9162.8183.8203.527361.681.4101.2124.4145.4153.5186.1209.3230.332569.893.0116.3139.6162.8172.1209.3232.6255.937782.6108.2132.6157.0181.4191.9231.4255.9279.142695.4122.1148.9174.5207.0210.5253.5279.1302.4第三节 隔热保温与蓄能技术（（5））经济厚度厚度：：保温保温层的的经济厚度就是厚度就是图3 3-16 6上的上的δ0，在，在这个厚度下，个厚度下，年年总费用最低。

每年每米管道的投用最低每年每米管道的投资、运行和、运行和维修的修的总费用用C为：：（（4））保温保温层厚度的厚度的计算方法算方法：：保温保温层厚度的厚度的计算很复算很复杂要由式(3 3-2121)～式～式(3 3-2727)或或简化公式化公式计算出保算出保温温层的厚度，首先必的厚度，首先必须确定确定单位位长度管道所容度管道所容许的的热损失失QL在QL决定决定以后以后,还不能算出所需的保温不能算出所需的保温层的厚度的厚度δ，，因因为计算中涉及保温算中涉及保温层外表面的外表面的温度温度tw，而，而tw又与保温又与保温层的厚度的厚度a有关a越大，越大，tw越小故只能采用越小故只能采用试算算法法 C = bQ+ P(c0V + cbF)(元元/(m·h)) （（6））保温管保温管导热损失的失的计算及核算壁温算及核算壁温：：热力管道包上保温力管道包上保温层后，由于后，由于δ已知，由式已知，由式(3 3-2626)或式或式(3 3-2727)，很容易算出管道的，很容易算出管道的热损失和保温失和保温层外表面外表面的壁温第三节 隔热保温与蓄能技术 2. 2. 无沟埋无沟埋设的管道的管道 对直接埋于土壤中的管道，在直接埋于土壤中的管道，在计算算热损失失时，除，除了保温了保温层的的热阻外，阻外，还要考要考虑土壤的土壤的热阻。

根据阻根据传热学理学理论，，土壤土壤热阻阻可用下式可用下式计算，即算，即 （（3 3-3030））当当h/dx≥≥1.25时，式，式(3 3-3030)可可简化化为 此此时无沟埋无沟埋设的保温管道的的保温管道的热损失失为 式中式中 t0——土壤的平均温度土壤的平均温度（（℃℃）） （（3 3-3232））（（3 3-3131））第三节 隔热保温与蓄能技术 3. 3. 地沟中地沟中铺设的管道的管道 地沟中地沟中铺设的管道的的管道的总热阻阻应包括包括以下几部分：保温以下几部分：保温层的的热阻阻R3，保温，保温层外表面到地沟内空气外表面到地沟内空气的的对流流换热热阻阻R4，地沟内空气到地沟壁的，地沟内空气到地沟壁的对流流换热热阻阻R7，地沟壁的，地沟壁的导热热阻阻R8，土壤的，土壤的热阻阻Rt。

其中其中R3、、R4、、R7、、R8、、Rt均可采用前述的均可采用前述的计算公式算公式进行行计算计算地沟中算地沟中铺设的管道的的管道的热损失可采用如下公式，即失可采用如下公式，即（（3 3-3333））（（3 3-3434））第三节 隔热保温与蓄能技术 4. 4. 热力管道保温力管道保温设计中的一些中的一些问题 （（1））保温管道的附加保温管道的附加热损失失：：这里是指管道中的法里是指管道中的法兰、、阀门、接、接头、分配器等所、分配器等所带来的来的热损失这部分部分热损失不易求失不易求得，一般按下面得，一般按下面给出的出的值来估算阀门：：阀门热损失的相当失的相当长度可参度可参见表表3 3-72））保温管道的敷保温管道的敷设：：在在设计保温管道保温管道时．．应根据具体情况根据具体情况选用合适的敷用合适的敷设方式，并考方式，并考虑不同敷不同敷设方式方式对保温保温结构的要构的要求表表3 3-7 阀门热损失的相当失的相当长度度阀门情况管于内径(mm)管温100℃管温400℃热损失的相当长度(m) 室内l/4裸露，3/4保温1002.5550037.5 室外l/4裸露．3/4保温1004.5650068.5第三节 隔热保温与蓄能技术（三）（三）热屏蔽屏蔽 用导热系数小的绝热材料进行隔热保温，主要是减少用导热系数小的绝热材料进行隔热保温，主要是减少散热损失。

而热屏蔽是设法消耗掉传入的热量，或利用反射散热损失而热屏蔽是设法消耗掉传入的热量，或利用反射率高与辐射率低的表面，将辐射热反射回去，既可减少散热率高与辐射率低的表面，将辐射热反射回去，既可减少散热损失，更主要是起保护作用，防止被保护材料或设备过分升损失，更主要是起保护作用，防止被保护材料或设备过分升温在被保护的材料与热源之间加遮热板、罩，可大量减少温在被保护的材料与热源之间加遮热板、罩，可大量减少对被保护材料的传热这是最常用的热屏蔽方法对被保护材料的传热这是最常用的热屏蔽方法通过消耗传来热量的热屏蔽，其耗热方法有三类一是作通过消耗传来热量的热屏蔽，其耗热方法有三类一是作为显热消耗，二是作为相变为显热消耗，二是作为相变( (蒸发、升华、熔化蒸发、升华、熔化) )潜热消耗；潜热消耗；三是作为反应热、离子化热消耗三是作为反应热、离子化热消耗第三节 隔热保温与蓄能技术三、三、 蓄能技术蓄能技术（一）（一）常常见的蓄的蓄热方式方式蓄蓄热的方式主要有三种，即的方式主要有三种，即显热蓄蓄热、潜、潜热蓄蓄热和化学反和化学反应热蓄蓄热1. 1. 显热蓄蓄热 当当对蓄蓄热介介质加加热时，其温度升高，内能增加，，其温度升高，内能增加，从而将从而将热能蓄存起来。

能蓄存起来显热式蓄式蓄热原理十分原理十分简单．．实际使用使用也最普遍也最普遍1））蓄蓄热水箱水箱：：（（2））石石块床蓄床蓄热器器：：（（3））液体固体液体固体组合式蓄合式蓄热设备：：（（4））中、高温蓄中、高温蓄热介介质及大容量蓄及大容量蓄热技技术：：第三节 隔热保温与蓄能技术三、三、 蓄能技术蓄能技术（一）（一）常常见的蓄的蓄热方式方式2. 2. 潜潜热蓄蓄热 物物质由固由固态转为液液态，由液，由液态转为气气态，或由，或由固固态直接直接转为气气态(升升华)时，将吸收相，将吸收相变热，，进行逆行逆过程程时，，则将将释放相放相变热1））低温潜低温潜热式蓄式蓄热：：表表3-8 适用于建筑物供暖及降温用的有关相适用于建筑物供暖及降温用的有关相变蓄蓄热材料的材料的热物性物性（（2））高温高温应用用：：表3-9 若干共熔材料的物性参数第三节 隔热保温与蓄能技术三、三、 蓄能技术蓄能技术（一）（一）常常见的蓄的蓄热方式方式3. 3. 热化学方法蓄化学方法蓄热 化学反应储能是利用可逆化学反应的反化学反应储能是利用可逆化学反应的反应热来进行储能的，例如，正反应吸热，热被储存起来，逆应热来进行储能的，例如，正反应吸热，热被储存起来，逆反应放热，则热被释放出来。

这种方式的储能密度虽然较大，反应放热，则热被释放出来这种方式的储能密度虽然较大，但是技术复杂并且使用不便，目前仅在太阳能领域受到重视，但是技术复杂并且使用不便，目前仅在太阳能领域受到重视，离实际应用尚较远离实际应用尚较远1））化学反化学反应蓄蓄热：：（（2））浓度差蓄度差蓄热：：（（3））化学化学结构构变化蓄化蓄热：：第三节 隔热保温与蓄能技术（二）（二）蓄蓄热材料的性能要求及分材料的性能要求及分类1. 1. 蓄蓄热材料的性能要求材料的性能要求 理想的蓄理想的蓄热材料材料应符合以下条件符合以下条件：：（（1））热力学条件合适的相力学条件合适的相变温度温度：：（（2））化学条件化学条件：：（（3））经济性条件性条件：：2. 2. 蓄蓄热材料的分材料的分类图3 3-17 7 蓄蓄热材料的分材料的分类示意示意图第三节 隔热保温与蓄能技术（三）蓄（三）蓄热技技术的的应用用蓄蓄热技技术作作为缓解人解人类能源危机的一个重要手段，主要有能源危机的一个重要手段，主要有以下几个方面的以下几个方面的应用1. 太阳能太阳能热储存存 太阳能蓄太阳能蓄热技技术包括低温和高温两种包括低温和高温两种。

2. 工工业热能能储存存 目前工目前工业热能能储存采用再生式加存采用再生式加热炉和炉和废热蓄能蓄能锅炉等蓄能装置炉等蓄能装置3. 电力力调峰及峰及电热余余热储存存 4. 交通及武器装交通及武器装备等等 5. 在太空中的在太空中的应用用 6. 其他方面的其他方面的应用用 第四节 高效低污染燃烧技术燃料燃燃料燃烧是是获取取热能的最主要方式燃料燃能的最主要方式燃料燃烧过程是一个很程是一个很复复杂的化学、物理的化学、物理过程燃料燃程燃料燃烧必必须具具备三个条件：三个条件：（（1））必必须有可能燃有可能燃烧的可燃物的可燃物( (燃料燃料) )2））必必须有使可燃物着火的能量有使可燃物着火的能量( (或称热源或称热源) )，即使可燃物，即使可燃物的温度达到燃点温度以上的温度达到燃点温度以上3））必必须供供给足足够的氧气或空的氧气或空气气( (因为空气中也含有助燃的因为空气中也含有助燃的氧气氧气) )一、燃烧概述一、燃烧概述第四节 高效低污染燃烧技术二、气体燃料的燃烧技术二、气体燃料的燃烧技术气体燃料便于气体燃料便于储存、运存、运输，且燃，且燃烧方便，因此随着天然气的开方便，因此随着天然气的开发和煤和煤的气化，其的气化，其应用越来越广。

气体燃料燃用越来越广气体燃料燃烧的效率主要取决于气体燃的效率主要取决于气体燃烧器对气体燃气体燃烧器的基本要求是：器的基本要求是：（（1））不完全燃不完全燃烧损失小，燃失小，燃烧效率高效率高2））燃燃烧速率高，燃速率高，燃烧强强烈，燃烈，燃烧热负荷高荷高3））着火容易，火焰着火容易，火焰稳定性好，既不回火，又不脱火定性好，既不回火，又不脱火4））燃燃烧产物中有害物物中有害物质少，少，对大气大气污染小染小5））操作方便，操作方便，调节灵活，寿命灵活，寿命长，能充分利用炉膛空，能充分利用炉膛空间第四节 高效低污染燃烧技术二、气体燃料的燃烧技术二、气体燃料的燃烧技术 常用的气体燃常用的气体燃烧器有器有扩散式燃散式燃烧器器、、预混式燃混式燃烧器器、、部部分分预混式燃混式燃烧器器对这类扩散式燃散式燃烧器，可燃气体与助燃空器，可燃气体与助燃空气不需气不需预先混合，燃先混合，燃烧所需空气由周所需空气由周围环境或相境或相应管道供管道供应、、扩散而来图3 3-1818(a)、、(b)所示所示为简单的的扩散式燃散式燃烧器器a a b b图3 3-1818 简单的的扩散式燃散式燃烧器器a.a.最简单的煤气扩散式燃烧器最简单的煤气扩散式燃烧器 b.多排喷孔的煤气扩散式燃烧器多排喷孔的煤气扩散式燃烧器第四节 高效低污染燃烧技术一、燃烧概述一、燃烧概述气体燃料的燃气体燃料的燃烧效率通常都很高。

在气体燃料的燃效率通常都很高在气体燃料的燃烧技技术中，中，应将注意力放在以下几个方面将注意力放在以下几个方面：：1. 正确正确选用燃用燃烧器器 2. 正确正确选择燃燃烧器的参数器的参数3. 提高火焰的提高火焰的稳定性定性4. 燃燃烧器的改器的改进和开和开发图3 3-1919 多多喷口板式无焰燃口板式无焰燃烧器器1. .耐火耐火砖燃燃烧道道 2. .分配室分配室 3. .分配分配锥 4. .混合混合器器 5. .喷嘴嘴 6. .空气空气调节阀第四节 高效低污染燃烧技术三、油的燃烧技术三、油的燃烧技术 油是最常用的液体燃料由于油的沸点油是最常用的液体燃料由于油的沸点总是低于其着火是低于其着火温度，因此油温度，因此油总是先蒸是先蒸发成油蒸气，再在蒸气状成油蒸气，再在蒸气状态下燃下燃烧，，其燃其燃烧过程和气体燃料燃程和气体燃料燃烧几乎完全相同油的燃几乎完全相同油的燃烧包含了包含了油加油加热蒸蒸发、油蒸气和助燃空气的混合以及着火燃、油蒸气和助燃空气的混合以及着火燃烧三个三个过程，其中油加程，其中油加热蒸蒸发是制是制约燃燃烧速率的关速率的关键为了加速油的了加速油的蒸蒸发，，扩大油的蒸大油的蒸发面面积是主要的方法，是主要的方法，为此，油此，油总是被是被雾化成化成细小油滴来燃小油滴来燃烧。

第四节 高效低污染燃烧技术为了了实现油的高效低油的高效低污染燃染燃烧，，应从以下两方面来着手从以下两方面来着手：：1. 提高燃油的提高燃油的雾化化质量量 燃油的燃油的雾化是通化是通过各种各种雾化器来化器来实现的雾化器又称化器又称喷油嘴按其工作形式可以分油嘴按其工作形式可以分为两大两大类：：机械式机械式喷油嘴油嘴(压力式和旋杯式力式和旋杯式)；介；介质式式喷油嘴油嘴(以蒸汽或空以蒸汽或空气作介气作介质)压力式力式雾化化喷油嘴是借送入燃油嘴是借送入燃烧器的油的器的油的压力来力来实现雾化，它又可分化，它又可分为简单式和回油式两种形式式和回油式两种形式三、油的燃烧技术三、油的燃烧技术图3 3-2020 超声波超声波喷油嘴油嘴1. .谐振器振器 2. .喷油孔油孔 3. .环形形间隙隙 4. .汽室汽室第四节 高效低污染燃烧技术2. 实现良好的配良好的配风 油燃油燃烧器是由器是由喷油嘴和配油嘴和配风器两部分器两部分组成配风器的任器的任务是供是供给适量的空气，以形成有利于空气和适量的空气，以形成有利于空气和油油雾混合的空气混合的空气动力力场 图3 3-2121所示所示为直管式配直管式配风器的示意器的示意图，它多用于小型，它多用于小型锅炉和窑炉。

炉和窑炉三、油的燃烧技术三、油的燃烧技术图3 3-2121 直管式配直管式配风器的示意器的示意图第四节 高效低污染燃烧技术2. 实现良好的配良好的配风 油燃油燃烧器是由器是由喷油嘴和配油嘴和配风器两部分器两部分组成配风器的任器的任务是供是供给适量的空气，以形成有利于空气和适量的空气，以形成有利于空气和油油雾混合的空气混合的空气动力力场 三、油的燃烧技术三、油的燃烧技术 不不论采用何种配采用何种配风方式都方式都应该使空气和油使空气和油雾扩展角很好展角很好配合，一般气流的配合，一般气流的扩展角展角应比油比油雾扩展角稍小些，以使空气展角稍小些，以使空气能高速能高速喷入油入油雾中形成良好的配合中形成良好的配合( (见图3 3-22)22)a ab b图3 3-2222 空气空气扩散角和油散角和油雾扩散角的配合散角的配合a.a.空气流扩展角过大空气流扩展角过大 b.空气流扩展角合适空气流扩展角合适第四节 高效低污染燃烧技术四、煤粉燃烧稳定技术四、煤粉燃烧稳定技术 我国大型我国大型锅炉和工炉和工业窑炉大多采用煤粉燃窑炉大多采用煤粉燃烧。

煤粉燃煤粉燃烧稳定技定技术是通是通过各种新型燃各种新型燃烧器来器来实现煤粉的煤粉的稳定着火和燃定着火和燃烧强强化采用新型燃化采用新型燃烧器不但能使器不但能使锅炉适炉适应不同的煤种，特不同的煤种，特别是燃用劣是燃用劣质煤和低煤和低挥发分煤，而且能提高燃分煤，而且能提高燃烧效率，效率，实现低低负荷荷稳燃，防止燃，防止结渣，并渣，并节约点点火用火用油1. 煤粉煤粉钝体燃体燃烧器器 煤粉煤粉钝体燃体燃烧器器见图3 3-23 3图3 3-23 3 煤粉煤粉钝体燃体燃烧器示意器示意图第四节 高效低污染燃烧技术四、煤粉燃烧稳定技术四、煤粉燃烧稳定技术2. 稳燃腔燃燃腔燃烧器器 3. 开开缝钝体燃体燃烧器器 4. 夹心心风燃燃烧器器 5. 火焰火焰稳定船式燃定船式燃烧器器6. 双通道自双通道自稳燃式燃燃式燃烧器器 第四节 高效低污染燃烧技术五、煤粉低氮氧化物燃烧技术五、煤粉低氮氧化物燃烧技术一般来一般来说，采用低，采用低过量空气燃量空气燃烧可以降低可以降低NOx排放排放15%～～20%燃煤电站站对环境的境的污染是十分染是十分严重的目前世界上大重的目前世界上大多数燃煤多数燃煤电站站对粉粉尘和和SO2的排放已有相当成熟的控制和的排放已有相当成熟的控制和处理技理技术，但，但对如何减少另一种如何减少另一种污染物染物——NOx的排放仍在的排放仍在进一步深一步深入入研究之中。

目前降低研究之中目前降低NOx的排放比的排放比较成熟的成熟的办法是法是采用空气分采用空气分级燃燃烧和烟气再循和烟气再循环燃燃烧等技等技术1. 低低过量空气燃量空气燃烧 如果使煤粉燃如果使煤粉燃烧过程的供气接近理程的供气接近理论空气量，空气量，则由于烟气中由于烟气中过氧量的减少将有效地抑制氧量的减少将有效地抑制NOx的生的生成，成，显然然这是一种最是一种最简单的降低的降低NOx排放的方法排放的方法值得注意得注意的是，采用的是，采用这种方法有一定的限制种方法有一定的限制第四节 高效低污染燃烧技术五、煤粉低氮氧化物燃烧技术五、煤粉低氮氧化物燃烧技术2. 空气分空气分级燃燃烧 空气分空气分级燃燃烧是目前国内外燃煤是目前国内外燃煤电厂采用厂采用最广泛、技最广泛、技术上也比上也比较成熟的低成熟的低NOx的燃的燃烧技技术空气分级燃燃烧的基本原理是将燃料的燃的基本原理是将燃料的燃烧过程分程分阶段来完成段来完成图3 3-24 4 空气分空气分级燃燃烧原理的示意原理的示意图第四节 高效低污染燃烧技术 3. 燃料的分燃料的分级燃燃烧 燃料的分燃料的分级燃燃烧与空气分与空气分级燃燃烧类似。

似它先将它先将80％～％～85％的燃料送％的燃料送入入第一第一级燃燃烧区，使之在区，使之在过量空量空气系数大于气系数大于1的条件下燃的条件下燃烧，并生成，并生成NOx；其余的；其余的20％～％～l5％％的燃料的燃料则在主燃在主燃烧器的上部送器的上部送入入第二第二级燃燃烧区，在区，在过量空气量空气系数小于系数小于l的条件下形成很的条件下形成很强强的的还原气氛，从而使得在第一原气氛，从而使得在第一级燃燃烧区中生成的区中生成的NOx在第二在第二级燃燃烧区中被区中被还原成氮分子；与原成氮分子；与此同此同时，新的，新的NOx的生成也受到了抑制采用此法可使的生成也受到了抑制采用此法可使NOx的排放降低的排放降低50％五、煤粉低氮氧化物燃烧技术五、煤粉低氮氧化物燃烧技术第四节 高效低污染燃烧技术4. 烟气再循烟气再循环 除了利用空气和燃料分除了利用空气和燃料分级燃燃烧减少减少NOx排放排放外，目前外，目前还采用烟气再循采用烟气再循环来减少来减少NOx的排放这种方法是种方法是在在锅炉尾部空气炉尾部空气预热器前抽取一部分低温烟气，或直接送器前抽取一部分低温烟气，或直接送入入炉膛，或与一次炉膛，或与一次风或二次或二次风混合后再送混合后再送入入炉膛。

炉膛这样不但可不但可以降低以降低进入炉膛的氧气入炉膛的氧气浓度，而且可以降低燃度，而且可以降低燃烧温度，温度，这些些都有利于抑制都有利于抑制NOx的生成经验表明，当烟气再循表明，当烟气再循环率率为l5％％～～20％％时，煤粉炉，煤粉炉NOx的排放可降低的排放可降低25％左右五、煤粉低氮氧化物燃烧技术五、煤粉低氮氧化物燃烧技术第四节 高效低污染燃烧技术六、高浓度煤粉燃烧技术六、高浓度煤粉燃烧技术高高浓度煤粉燃度煤粉燃烧技技术不但能不但能实现煤粉煤粉锅炉低氮氧化物燃炉低氮氧化物燃烧，，而且能而且能实现无烟煤等无烟煤等难燃煤种的燃煤种的稳燃为了了实现高高浓度煤粉度煤粉燃燃烧技技术，必，必须提高一次提高一次风中的煤粉中的煤粉浓度，目前主要有以下度，目前主要有以下三种提高煤粉三种提高煤粉浓度的方法度的方法1. 高高浓度的度的给粉粉 它是直接采用高它是直接采用高浓度度输粉，即用独立的粉，即用独立的风源或其他介源或其他介质把高把高浓度的煤粉，度的煤粉，经过比常比常规给粉管粉管细得多得多的管道直接送至燃的管道直接送至燃烧器器进行高行高浓度的燃度的燃烧2. 采用燃采用燃烧器器浓缩技技术 选种技种技术或是形成或是形成浓淡偏差燃淡偏差燃烧，，或是大范或是大范围地地调节一、二次一、二次风粉流，粉流，间接形成高接形成高浓度燃度燃烧，，或是通或是通过特殊的特殊的喷嘴嘴设计形成局部形成局部浓缩着火区。

着火区3. 采用采用浓缩器器浓缩技技术 它是在燃它是在燃烧器之外器之外设置置专门的的浓缩机构，从而机构，从而浓缩一次一次风粉流，粉流，实现高高浓度煤粉燃度煤粉燃烧第四节 高效低污染燃烧技术七、流化床燃烧技术七、流化床燃烧技术煤的流化床燃煤的流化床燃烧是是继煤燃煤燃烧和粉煤燃和粉煤燃烧后，于后，于20世世纪60年代年代开始迅速开始迅速发展起来的一种新的煤燃展起来的一种新的煤燃烧方式这种方式煤种适种方式煤种适应性广，易于性广，易于实现炉内脱硫和低氮氧化物排放，且燃炉内脱硫和低氮氧化物排放，且燃烧效率效率高，高，负荷荷调节性好，能有效地利用灰渣性好，能有效地利用灰渣1. 1. 特殊的气固流特殊的气固流动形形态——流流态化化 a b a b c c图3 3-25 5 气固两相随气流速度气固两相随气流速度变化所呈化所呈现的不同流的不同流态a.a.固定床固定床 b.沸腾床沸腾床 c.循环流化床循环流化床第四节 高效低污染燃烧技术七、流化床燃烧技术七、流化床燃烧技术2. 2. 流化床流化床锅炉的炉的优点点（（1））燃料的适燃料的适应性好性好：：（（2））污染物排放低染物排放低：：（（3））燃燃烧效率高效率高：：（（4））负荷荷调节性好性好：：（（5））有效利用灰渣有效利用灰渣：：正是上述正是上述这些些优点，使流化床燃点，使流化床燃烧技技术在在较短的短的时间内得到内得到了迅速了迅速发展和广泛展和广泛应用。

用第四节 高效低污染燃烧技术3. 3. 流化床流化床锅炉的炉的发展展 流化床流化床锅炉已从炉已从20世世纪60年代的年代的第一代鼓泡流化床第一代鼓泡流化床锅炉炉发展到展到80年代的第二代循年代的第二代循环流化床流化床锅炉，炉，锅炉的容量也从以小于炉的容量也从以小于75 t/h 为主，逐步主，逐步发展到展到220 t/h、、410 t/h，目前正向，目前正向800t/h和更大容量和更大容量发展，并与展，并与200 MW的汽的汽轮发电机机组配套目前，流化床配套目前，流化床锅炉部分地取代煤粉炉部分地取代煤粉锅炉，炉，大幅度地减少大幅度地减少污染物的排放，降低染物的排放，降低电厂治理厂治理污染的投染的投资和运和运行行费用，已成用，已成为全世界全世界洁净煤技煤技术的重要的重要发展方向之一展方向之一目前目前为发展燃气蒸汽展燃气蒸汽联合循合循环发电装置，一种与燃气装置，一种与燃气轮机机配套的增配套的增压流化床流化床锅炉也正在迅速炉也正在迅速发展之中因此，根据我展之中因此，根据我国能源以煤国能源以煤为主且煤主且煤质较差的国情，大力差的国情，大力发展流化床燃展流化床燃烧技技术是十分必要的是十分必要的。

七、流化床燃烧技术七、流化床燃烧技术第五节 余热利用技术以环境温度为基准，被考察体系排出的热载体可释放热称为以环境温度为基准，被考察体系排出的热载体可释放热称为余热企企业中有着丰富的余中有着丰富的余热资源，从广源，从广义上上讲，凡是温度，凡是温度比比环境温度高的排气和待冷物料所含的境温度高的排气和待冷物料所含的热量都属于余量都属于余热一）余热资源分类（一）余热资源分类依据在热体形态将余热分为以下三类：依据在热体形态将余热分为以下三类：1. 1. 固态载体余热资源：固态载体余热资源：2. 2. 液态载体余热资源：液态载体余热资源：3. 3. 气态载体余热资源：气态载体余热资源：一、概述一、概述第五节 余热利用技术一、概述一、概述（二）余热资源等级（二）余热资源等级 1 1．余热资源等级划分原则．余热资源等级划分原则 按余热利用投资回收期划分按余热利用投资回收期划分余热资源等级余热资源等级 2. 2. 余热资源等级余热资源等级 余余热资源等源等级余余热利用投利用投资回收期回收期常常见余余热资源源举例例 一等余一等余热资源源 ＜＜ 3可燃性可燃性废气、气、废液、液、废料；供料；供热系系统中的冷中的冷凝水；凝水；400℃以上温度的烟气；以上温度的烟气；砖瓦窑炉中瓦窑炉中用于干燥坯体的低温烟气用于干燥坯体的低温烟气 二等余二等余热资源源3～～6250℃温度的烟气；温度的烟气；80℃以上的冷却水；可以上的冷却水；可利用的高温排渣利用的高温排渣三等余三等余热资源源＞＞6250℃以下温度的烟气；可利用的中温排渣以下温度的烟气；可利用的中温排渣表表3-10 余热资源等级余热资源等级余余热接温度水平可以分接温度水平可以分为三档：高温余三档：高温余热，温度大于，温度大于650℃℃；中温余；中温余热，温度，温度为230～～650℃℃；低温余；低温余热，温度低于，温度低于230℃℃。

第五节 余热利用技术二、余热利用的原则与途径二、余热利用的原则与途径( (一一) ) 余余热利用的原利用的原则在估在估计和利用余和利用余热中，中，应注意以下原注意以下原则与事与事项1. 余余热的可用性的可用性（（1）余）余热的可用性表的可用性表现为余余热应具有一定的品具有一定的品质与足与足够的数的数量2）余）余热的品的品质：：（（3）按国家）按国家规定的工定的工业炉窑烟气排放炉窑烟气排放标准，可估准，可估计其余其余热的的可用性：可用性：锅炉容量（t/h）排烟温度(℃)锅炉容量（t/h）排烟温度(℃)<1≤3204≤200≥1≤250≥6≤180表表3-11 工业锅炉排烟温度标准工业锅炉排烟温度标准第五节 余热利用技术表表3 3-1212 工工业炉窑烟气余炉窑烟气余热回收率回收率标准准烟气出口温度（使用低发热量燃料时使用高发热量燃料时余热回收标准（%）排气温度（℃）预热空气温度（℃）余热回收标准（%）排气温度（℃）预热空气温度（℃）5002035017022340150600234002202738020070024466260274402308002453030026510250900265803502856030010002367035025550300>100026~48710~470450~75030~55570~400400~700二、余热利用的原则与途径二、余热利用的原则与途径第五节 余热利用技术2. 余余热的有效利用的有效利用（（1）余）余热的利用也的利用也应按按“按质用能，梯级利用按质用能，梯级利用”的的用能原用能原则办。

2））应在想方在想方设法提高法提高设备效率，以减少余效率，以减少余热排出量的前排出量的前提提下，就近、就地利用余下，就近、就地利用余热，最，最优先用在本工序上，以减少先用在本工序上，以减少余余热传输损失3）尽可能减少使用中能量的）尽可能减少使用中能量的转换次数，以减少次数，以减少转换损失，失，最好是直接利用最好是直接利用4）要减少余）要减少余热利用与管理上的能量利用与管理上的能量损失应尽量避免在尽量避免在余余热中混中混进低温空气或水，低温空气或水，这不不仅使余使余热品品质降低，且引起降低，且引起处理量的增加，因而使理量的增加，因而使处理理设备增大注意回收余增大注意回收余热设备、、管道，管道，阀门阀门等的保温隔等的保温隔热，以减少散，以减少散热损失二、余热利用的原则与途径二、余热利用的原则与途径第五节 余热利用技术 3. 余余热回收率的控制回收率的控制 余余热回收率并不是愈高愈好要考回收率并不是愈高愈好要考虑以下以下问题，适当控制余，适当控制余热的回收率的回收率1）要以不影响）要以不影响产品品质量及量及设备寿命寿命为前提来考前提来考虑余余热回收如高温如高温产品品显热的回收就要注意冷却速度，以免急冷而使的回收就要注意冷却速度，以免急冷而使产品品变形、开裂或形、开裂或过大的大的热应力，造成力，造成损坏。

坏2）烟气余）烟气余热回收率回收率过高，可能造成高，可能造成设备的低湿温腐的低湿温腐蚀3）随着回收率的提高，余）随着回收率的提高，余热回收回收设备，如，如换热器等的器等的设备费用将按指数用将按指数规律增加4）利用烟气来）利用烟气来预热燃燃烧用空气，使燃用空气，使燃烧温度提高，温度提高，这可使可使烟气中的氮氧化物含量增加，造成烟气中的氮氧化物含量增加，造成对大气的大气的污染应注意注意环境保境保护二、余热利用的原则与途径二、余热利用的原则与途径第五节 余热利用技术 4. 余余热利用的利用的经济性性 余余热利用不但要添加回收利用利用不但要添加回收利用设备，，需要投需要投资，而且，而且还要要扩大占地面大占地面积，增加运行管理的，增加运行管理的环节与与费用 评价余价余热回收利用的回收利用的经济效益有以下几种方法效益有以下几种方法 （（1）使用期）使用期净收益法：收益法： （（2）投）投资偿还年限法：年限法： （（3）投）投资利润率法：资利润率法：当然，在评价余热利用时，还应注意环境、对产品质量及工当然，在评价余热利用时，还应注意环境、对产品质量及工人劳动条件等的影响人劳动条件等的影响。

二、余热利用的原则与途径二、余热利用的原则与途径第五节 余热利用技术（二）（二）余余热利用的途径利用的途径余余热利用的途径主要有三方面：余利用的途径主要有三方面：余热的直接利用、余的直接利用、余热发电和余和余热的的综合利用 1．余．余热的直接利用的直接利用 余余热的直接利用有以下途径的直接利用有以下途径：： (1））预热空气空气：： (2））干燥干燥：： (3））生生产热水和蒸汽水和蒸汽：： (4））制冷制冷：： 2．余．余热发电 利用余利用余热发电通常有以下几种方式：通常有以下几种方式： 3．余．余热的的综合利用合利用 余余热的的综合利用是根据工合利用是根据工业余余热温温度的高低，采用不同的利用方法，度的高低，采用不同的利用方法，实现余余热的梯的梯级利用，以利用，以达到达到“热尽其用热尽其用”的目的二、余热利用的原则与途径二、余热利用的原则与途径第五节 余热利用技术三、余热计算三、余热计算为了开发利用余热，制定余热回收标准，采取合适的余热回为了开发利用余热，制定余热回收标准，采取合适的余热回收技术，应该对我国余热资源进行调查、测试、统计和分析收技术，应该对我国余热资源进行调查、测试、统计和分析。

这都须对余热进行计算下面介绍几种余热的计算公式，以这都须对余热进行计算下面介绍几种余热的计算公式，以便采用测算结合的方法，得出余热资源数量便采用测算结合的方法，得出余热资源数量1. 1. 烟气余热烟气余热式中式中 B B——炉窑的平均燃料用量（炉窑的平均燃料用量（kg/h）；）；V Vy y——每公斤燃料产生的烟气量（每公斤燃料产生的烟气量（Nm3 3/kg/kg）对于煤，可从表）对于煤，可从表3-13查得；查得；t ty y、、t tp p——分别为烟气的与余热利用设备排烟的平均温度（分别为烟气的与余热利用设备排烟的平均温度（℃℃）如表3-143-14所列；所列；第五节 余热利用技术表表3-13 燃烧每公斤煤产生的烟气量燃烧每公斤煤产生的烟气量（（Nm3/kg）） 煤的发热量 (Kj/kg) 过量空气系数66901882020910230002509027180292701.26.126.667.217.778.318.859.401.36.537.167.768.388.969.5510.151.47.027.668.328.979.6110.2510.901.57.488.178.839.5810.2710.9511.66表表3-14 常见工业炉窖排烟温度常见工业炉窖排烟温度设备名称排烟温度（℃）设备名称排烟温度（℃）空气吹炼平炉600—700玻璃熔窑650—900氧气吹炼平炉700—1100锅 炉100—300氧气顶吹转炉1650—1900燃气轮机400—550炼铜反射炉1100—1300内燃机300—600镍精炼炉1400—1600增压内燃机250—400炼锌烟化炉1000—1100热处理炉400—600干法水泥窑600—800炼油石油化工换热器300—450第五节 余热利用技术C Cy y, ,C Cp p——分别为烟气的与余热利用设备排烟时温度下的比分别为烟气的与余热利用设备排烟时温度下的比热（热（kJ/Nm3 3·K K）。

其数值可以从表）其数值可以从表3-15查得烟气温度（℃）烟气比热（3·K烟气温度（℃）烟气比热（3·K01.3595001.4631001.3796001.4841801.3967001.5052001.4008001.5223001.4219001.5384001.44210001.559表表3-15 通用烟气比热通用烟气比热第五节 余热利用技术2. 2. 高温炉渣和产品余热高温炉渣和产品余热 高温炉渣的余热可用下式计算高温炉渣的余热可用下式计算 式中式中 m mz z——炉渣产量（炉渣产量（kg/h）；）；t tz z，，tzpzp——分别为高温炉渣的与炉渣热量被利用后的排渣分别为高温炉渣的与炉渣热量被利用后的排渣温度（温度（℃℃）；）；C Cz z，，C Czpzp——分别为分别为t tz z与与t tzpzp温度时炉渣的比热（温度时炉渣的比热（kJ/kg·K K）对于近似计算，炉渣比热可参照表对于近似计算，炉渣比热可参照表3-16取值。

取值高温产品余热计算，可用上述类似的方法进行高温产品余热计算，可用上述类似的方法进行3-42））第五节 余热利用技术表表3-16 炉渣近似的比热炉渣近似的比热炉渣温度（炉渣近似的比热（炉渣温度（炉渣近似的比热（1000.8078000.9572000.84410000.9823000.87812001.0036000.932——第五节 余热利用技术3. 3. 冷却介质余热冷却介质余热（（1）水冷却的余热）水冷却的余热式中式中 D DS S——冷却水流量（冷却水流量（kg/h）；）；C CS S——水的比热（水的比热（kJ/（（kg·K K））；））；t t2 2，，t1 1——冷却水在冷却设备中的出口利用设备的出口温度冷却水在冷却设备中的出口利用设备的出口温度（（℃℃）2）汽化冷却的余热）汽化冷却的余热式中式中 D Dq q——汽化时的产汽量（汽化时的产汽量（kg/h）；）；h hs s，，h hq q——分别为汽化介质在冷却设备中的出口和利用设备分别为汽化介质在冷却设备中的出口和利用设备的出口焓（的出口焓（kJ/kg）废水和废汽的余热可用类似的方法计算废水和废汽的余热可用类似的方法计算。

第五节 余热利用技术4. 4. 可燃气体余热可燃气体余热 可燃气体余热由可燃气体的发热量确定：可燃气体余热由可燃气体的发热量确定：式中式中Q Qd d——可燃气体的低位发热量（可燃气体的低位发热量（kJ/Nm3 3）；）； V Vr r——可燃气体的体积（可燃气体的体积（Nm3 3/h/h） 煤气煤气15470～～17150kJ/Nm17150kJ/Nm3 3；焦炉煤气为；焦炉煤气为14650～～18840kJ/Nm18840kJ/Nm3 3；天然气为；天然气为33500～～39000kJ/Nm39000kJ/Nm3 35. 5. 化学反应余热化学反应余热 化学反应余热取决于具体的化学反应，化学反应余热取决于具体的化学反应，其余热量为：其余热量为：式中式中 m mf f——化工产品产量或化工原料耗用量（化工产品产量或化工原料耗用量（kg/h）；）；q qf f——生产单位产品或耗用单位原料的反应放热量生产单位产品或耗用单位原料的反应放热量（（kJ/kg）上述计算都是每小时可产余热量在计算余热资源时应按上述计算都是每小时可产余热量在计算余热资源时应按年产余热量计算。

年产余热量计算第五节 余热利用技术1. 余热的动力回收余热的动力回收 余热中动力回收的经济性好，许多热余热中动力回收的经济性好，许多热设备的排气温度较高设备的排气温度较高(见表见表3-17)，能满足动力回收的条件能满足动力回收的条件四、余热利用实例四、余热利用实例表表3 3-17 7 常常见热设备的排气温度的排气温度 设 备 排气温度(℃) 设 备 排气温度(℃)高炉1100～1200干法水泥窑900～l000炼钢平炉600～1100玻璃镕窑650～900氧气顶吹转炉1650～1900煤气发生炉400～700钢坯加热炉900～1200燃气轮机400～550炼焦炉约1000内燃机300～600炼铜炉1000～1300热处理炉400～600镍精炼炉1400～1600干燥炉250～600石油化工装备300～450锅炉100～350第五节 余热利用技术此外，此外，许多可燃多可燃废气，其温度和气，其温度和热值都比都比较高，也高，也是是理想的理想的动力回收力回收的的资源表3-18给出了部分可燃废气的成分和发热量给出了部分可燃废气的成分和发热量。

四、余热利用实例四、余热利用实例废 气可燃成分(％)低位发热量(kJ/kg)COH2CH4焦炉煤气5～855～6023～2716300～17600高炉煤气27～301～20.3～0.83770～4600转炉煤气56～611.5—6280～7540铁合金冶炼炉气706—>8400合成氨甲烷排气——1514600化肥厂焦结煤球干馏气6.619.354200～4600电石炉排气8014110900～ll700表表3 3-18 8 部分可燃部分可燃废气的成分和气的成分和发热量量第五节 余热利用技术在在动力回收中，最力回收中，最简单的是直接利用可燃的是直接利用可燃废气气驱动燃气燃气轮机对于中高温的于中高温的废气，在很多情况下，都是采用余气，在很多情况下，都是采用余热锅炉炉产生蒸汽，再生蒸汽，再驱动汽汽轮机机发电余余热锅炉的炉的结构和一般构和一般锅炉炉类似，也是由省煤器、蒸似，也是由省煤器、蒸发受受热面和面和过热器器等等组成，但由于成，但由于热源分散，温度水平不同，因此不能像普通源分散，温度水平不同，因此不能像普通锅炉那炉那样组成一个整体，其布置成一个整体，其布置应服从工服从工艺要求，多采用分散布置。

因要求，多采用分散布置因为不需要炉不需要炉膛，所以其外形更膛，所以其外形更类似于似于换热器四、余热利用实例四、余热利用实例第五节 余热利用技术对于低温的余于低温的余热，在，在动力回收中通常采用力回收中通常采用闪蒸法或低沸点工蒸法或低沸点工质法闪蒸蒸法主要用于低温法主要用于低温热水或汽水混合物，水或汽水混合物，闪蒸蒸动力循力循环如如图3 3-26 6所示四、余热利用实例四、余热利用实例图3-3-26 6 单级闪蒸蒸动力循力循环系系统圈圈1.闪蒸器闪蒸器 2.汽轮机汽轮机 3.发电机发电机 4.冷凝器冷凝器 5.冷水源冷水源6.水泵水泵 7.阀阀 8.排热水排热水 9.低温热水低温热水第五节 余热利用技术另一种采用低沸点工另一种采用低沸点工质的的动力回收方法是采用双循力回收方法是采用双循环法，即法，即低沸点工低沸点工质作作为直接做功工直接做功工质，而另一种工，而另一种工质则作作为中中间传热介介质，构成双工，构成双工质循循环图3 3-2727所示所示为油油-氟利昂双工氟利昂双工质循循环的示意的示意图四、余热利用实例四、余热利用实例图3 3-2727 油氟利昂双工油氟利昂双工质循循环的示意的示意图第五节 余热利用技术四、余热利用实例四、余热利用实例2. 2. 凝凝结水回收系水回收系统 蒸汽是工蒸汽是工业生生产和人和人们生活中被广泛生活中被广泛应用的用的载热介介质。

一般用汽一般用汽设备利用的蒸汽利用的蒸汽热量只不量只不过是蒸汽是蒸汽的潜的潜热，而蒸汽中的，而蒸汽中的显热，即凝，即凝结水中的水中的热量，几乎没有被量，几乎没有被利用凝结水温度等于工作蒸汽水温度等于工作蒸汽压力下的力下的饱和温度，蒸汽和温度，蒸汽压力越高，凝力越高，凝结水中的水中的热量也越多其含量也越多其含热量可以达到蒸汽所量可以达到蒸汽所含含热量的量的20％～％～30％如果不加以回收，不％如果不加以回收，不仅损失失热能，而能，而且也且也损失了高度失了高度洁净的水，使的水，使锅炉炉补给水和水水和水处理理费用增加第五节 余热利用技术蒸汽在用汽蒸汽在用汽设备和管道中放出潜和管道中放出潜热以后，即凝以后，即凝结为水在设备中中积存的凝存的凝结水水应及及时排出如积存存过多，多，对加加热设备来来说，将减少蒸汽的散，将减少蒸汽的散热面面积降低设备的加的加热效果；效果；对动力力设备和管道和管道还会引会引发水水击为此在加此在加热设备和管道的泄水管和管道的泄水管出口出口应装装设疏水器疏水器(见图3-28)图3 3-2828热膨膨胀式疏水器式疏水器1. .凝凝结水入口水入口 2. .管接管接头 3. .管箍管箍 4. .阀座座 5. .凝凝结水出口水出口6. .丝堵堵 7. . 阀尖尖 8. .阀体体 9. .波波纹管管 l0. .阀盖盖第六节 磁场有效用能技术一、磁场有效用能原理一、磁场有效用能原理1. 1. 高频加热原理高频加热原理 高频加热是一项已经成熟并且广泛运用高频加热是一项已经成熟并且广泛运用的加热技术，发热原理是：通过先进的电路系统在被加热的的加热技术，发热原理是：通过先进的电路系统在被加热的金属内部产生高频磁场，高频磁场根据高频感应原理在被加金属内部产生高频磁场，高频磁场根据高频感应原理在被加热的金属内部产生高频电子碰撞，从而产生热量使金属温度热的金属内部产生高频电子碰撞，从而产生热量使金属温度迅速上升。

由于是高频感应原理，高频线圈不与被加热金属迅速上升由于是高频感应原理，高频线圈不与被加热金属直接接触，所以系统本身热辐射温度接近环境温度，只有直接接触，所以系统本身热辐射温度接近环境温度，只有50℃℃以下，人体完全可以触摸它以热效高、发热快、省电以下，人体完全可以触摸它以热效高、发热快、省电节能、安全可靠等诸多优点在我们日常生活中发挥着重要作节能、安全可靠等诸多优点在我们日常生活中发挥着重要作用，比如我们家庭常用的电磁炉等用，比如我们家庭常用的电磁炉等第六节 磁场有效用能技术一、磁场有效用能原理一、磁场有效用能原理2. 2. 电磁加热节能原理电磁加热节能原理 电磁加热是通过线圈把交变的电场转电磁加热是通过线圈把交变的电场转换成交变的磁场，加热筒体在交变磁场的作用下产生涡流而换成交变的磁场，加热筒体在交变磁场的作用下产生涡流而发热的一种加热方式，这种方式它从根本上解决了电热片、发热的一种加热方式，这种方式它从根本上解决了电热片、电热圈等电阻式通过热传导方式加热的效率低下问题，其加电热圈等电阻式通过热传导方式加热的效率低下问题，其加热效率在热效率在95%以上1）原有加热圈：）原有加热圈：（（2）高效节能加热：）高效节能加热：第六节 磁场有效用能技术二、磁流体发电技术二、磁流体发电技术1. 1. 磁流体发电磁流体发电 定义磁流体发电技术，就是用燃料定义磁流体发电技术，就是用燃料( (石油、石油、天然气、燃煤、核能等天然气、燃煤、核能等)直接加热成易于电离的气体，使之直接加热成易于电离的气体，使之在在2000℃2000℃的高温下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中的高温下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动时，切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直接高速流动时，切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直接转换成电流。

转换成电流2. 2. 磁流体发电的基本原理磁流体发电的基本原理 磁流体发电是将热能直接转变磁流体发电是将热能直接转变为电能的一种发电方式，与普通发电相比，减少了转换成机为电能的一种发电方式，与普通发电相比，减少了转换成机械能这一阶段，是利用电磁感应现象获得电能械能这一阶段，是利用电磁感应现象获得电能3. 3. 磁流体磁流体发电的特点发电的特点（（1 1）效率高：）效率高： （（2 2）无转动部分：）无转动部分：（（3 3）机组容量越大越好：）机组容量越大越好：（（4 4）起动快：）起动快：（（5 5）环境污染少：）环境污染少：（（6 6）结构简单，发电成本低：）结构简单，发电成本低：（（7 7）涉及科学技术面很广：）涉及科学技术面很广：第六节 磁场有效用能技术三、超导磁场储能技术三、超导磁场储能技术 所谓超导磁场储能技术（所谓超导磁场储能技术（SMES），即利用超导材料制），即利用超导材料制作成超导螺旋管，让其处于相应低温下，呈现出超导状态作成超导螺旋管，让其处于相应低温下，呈现出超导状态通过与其连接的功率调节系统，将电网中过剩的电力转换成通过与其连接的功率调节系统，将电网中过剩的电力转换成直流电（以磁场的形式）存储于超导螺旋管中。

当电网出现直流电（以磁场的形式）存储于超导螺旋管中当电网出现峰荷而使系统电力不足时，又可通过功率调节系统的逆向输峰荷而使系统电力不足时，又可通过功率调节系统的逆向输送将存储于超导螺旋管中的电能（或者说磁能）转换成交流送将存储于超导螺旋管中的电能（或者说磁能）转换成交流电送入电网电送入电网一）超导磁场储能原理（一）超导磁场储能原理超导磁储能装置超导磁储能装置(Superconducting Magnetic Energy Storage，，SMES) )系统通过变压器与电网向连，实现对功率波系统通过变压器与电网向连，实现对功率波动的抑制图动的抑制图3-29给出了给出了SMES的结构框图，它主要由超导磁的结构框图，它主要由超导磁体、功率变换装置和控制系统三部分组成，其中超导磁储能体体、功率变换装置和控制系统三部分组成，其中超导磁储能体包括超导线圈、低温容器和制冷装置包括超导线圈、低温容器和制冷装置第六节 磁场有效用能技术三、超导磁场储能技术三、超导磁场储能技术图3-2929 SMES装置结构框图装置结构框图第六节 磁场有效用能技术三、超导磁场储能技术三、超导磁场储能技术目前采用的主要方法有分段电阻保护、并联电阻保护、谐目前采用的主要方法有分段电阻保护、并联电阻保护、谐振电路保护和变压器保护。

冷却装置保证了超导线圈的工作振电路保护和变压器保护冷却装置保证了超导线圈的工作环境；目前的冷却方式主要有两种：一种是将线圈浸泡在液环境；目前的冷却方式主要有两种：一种是将线圈浸泡在液氦之中的浸泡冷却方式；另一种是在导体内部强制通过超临氦之中的浸泡冷却方式；另一种是在导体内部强制通过超临界氦流的强制冷却方式界氦流的强制冷却方式1 1．超导线圈．超导线圈 2 2．冷却系统．冷却系统3. 3. 变流器变流器4. 4. 失超保护失超保护（（1）过热2）高压放电高压放电3）应力过载应力过载第六节 磁场有效用能技术三、超导磁场储能技术三、超导磁场储能技术（二）超导储能装置的优点（二）超导储能装置的优点（（1）超导线圈运行在超导状态下无直流电流，减少了热损）超导线圈运行在超导状态下无直流电流，减少了热损耗，同时它可传导的平均电流密度，比一般常规导线线圈高耗，同时它可传导的平均电流密度，比一般常规导线线圈高达达2个数量级，可产生很强的磁场，能达到很高的储能密度约个数量级，可产生很强的磁场，能达到很高的储能密度约（（108 8J/mJ/m3 3）且能长时间无损耗的储能，而出电池储能重复次）且能长时间无损耗的储能，而出电池储能重复次数一般在千次。

数一般在千次2）储能效率高达）储能效率高达95%，并可通过采用电力电子器件的变，并可通过采用电力电子器件的变流器实现与电网的连接，相应速度非常快流器实现与电网的连接，相应速度非常快3）超导储能线圈的储能量与功率调节系统的容量，可独）超导储能线圈的储能量与功率调节系统的容量，可独立的在大范围内选取立的在大范围内选取4）超导储能装置除了真空和制冷系统外没有转动磨损部）超导储能装置除了真空和制冷系统外没有转动磨损部分，因此装置使用寿命长分，因此装置使用寿命长5）超导储能装置可不受地点限制，且维护简单、污染小超导储能装置可不受地点限制，且维护简单、污染小第六节 磁场有效用能技术四、磁场其他应用技术四、磁场其他应用技术（一）磁场在材料科学中的应用（一）磁场在材料科学中的应用在材料科学中应用的电磁场主要有：在材料科学中应用的电磁场主要有：--------由超导线圈产生的高强度的直流磁场主要用于控制液由超导线圈产生的高强度的直流磁场主要用于控制液体金属的流动例如，作为电磁制动抑制连铸、特别是高速体金属的流动例如，作为电磁制动抑制连铸、特别是高速连铸时结晶器内钢液的流动；控制液体金属的形核、生长等连铸时结晶器内钢液的流动；控制液体金属的形核、生长等凝固过程。

凝固过程频率从几赫兹到数十兆赫兹的交流磁场：交流磁场是频率从几赫兹到数十兆赫兹的交流磁场：交流磁场是材料加工过程中应用最广泛的一种电磁场，通过电磁场频率材料加工过程中应用最广泛的一种电磁场，通过电磁场频率的选择将其应用于感应加热、电磁搅拌、电磁加压、电磁传的选择将其应用于感应加热、电磁搅拌、电磁加压、电磁传输等工艺过程输等工艺过程其他特殊磁场：如移动磁场、脉冲磁场、变幅磁场等其他特殊磁场：如移动磁场、脉冲磁场、变幅磁场等主要用于高效、节能等新技术工艺的开发上述各种磁场不主要用于高效、节能等新技术工艺的开发上述各种磁场不仅可以单独使用，也可结合使用仅可以单独使用，也可结合使用第六节 磁场有效用能技术四、磁场其他应用技术四、磁场其他应用技术1. 1. 磁场在金属材料领域的应用磁场在金属材料领域的应用（（1）电磁成形：电磁成形是将强脉冲电磁力作用于金属毛）电磁成形：电磁成形是将强脉冲电磁力作用于金属毛坯使其产生塑性变形的一种高能率成形的新工艺坯使其产生塑性变形的一种高能率成形的新工艺2）电磁铸造：）电磁铸造：（（3）电磁搅拌：）电磁搅拌：（（4）电磁净化：）电磁净化：（（5）电磁焊接：）电磁焊接：（（6）电磁加热：）电磁加热：（（7）电磁细化：）电磁细化：（一）磁场在材料科学中的应用（一）磁场在材料科学中的应用第六节 磁场有效用能技术四、磁场其他应用技术四、磁场其他应用技术（一）磁场在材料科学中的应用（一）磁场在材料科学中的应用2. 2. 磁场在非金属材料领域的应用磁场在非金属材料领域的应用（（1）电磁复合铸造：电磁复合铸造是在普通连续铸造基础）电磁复合铸造：电磁复合铸造是在普通连续铸造基础上，将结晶器改为无磁薄壁铸型，外侧施以电磁场的复合材上，将结晶器改为无磁薄壁铸型，外侧施以电磁场的复合材料铸造新工艺。

料铸造新工艺2）聚合物电磁动态成型：聚合物电磁动态成型加工方法）聚合物电磁动态成型：聚合物电磁动态成型加工方法是华南理工大学瞿金平教授在是华南理工大学瞿金平教授在20世纪世纪80年代发明的一种新型年代发明的一种新型的直接电磁换能、机电一体化、聚合物动态成型等全新概念的直接电磁换能、机电一体化、聚合物动态成型等全新概念和电磁动态成型新方法和电磁动态成型新方法3）电磁合成磁性材料：外加磁场对于铁磁材料的再结晶、）电磁合成磁性材料：外加磁场对于铁磁材料的再结晶、析出行为和相转变等冶金现象的影响都非常大析出行为和相转变等冶金现象的影响都非常大第六节 磁场有效用能技术四、磁场其他应用技术四、磁场其他应用技术（二）磁控免疫分析（二）磁控免疫分析免疫分析是临床上常用的检测方法，磁控免疫芯片系统一免疫分析是临床上常用的检测方法，磁控免疫芯片系统一般采用非均相免疫体系，以包被了抗体或抗原的微米或纳米般采用非均相免疫体系，以包被了抗体或抗原的微米或纳米磁珠为载体，在微通道中固定这些磁珠以捕获抗原或抗体磁珠为载体，在微通道中固定这些磁珠以捕获抗原或抗体采用微流控芯片系统显著改善了常规免疫分析的速度和性能，采用微流控芯片系统显著改善了常规免疫分析的速度和性能，大大降低了成本和试剂的消耗。

磁控免疫芯片的检测系统也大大降低了成本和试剂的消耗磁控免疫芯片的检测系统也从激光诱导荧光检测发展到电化学传感器，无需进行荧光标从激光诱导荧光检测发展到电化学传感器，无需进行荧光标记，系统体积可进一步减小，有利于实现便携化记，系统体积可进一步减小，有利于实现便携化第六节 磁场有效用能技术四、磁场其他应用技术四、磁场其他应用技术（三）核磁共振（三）核磁共振核磁共振（核磁共振（NMR）是进行分子结构鉴定的有效工具之一，）是进行分子结构鉴定的有效工具之一，近年来微型核磁线圈探头的发展使得核磁共振检测的灵敏度又近年来微型核磁线圈探头的发展使得核磁共振检测的灵敏度又有了显著的提高近年来报道了一套完全微型化的核磁共振芯有了显著的提高近年来报道了一套完全微型化的核磁共振芯片系统，包括阵列微流控芯片、集成线圈、核磁共振电路和经片系统，包括阵列微流控芯片、集成线圈、核磁共振电路和经过简化的微型永磁体，整个装置可以放进上衣口袋该系统可过简化的微型永磁体，整个装置可以放进上衣口袋该系统可以同时检测以同时检测5~10μl样品中的样品中的8种指标，并被成功用于病毒、细种指标，并被成功用于病毒、细胞和疾病标志物的检测。

胞和疾病标志物的检测第六节 磁场有效用能技术四、磁场其他应用技术四、磁场其他应用技术（四）大转矩电涡流缓速器技术（四）大转矩电涡流缓速器技术依靠磁场与电流的相互作用力，产生制动转矩；与传统机依靠磁场与电流的相互作用力，产生制动转矩；与传统机械制动相比，具有非接触式、无机械摩擦、制动平缓、寿命械制动相比，具有非接触式、无机械摩擦、制动平缓、寿命长、维护简单等优点长、维护简单等优点关键技术：分析电磁场空间分布，优化制动器结构，控制关键技术：分析电磁场空间分布，优化制动器结构，控制磁线圈与转子盘温升，在满足力学强度条件下产生尽可能大磁线圈与转子盘温升，在满足力学强度条件下产生尽可能大的电池转矩，以达到高效、可靠的制动非常适合高速列车的电池转矩，以达到高效、可靠的制动非常适合高速列车载重卡车、轿车等交通工具，应用前景广泛载重卡车、轿车等交通工具，应用前景广泛第六节 磁场有效用能技术四、磁场其他应用技术四、磁场其他应用技术（五）磁场临床应用（五）磁场临床应用医学临床上，通过检测人体磁场获得的信息，明显详细于对医学临床上，通过检测人体磁场获得的信息，明显详细于对人体生物电进行检测得到的信息，典型的应用有脑磁图、心人体生物电进行检测得到的信息，典型的应用有脑磁图、心磁图、肺磁图和肌磁图。

肺磁图主要用于检测人体肺部的外磁图、肺磁图和肌磁图肺磁图主要用于检测人体肺部的外界废尘的沉积量，为某些职业病的鉴定提供医学技术支持界废尘的沉积量，为某些职业病的鉴定提供医学技术支持肌磁图用于判断人体肌肉受伤情况，对于职业运动员有重要肌磁图用于判断人体肌肉受伤情况，对于职业运动员有重要意义脑磁图和心磁图主要用于疾病病灶的定位，为外科手意义脑磁图和心磁图主要用于疾病病灶的定位，为外科手术提供导航作用术提供导航作用。