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苏州日上为什么要研制新一代工业炉用高科技型

文章出处:未知责任编辑:admin作者:林文豪人气: 发表时间:2017-03-24 08:52 字体大小:【
本文章作者:日上(苏州)轻化纺高科技有限公司董事长 林文豪。转载请注明出处。    
苏州日上为什么要研制最新高科技型节能产品-林氏墙
   
   当今在中国国内使用的乙烯裂解炉基本上是50年前的技术基础设计出来的装置、用现在的眼光看乙烯裂解炉存在大量的不足。我们关注的是在裂解炉中辐射段采用陶纤棉做炉体断热材料,而陶纤棉本身就存在2大先天不足:1.热辐射率低  。
1.热辐射率低:
   高温加热炉的热传递方式基本都是以辐射传导热能为主,而其热辐射能的大小,随着温度上升所占比例会急剧增大;在进入1100度以上的高温段时,热辐射在传热中将起绝对的支配作用,占全体热传导能的90%以上。凡是保温性能好的物质,它对热的辐射性能一定很差,这可以说是大自然的一个规律,热工学基尔荷夫(Kirchhoff)定律:  
放射率 = 吸收率
吸热率和断热率实质上是同一个物理特性的2种表示形式,断热性能高的物质吸热率必然低,反之吸热率高的物质断热性能必然差。    国内有些高校专业课本在介绍陶瓷纤维棉的黑度(ε)时写到“根据英国麦凯尼公司对标准型、高铝陶瓷纤维针刺毯的黑度测定,两种陶瓷纤维针刺毯的黑度均为0.95 ,由此表明陶瓷纤维材料具有高于一般工程材料的黑度,在以辐射传热为主的工业窑炉中,陶瓷纤维壁衬对辐射能吸收能力大,同时对加热物料的辐射能力亦愈大。”这段文字显然是言过其实并且和热工学基尔荷夫定律相悖的。如果英国这家的陶瓷纤维针刺毯的黑度真的能高达0.95,那么可以断言它不是断热材料而是吸热材料。可是陶瓷纤维材料的最突出的特性是断热性能高,按照热工学的定律陶纤棉对热的吸收率很差那么辐射性能就一定很低。如果一方面强调其断热性能如何如何好,又同时炫耀其吸热性、辐射率如何高,这种完全违背自然定律的说法在理论和事实上都是通不过去的。 
陶瓷纤维棉、多晶莫来石轻质耐火砖和浇注料是现在三种常见的高温加热炉炉体的断热材料。其中陶纤棉的断热性能最佳。其次是耐火砖和浇注料,根据基尔荷夫定律就可判断陶瓷纤维棉的黑度不如耐火砖和浇注料。陶纤棉的黑度只有0.6-0.7,按照热工学4次方原理:即斯蒂芬-波尔兹曼公式(Stefan-Boltzmann’S Law of Radiation)
 
Eω= εω×4.88×(Tω  /100)4 Kcal/m2hk4 
 
注: . Eω: 炉壁全辐射热能   εω: 炉壁全辐射率. Tω: 炉内壁面温度
4.88×(Tω  /100)4:  波尔兹曼辐射常数
   从公式中得知:炉壁全辐射热能和炉壁全辐射率成正比,炉壁全辐射率越高炉壁全辐射热能越强。在以辐射传热为主的炉段内就必须要选用辐射系数较高的材质做内壁表面。只有设法提高了炉壁的全辐射率,就可以提高炉壁全辐射热强度,有效地提高炉子的热效应。
   所以由于乙烯裂解炉的辐射段采用的是陶纤棉做墙体材料,辐射率低,因此辐射段的热效率很低只有40%左右,但是50年前的科技工作者想到了一个绝妙的办法,就是在辐射段的上部串联了用来生产蒸汽的对流段,充分利用了辐射段经横跨段(实际是辐射段的排烟通道)排出的近千度高温烟气来对流加热蒸汽供加热原料油使用,因此是乙烯裂解炉的整体热效应很高。
   但是在裂解生产1吨乙烯需要燃烧0.4吨以上的甲烷氢燃气这样极端昂贵的巨型热工装置上,核心辐射段没能有效的利用热能裂解高附加值的乙烯,大部分热能用来生产一般锅炉都可以生产的蒸汽,显然是一种严重的浪费。
 
2.析晶粉化:
  陶纤棉在1000度前后的高温状态下会由表及里产生析晶粉化,这主要是氧化铝成分的物理特性造成的。而现今陶纤棉基本成分还是氧化铝,而且含量越大越耐高温。即使添加了以下含锆或其他稀有金属也只是提高了耐高温性,对析晶粉化现象还是无能为力。因此即便世界有名品牌的耐高温陶纤棉,也避免不了析晶粉化这一现象。这样就是陶纤棉使用寿命短缩只有8-10年。5年以上会产生5-8公分的雪花状粉化层,使陶纤棉物性劣化,装置开始不断产生故障,严重影响装置的在线运行率和乙烯产量。8年以后就要考虑更新陶纤棉墙体,否则会影响装置的安全运行。但是全面更新一次陶纤棉不仅要花费极高的成本而且还要需要45天-60天的时间,这对生产乙烯这种附加价值极高装置而言停产这么长时间对产业经管人员无疑是巨大的负担和损失!
   所以上述陶纤棉的2大先天不足一直困扰着乙烯业界, 几十年前就成为全世界许多科技工作者主攻的课题,几十年来人们绞尽脑汁前仆后继、通过了几代人的努力都没能拿出完美的解决方案。
日上公司在十几年前就介入乙烯产业的节能减排工作,和很多老前辈一样采用了热辐射涂料技术,但是由于陶纤棉析晶粉化。致使辐射涂料只在短期内有效,使用寿命最多1年就随同粉化层一起脱落剥离。
在2013年起日上公司竭尽全力用几年的时间投入大量人力物力、在石化企业的配合下成功研发出林氏墙技术,并每年逐步完善生产出了应对的各种墙体各个部位的多种林氏墙组件。并经过几年的实践检验证明:林氏墙从根本上解决了人们多年束手无策的这两大先天不足!林氏墙的辐射率在0.9以上,提高了辐射段陶纤棉墙体的热辐射强度30%以上,有效的提高了辐射段的热效率、节约了大量的燃气;同时由于降低了装置整体的热负荷,就相应减少了设备故障率、大幅度提高了装置的在线运行率和乙烯产量。而且林氏墙采用力学原理设计、并采用高耐热材料和高热辐射材料结合成一体,使用寿命可达5-10年。林氏墙已成为高温炉的内墙、陶纤棉墙体成为内夹墙,林氏墙有力的阻挡了热气流对陶纤棉的热蚀冲刷,断绝了析晶粉化的根源,可成倍的延长陶纤棉墙体的使用寿命。这样每年可节约大笔维修费用和巨额的翻新费用。并节省出大量宝贵时间用于乙烯生产。由此林氏墙带来的节能和生产效益对一套100万吨级的乙烯裂解装置而言将是用亿元为单位来进行计算的。
 

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