桂林理工大学

详情

余热重生—开辟除氧器节能新路径

申报人：冯佳琦 申报日期：2025-01-06

基本情况

2025年批次
余热重生—开辟除氧器节能新路径 学生申报
创新训练项目
工学
能源动力类
学生自主选题
一年期
随着经济持续快速的发展，工业化进程的也随之加快，在石油、化工、冶金、热电，纺织等工业领域，使用的锅炉、除氧器等热力设备需要进行部分不凝结汽体排放，否则会对设备产生氧腐蚀，减少设备使用寿命。同时会产生大量的热量及噪音污染，对工人正常工作造成困扰，因此一种能够有效吸收热量并有效消除噪音的机械设备亟待解决。除氧器排放不凝结汽体排放由进汽口进入余热回收设备腔室，由上部雾化装置喷出雾化水瞬间与上行汽体接触，通过混合热交换，不凝结汽体由上部排汽口排出，凝结水与下行液膜一同 向下流动，从出水口流出，进入循环系统。整个余热回收设备结构简单、回收效果好、消除噪音、美化环境。结构合理、设计方案新颖、提高回收效率、降低安装成本，值得推广。
1、参与自治区级项目《一种环保建筑土木工程用道路粉尘吸收装置的立项》
2、获中国国际大学生创新大赛（2024）“数广集团杯”广西赛区选拔赛银奖
3、获2024年全国三维数字化创新大赛桂林理工大学南宁分校校赛三等奖
4、申请国家实用新型专利1项
崔菲菲，从事电力辅机设备研究，以第一作者申请发明专利2项，实用新型专利3项，发表中文核心论文2篇，参与科研项目1项。主讲课程《智能制造虚拟仿真》、《人机界面及组态技术》等，负责为产品设计团队提供力学分析方面的支持和指导，帮助解决力学问题。
及时指导创新创业项目进展思路及进展方法并投入科研经费。 
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
冯佳琦 南宁分校 机械电子工程 2021 项目运营
李丹彤 南宁分校 会计学 2023 财务会计
胡彩慧 南宁分校 计算机工程与技术 2023 项目策划
任蕊蕊 南宁分校 计算机工程与技术 2023 项目运营
黎绍均 南宁分校 机械设计制造及其自动化 2023 项目管理

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
崔菲菲 南宁分校 否
李燕 南宁分校 否

立项依据

余热回收装置设计发明目的主要集中在提高能效和减少环境污染两个方面。除氧器在工业生产过程中，特别是在火力发电厂和其他使用蒸汽的行业中，用于去除水中的氧气，以防止腐蚀和提高热交换效率。在除氧过程中，除氧器会产生高温的乏汽，这些乏汽如果直接排放到大气中，不仅会造成能源的浪费，还会导致环境污染和热污染问题
（1）余热回收效率:设计时的重点在于如何最大化回收除氧器排出蒸汽中的余热。为此，需要改进换热器的设计，以提升热交换效率，确保尽可能多的热能被回收并转化为有用能量。
（2）自动化控制：为了简化操作并提高系统的响应速度，发明中集成了自动化控制系统。其包括水位传感器、控制器和电磁阀等元件，以实现冷凝水的自动收集和排放，减少人工干预。
（3）结构优化：除氧器的结构设计也是发明的关键部分，包括外壳的形状、内部的换热元件布局以及与余热回收装置的连接方式。优化设计有助于提高系统的整体性能和可靠性。
（4）环境影响：除氧器排汽直接排入大气不仅造成热量损失，还可能导致空气污染。因此，设计时考虑如何通过回收装置减少这些负面影响，实现清洁生产。
（5）经济性分析：在设计阶段，进行经济性分析以确保发明的可行性和市场竞争力。这包括计算投资回收期、运行成本和潜在的节能效益。
（6）安全性：确保除氧器和余热回收装置在各种工况下的安全运行，包括压力控制、防腐蚀措施和紧急停机系统的设计。
在中国，余热回收技术的研究和应用已经取得了显著的进展。根据最新的研究报告，中国的余热回收利用行业市场规模在2022年达到了约580亿元人民币，同比增长12%。预计到2025年，市场规模将突破800亿元人民币，年复合增长率约为10%。
中国政府高度重视节能减排和环境保护工作，出台了一系列政策措施，旨在推动能源高效利用和绿色低碳发展。余热处理作为节能减排的重要手段之一，得到了国家的大力支持。例如，《“十四五”节能减排综合工作方案》明确提出，到2025年，全国单位国内生产总值能耗比2020年下降13.5%，单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%。此外，国家还制定了《余热余压利用工程技术规范》等标准，为行业发展提供了技术指导。
在技术方面，中国的余热回收技术主要包括热交换技术、热功转换技术、余热制冷制热技术等。这些技术的应用不仅提高了余热回收的效率，还降低了设备的投资成本和维护费用，使得余热回收利用技术更加经济可行。此外，随着智能化、自动化技术的发展，余热回收利用系统的智能化水平也在不断提高，为行业的进一步发展提供了有力支持。
在国际上，余热回收技术的研究和应用也在不断发展。例如，美国能源部（DOE）一直在推动工业余热回收技术的研究和开发，通过资助相关项目，提高工业过程的能源效率。欧洲也在积极推广余热回收技术，尤其是在建筑和工业领域，通过立法和政策支持，鼓励企业采用余热回收技术，减少能源消耗和温室气体排放。 国际上的余热回收技术研究主要集中在提高余热回收效率、降低成本、开发新型余热回收材料和设备等方面。例如，一些研究机构正在开发高效的换热器和热泵技术，以提高余热回收的效率。此外，还有研究致力于开发适用于不同温度范围的余热回收技术，包括高温余热发电、中低温余热制冷和低温余热供热等。 
（1）高效率的热交换技术：采用高效的热交换器，不仅可以实现高温乏汽的热量高效传递给工艺物料，同时还可以保持冷却介质温度在较高水平，减少了冷却介质的使用量，提高了热交换效率。
（2）自动化冷凝水回收：集成水位传感器和控制器的设计，实现了冷凝水的自动收集，简化了操作流程，提高了系统的自动化水平。
（3）结构优化：设计新颖、结构简单的余热回收装置，通过巧妙地增设射水抽气器，实现了蒸汽的高效抽吸，显著提升了换热效率。这一设计不仅简化了设备结构，减少了复杂性，还有效降低了潜在的故障风险，从而大幅度削减了维护成本。
（4）环境友好性：通过回收余热，减少了能源浪费和环境污染，同时降低了设备的氧腐蚀，延长了使用寿命。
（5）材料选择：使用不锈钢材质等抗腐蚀材料制成的设备主体，提高了设备的耐用性和可靠性。
（1）将余热回收装置的进汽管道直接接入除氧器，并实行就近安装策略，这一布局旨在最大限度地减少流体在传输过程中的阻力损耗，进而促进溶解氧的有效排出。
（2）引入了射水抽气器结构，通过该结构向系统内注入除盐水及引导除氧器排出的蒸汽，使二者充分混合。在此过程中，我们精心调控混合室内的温度、进水量以及进汽量，确保这三者之间达到动态平衡，以维持汽水比例的稳定性。这一做法不仅有效利用了热能，还促进了系统中多余不凝结气体的顺利排出。
（3）设定了合理的温度条件，并确保了充足的进汽量供应。通过电动调节阀对进水量进行精准调控，从而进一步精确控制汽水比例。此外，在水混合换热区域，我们特别设置了消音孔板，这一设计不仅显著降低了水流振动所产生的噪声，还有效消除了除氧器排汽时的噪音污染，实现了整体系统的安静高效运行。
在现有技术水平的基础上，积极解决余热回收中的热量散失问题，并为了响应国家节能环保的号召。
（1）根据现有的新型余热回收装置进行研究其防堵塞的实用性能与各部件之间的协同运转情况，同时检验该设计在恶劣环境下的抗压能力和极限，保持并升级优点、改进修整不足。
（2）在余热回收需求较大且具有代表性的地区进行试验检测，寻找新型余热回收装置的不足，改进其不适合现实的弊端以适应实际项目需求。
（1）将余热回收装置的进汽管道直接接入除氧器，并实行就近安装策略，这一布局旨在最大限度地减少流体在传输过程中的阻力损耗，进而促进溶解氧的有效排出。
（2）引入了射水抽气器结构，通过该结构向系统内注入除盐水及引导除氧器排出的蒸汽，使二者充分混合。在此过程中，我们精心调控混合室内的温度、进水量以及进汽量，确保这三者之间达到动态平衡，以维持汽水比例的稳定性。这一做法不仅有效利用了热能，还促进了系统中多余不凝结气体的顺利排出。
（3）设定了合理的温度条件，并确保了充足的进汽量供应。通过电动调节阀对进水量进行精准调控，从而进一步精确控制汽水比例。此外，在水混合换热区域，我们特别设置了消音孔板，这一设计不仅显著降低了水流振动所产生的噪声，还有效消除了除氧器排汽时的噪音污染，实现了整体系统的安静高效运行。
已具备条件：
一、余热回收除氧器装置无动力高效运作：大大提高工作效率
余热回收除氧器装置具备无动力就能高效运作的显著特性。这一特性意味着它不需要额外的动力输入就可以稳定运行，从而在整个工作系统中避免了因动力供应环节而可能产生的故障点和能量损耗。在实际的工业生产或者能源利用场景中，这种无动力高效运作模式能够使整个工作流程更加顺畅。它能够迅速地对输入的余热资源进行处理，大大缩短了处理周期，从而极大地提高了工作效率。例如，在一些大型的热力发电厂中，传统的除氧设备可能需要复杂的动力驱动系统来维持运行，并且在处理余热时效率较低，而这种无动力高效运作的余热回收除氧器装置能够在相同时间内处理更多的余热资源，使发电过程中的热能转换效率得到显著提升。
二、余热回收率高达95%：防止排气带水减少热损耗
该余热回收除氧器装置有着令人瞩目的余热回收率，高达95%。如此高的回收率表明该装置在对余热资源的捕捉和回收利用方面具有卓越的性能。在余热回收过程中，装置能够精准地从各种混合的物质和能量流中提取出余热，并且将其中的绝大部分进行有效回收。这一高回收率的优势还体现在防止排气带水方面。在传统的除氧和余热回收过程中，排气带水是一个较为常见的问题，这不仅会导致水资源的浪费，而且会使热量随着水汽一同流失。而此装置通过其特殊的结构和工作原理，在高效回收余热的同时，有效地避免了排气带水现象的发生，从而减少了热损耗。以化工生产中的余热回收系统为例，该装置能够最大限度地回收化工反应产生的余热，避免热量随着水汽排出而造成的能量浪费，提高了整个化工生产过程中的能源利用率。
三、冷却不凝结气体：延长设备寿命
余热回收除氧器装置的另一个重要功能是冷却不凝结气体。在工业生产过程中，不凝结气体的存在往往会给设备带来诸多不利影响。这些不凝结气体在设备内部循环时，可能会与设备的部件发生化学反应，或者由于其特殊的物理性质（如导热性等）而影响设备的正常运行。而该装置能够对这些不凝结气体进行有效的冷却处理。通过冷却，不凝结气体的物理和化学性质会发生改变，使其对设备的危害降低。这种冷却功能有助于保持设备内部环境的稳定，减少设备部件受到的侵蚀和磨损，从而有效地延长设备的寿命。例如，在蒸汽动力系统中，不凝结气体如果不进行处理，会加速管道和设备的腐蚀，而该装置通过冷却不凝结气体，使得蒸汽动力系统中的设备能够长时间稳定运行，减少了设备的维修和更换频率，降低了企业的运营成本。
四、分离气体中的滴液：节能效果明显
余热回收除氧器装置能够对气体中的滴液进行有效的分离。在许多工业过程中，气体中常常会夹杂着一些液滴，这些液滴如果不进行分离，会在后续的工艺流程中造成一系列问题。首先，这些液滴的存在会增加气体的重量和粘性，使得气体在管道和设备中流动时需要消耗更多的能量。而该装置通过专门的分离技术，能够将气体中的滴液精准地分离出来，使得气体的流动性得到改善，从而减少了气体输送过程中的能量消耗。其次，分离滴液后，气体的纯度提高，在后续的能量转换或者反应过程中能够更加高效地进行，进一步体现出节能效果。例如，在炼油厂的废气处理过程中，废气中常常含有油滴，该装置能够将油滴从废气中分离出来，不仅减少了废气处理过程中的能耗，而且还可以对分离出的油滴进行回收利用，实现了节能减排的双重效果。
尚缺少条件：
低品位热能蒸汽回收困难是一个较为复杂的问题。首先，低品位热能蒸汽的温度和压力相对较低，其能量密度较小。这就意味着在回收这些蒸汽的热能时，需要更大规模的设备或者更复杂的回收系统来实现有效的能量提取。例如，在一些小型工业企业中，由于资金和场地的限制，难以构建大规模的低品位热能回收系统。其次，低品位热能蒸汽往往与其他高品位蒸汽或者其他物质混合在一起，分离这些低品位热能蒸汽的过程比较复杂。比如在一些混合蒸汽的排放系统中，低品位热能蒸汽和高品位热能蒸汽混合后，需要采用特殊的分离技术，如采用多级闪蒸或者特殊的膜分离技术，但这些技术成本较高且操作难度较大。再者，低品位热能蒸汽的利用价值相对较低，回收后的热能在市场上的经济价值不高，这也导致企业缺乏足够的动力去投资建设低品位热能蒸汽回收系统。
解决方法：
升级回收设备技术
研究和采用先进的低品位热能回收技术，如有机朗肯循环（ORC）技术，这种技术可以有效地将低品位热能转化为电能或者其他可用能量。 对现有的回收设备进行技术改造，例如提高换热器的换热效率，通过改进换热器的结构、采用新型换热材料等方法，使其能够更好地回收低品位热能蒸汽。
优化回收系统设计
重新评估回收系统的设计，改善管道的保温性能，采用高性能的保温材料，如陶瓷纤维、岩棉等，减少热量在管道传输过程中的散失。 根据低品位热能蒸汽的具体参数，重新匹配回收设备，确保各个设备之间协同工作，最大限度地回收低品位热能蒸汽中的能量。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 2000.00 申请 1000.00 1000.00
1. 业务费 0.00 无 0.00 0.00
（1）计算、分析、测试费 0.00 无 0.00 0.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 0.00 无 0.00 0.00
（4）文献检索费 0.00 无 0.00 0.00
（5）论文出版费 0.00 无 0.00 0.00
2. 仪器设备购置费 0.00 无 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 无 0.00 0.00
4. 材料费 2000.00 申请 1000.00 1000.00
结束

用户单位： 桂林理工大学        

版权所有： 南京先极科技有限公司