石墨烯相变储热放热系统开发及应用示范

石墨烯在节能领域的应用分析及前期示范争辩饶文涛 博士〔wtrao@163)摘要：钢铁、石化、水泥等高耗能行业在生产过程中，会产生大量余热，中高温余热可以余热发电等技术加以利用，大量的中低温余热仍大量排放，目前余热利用率仅料导热性差，影响了该技术的效率和规模，本文尝试使用石墨烯与相变材料结合的方法进展争辩，觉察储热组件的温度均匀性有明显的改善，最终本文还指出了石墨烯在节能减排领域的一些可能的应用前景。关键词：高耗能行业、中低温余热利用、相变储热、石墨烯GraphenephasechangethermalstorageheatingsystemdevelopmentandapplicationdemonstrationRaoWentao,WangChunlong202200)Abstract:thesteelintheprocessofproductionofsteel,willalsobealargenumberofprimaryenergysuchascoalisconvertedintosteelfortheeffectiveheatandwasteheat,wasteheat isoneofthebestnewenergy,steelmillafterthehightemperatureofwasteheatutilization,inalargenumberoflowtemperaturewasteheatisstillalargenumberofemissions,mobilephasechangethermalstoragetechnologyintheindustrialprocessoflowtemperaturewasteheatcanbeusedforcivilianuse,butinthepastduetothedifferenceofphasechangematerialsthermalconductivity,affectedthescaleoftheuseofphasechangethermalstoragetechnology,throughtheuseofthecombinationofgraphenewithphasechangematerials,greatlyimprovingthethermalconductivityofphasechangematerialcomponents,makestheindividualcomponentscanbebigger,moreheatstorage,atthesametimereducethevolumeofequipment,mobilegraphenephasechangethermalstoragesystemwillbeabletolarge-scaleuseof steelinthepast abandonedlowtemperaturewasteheatresources,makes“typewasteheatcleanenergy“bath,cooling, andhotwaterboilerwateretcneedsourcesof improvetheurbanenergystructure,reducetheurban smog,realizethesustainabledevelopmentofironandsteelindustry.Keywords:inthelowtemperaturewasteheat,phasechangeheatstorageandgraphene1 引言我国钢铁、有色、化工、建材、石化、轻纺、机械等主要耗能工业，余热利用率14%~16%24%以上。我国吨钢能耗比先进国家高20%左右。能源问题日益成为我国钢铁工业安康可持续进展的主要制约瓶颈之一。在各种工业炉窑的能量支出中，废气余热约占15%～35％，这些废气净化处理后是一种输送和使用便利、燃烧后又无需排渣和除尘、不易造成环境污染的优质余热资源，是没有回收的“能源”。石墨烯具有高导热性，材料的导热系数高达5300W/m·K，这一特性在热工装备及余热利用中具有广泛的应用前景。应用最的石墨烯材料，结合现有的工艺和设备，提出提升的技术方案和改进或建立备，实现能耗的大幅下降，帮助传统产业满足越来越严格的环保法规，获得生存空间。2、石墨烯在高耗能行业的应用浅析在钢铁、石化和水泥等高耗能行业，以钢铁行业为例，钢铁生产流程800℃以上的反响、能源转换、能量交换的三类高温热工装备。1主要的钢铁工业高温热工装备序号炉型原料产物温度范围：1焦化〔焦炉〕焦煤、燃煤等焦炭1000-1100℃2烧结〔烧结机〕矿石，燃煤、燃烧结矿1300-1480℃3〔气等高温铁水或海1300-1500℃复原炉〕球团矿、焦炭、绵铁4炼钢〔煤炭等铁水或废钢高温钢水1600-1650℃5各类精炼炉〕热轧〔加热炉〕板坯热坯1200-1400℃在这些热工设备中，热的传递主要有两种，一种是热能直接传递给物料，代表炉以用在开发高导热材料上，下面分别分析。焦炉是将煤干馏成为焦炭的设备，热量通过导热砖传递给煤，利用石1.92.3，燃烧室内火焰温度可降△t=1320-1279=41℃由此可知，高导4404m325550.4吨标4025550.4×40=102.2万吨标准煤。石墨烯相变储热材料在热风炉上可以得到应用，以取代目前的格子砖，削减设备体积。在加热炉上，石墨烯相变储能材料，则主要可以用来回收中低温烟气余热。在热处理炉上，可以利用石墨烯开发高导热涂料，石墨烯替代锌粉及在镀锌板1%50%的锌粉，且到达富锌环氧涂料一样的防腐效果，提高防腐时间。高效石墨烯吸附剂处理含重金属污水技术、石墨烯在烟气脱硝和除尘上的应用、石墨烯海水淡化和石墨烯替代活性炭均有应用前景。3、石墨烯在优化相变储热系统上的应用争辩相变储热材料技术争辩现状余热回收中具有局限性。递能量，主要优点包括：量级的储能密度在储存一样热量的状况下，相变储能换热设备比传统的蓄热设备体积削减30~50%热量输出稳定，换热介质温度根本恒定。料的导热性差等缺点，导致储热原件构造简单，大大影响了其使用。、石墨烯相变储热系统开发相变材料导热性差，导致储热放热时间长、温度均匀性差等缺陷，原来解决的方法是承受金属和石墨来增加储热材料的导热性，但是这些方法存在构造简单，加工困难等，考虑到石墨烯的高导热性，本争辩尝试利用石墨烯与相变储能材料组合的方式来开发工业级别的储热放热系统，系统功率为52kwh，可产生110100~300°C低温工业过程烟气。提高压块间的导热，另外一种方式是以添加的形式组合到相变储热原件中。300250200

入口烟温测点1测点2

250变段 200150

试验2——° 100500

°/ 试验1——储热阶段 5000 500 1000 1500 2022 2500

入口烟温测点1测点2出口烟温400 600 800 1000 1200 1400t/s t/s1石墨烯导热膜使用前后组件温度比照使用前最大、最小温差达34.9°C，使用石墨烯导热膜和压块组合后，储热组件最大温差减小10.1℃，温差相对较小。储热时间也从3825分钟。根2.68〔仅2.16°C，不影响使用，这将通过下一步将石墨烯粉料与相变材料组合来进展试500造业大国，制造企业的数量和规模都名列世界前茅24小650家的热水需求达63700吨，折合热量12740GJ，仅占可供使用的工业废热的1/100,用工业废热的能量来支撑城市的热水用能在数量上完全可行的。目前城市热水的用能是如何解决的？依据统计在用热的终端用户中，方式一：使用电加热或空气热泵的方式：宾馆、洗浴业等，占32％的用户方式二：自然气方式加热：60％的用户使用，医院85％的用户承受自然气锅炉方式三：燃油〔煤〕锅炉或混合加热的方式：8％的用户，学校类客户根本承受燃煤加热方式，局部客户拟进展煤改气，医院15％承受燃油锅炉。1倍，而锅炉使用负荷白天多晚上少的不对等问题，使用储热技术后可以让锅炉夜间多运行，将热储存在储热系统中