陳威

摘要：熱能作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要能量形式，與電能、機(jī)械能一同被稱為現(xiàn)代工業(yè)驅(qū)動(dòng)力的“三駕馬車”。由于熱能無法長(zhǎng)期儲(chǔ)存和長(zhǎng)距離運(yùn)輸，在生產(chǎn)使用過程中的熱量散失及余熱浪費(fèi)，給企業(yè)造成了額外的成本負(fù)擔(dān)。為了提升熱能的利用率，余熱回用裝置通過將游離態(tài)的熱能導(dǎo)入水、油等儲(chǔ)熱介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能輸送和轉(zhuǎn)移，提升系統(tǒng)熱效率，降低熱能浪費(fèi)，這一裝置在發(fā)電工業(yè)、涂裝印花等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了完善余熱回用裝置的設(shè)計(jì)方案，本文基于余熱回用裝置的功能需求和回用方式，對(duì)余熱回用裝置的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：工業(yè)生產(chǎn)；余熱回用；熱效率；廢氣處理；機(jī)械設(shè)計(jì)

1 引言

熱能是目前工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的能量形式，但是由于熱能易散失、難儲(chǔ)存的物理特性，使得熱能在使用過程中的浪費(fèi)情況較為嚴(yán)重，具體表現(xiàn)為熱效率偏低。目前常用的熱能機(jī)械，如內(nèi)燃機(jī)熱效率一般小于50%，鍋爐熱效率一般在80%左右，涂裝固化爐熱效率一般在70%。熱效率的提升伴隨的是直接經(jīng)濟(jì)效益提升，因此如何能夠提升系統(tǒng)的熱效率，成為熱能利用領(lǐng)域時(shí)刻關(guān)注的重點(diǎn)問題。目前提升熱效率最有效的辦法是將余熱進(jìn)行回用，通過余熱回用裝置，對(duì)使用過的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)換、輸送、再利用，輸入到其它需求熱能的領(lǐng)域。作為工業(yè)熱能的關(guān)鍵設(shè)備，余熱回用裝置的適用性和可靠性直接決定了系統(tǒng)熱效率的提升幅度。因此有必要針對(duì)余熱回用裝置的設(shè)計(jì)原則開展研究工作。

2 余熱回用裝置的熱能回用原理及功能需求

熱量回用原理如下，我們制造的設(shè)備其中一類用于彩涂廠、印刷廠等有機(jī)廢氣排放企業(yè)。熱能回用原理是將固化爐中有機(jī)廢氣通過高溫裂解為二氧化碳和水，其中一部分的熱能通過多組新風(fēng)換熱器換熱后進(jìn)入固化爐循環(huán)使用，另外一部分熱能通過多組廢氣換熱器換熱降溫后排入大氣，熱效率達(dá)到95%，同時(shí)裂解后的氣體不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，有效的降低了熱能浪費(fèi)。

余熱回用裝置其中一種多為液態(tài)良性導(dǎo)體，如導(dǎo)熱溶液等良導(dǎo)體，另外一種多為通過氣態(tài)換熱形式的回用裝置，根據(jù)使用需求和末端熱能去向不同，對(duì)余熱回用裝置的需求也不相同，目前常用的需具備以下幾點(diǎn)需求：第一、熱量的穩(wěn)定輸入。需要連續(xù)的導(dǎo)入熱量，以確保將熱量連續(xù)的輸入回用裝置。第二、熱量的高效率傳輸。余熱回收裝置的核心功能是將熱量轉(zhuǎn)移，在轉(zhuǎn)移過程中盡量避免熱量的散失，一般要求熱量傳輸?shù)男蔬_(dá)到95%。第三、確保余熱回用裝置的合理布置。余熱回用裝置一般連接于設(shè)備之間，需要具備設(shè)計(jì)合理、連接方便，換熱面積合理分配，布置靈活等特點(diǎn)。

3 余熱回用裝置的設(shè)計(jì)原則

余熱回用裝置與一般的機(jī)械裝置相同，為保證高效的運(yùn)行，首先從設(shè)計(jì)層面入手，根據(jù)用途分為態(tài)液和氣態(tài)選擇設(shè)計(jì)，液態(tài)按照不同介質(zhì)分類。氣態(tài)按照低溫廢氣和高溫廢氣進(jìn)行分類設(shè)計(jì)。為了提升裝置的實(shí)際效能，有必要對(duì)余熱回用裝置的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行研究。

3.1 “三化”原則

余熱回用裝置的設(shè)計(jì)工作，首先需要滿足機(jī)械設(shè)計(jì)工作中最基本的“三化”原則，即標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。標(biāo)準(zhǔn)化原則，以滿足設(shè)備生產(chǎn)能力為保證，通過標(biāo)準(zhǔn)化的零部件設(shè)計(jì)方式，盡量避免非標(biāo)件的產(chǎn)生。通用化原則，是以提升設(shè)備適用環(huán)境的原則，由于余熱回用裝置可應(yīng)用于不同的工業(yè)領(lǐng)域，需要設(shè)備具有較高的通用性，且零件具備一定的互換性，多采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)件，以滿足后期保養(yǎng)維護(hù)的需求。系列化原則，是滿足設(shè)備橫向發(fā)展需要的原則。在設(shè)備開發(fā)與生產(chǎn)過程中，為了能夠覆蓋更多的客戶，往往需要在基礎(chǔ)型號(hào)上進(jìn)行改進(jìn)或改造，使其能夠滿足廣大客戶的不同需求。

3.2 可靠性原則

余熱回用裝置是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的熱能輸送裝置，被認(rèn)為是工業(yè)生產(chǎn)的樞紐，需要具備較高的可靠性。滿足可靠性原則常通過設(shè)計(jì)加以實(shí)現(xiàn)；第一、冗余設(shè)計(jì)。冗余設(shè)計(jì)是提升機(jī)械系統(tǒng)可靠性的重要設(shè)計(jì)方式，其核心理念在于通過關(guān)聯(lián)的多個(gè)相同功能的機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的分?jǐn)?，減小因一個(gè)零件失效造成設(shè)備整體失靈的風(fēng)險(xiǎn)，多個(gè)組件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，就是冗余設(shè)計(jì)原則的體現(xiàn)。第二、提升系統(tǒng)安全系數(shù)，在設(shè)計(jì)工作中，需要對(duì)材料進(jìn)行選擇，對(duì)于主要支撐或高溫區(qū)域，需選擇不同材質(zhì)的材料并加固的方式，提升系統(tǒng)安全系數(shù)，以保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。第三、超額設(shè)計(jì)。超額設(shè)計(jì)是提升裝置可靠性的重要設(shè)計(jì)思路之一，其核心理念在于在實(shí)際的運(yùn)行工況需求下，通過乘以一定的安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單元機(jī)的過載需求，當(dāng)滿足過載的需求后，即可保證單元機(jī)正常情況下的基本運(yùn)行需求。

3.3 拓展性原則

考慮到余熱回用裝置的使用環(huán)境、安裝要求、以及設(shè)備之間的連接一般較為復(fù)雜，這就需要余熱回用裝置具有一定的拓展性，以滿足不同工況的需要。滿足拓展性原則，可以采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，模塊化設(shè)計(jì)指的是將裝置設(shè)計(jì)為可以自由拆裝的單元機(jī)部件，或可以在裝置與裝置間實(shí)現(xiàn)自由的拼接，以達(dá)到安裝布置的需求。模塊化設(shè)計(jì)需要余熱回用裝置具有通用的接口類型，且通過增加簡(jiǎn)易連接件的方式，降低安裝和拆卸難度，以實(shí)現(xiàn)裝置的拓展需要。

4 結(jié)論

余熱回用裝置是一種能夠熱量高效利用的重要裝置，裝置的設(shè)計(jì)水平直接關(guān)系到裝置的

實(shí)際使用效果。作為工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的熱量回用設(shè)備，有必要對(duì)余熱回裝用置的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行研究。本文通過對(duì)余熱回用裝置的應(yīng)用需求和工作原理的分析，提出了裝置需要具備“三化”原則、可靠性原則和拓展性原則的設(shè)計(jì)原則，通過明確的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行指引，以及提升設(shè)備的整體質(zhì)量水平和實(shí)際應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

[1]徐笑鋒，章學(xué)來，張宇迪，丁興江，周孫希，劉升.基于雙溫儲(chǔ)能熱管的余熱回收裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].流體機(jī)械，2018，46（09）：59-63.

[2]李雅青.探析空壓機(jī)余熱回收與設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2018（08）：4-5.

[3]陶斌斌.煙氣余熱回收利用技術(shù)應(yīng)用與探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（15）：92.

（作者單位：江陰志海環(huán)保機(jī)械有限公司）