石墨烯在節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用分析及前期示范爭辯饒文濤 博士〔wtrao@163)摘要：鋼鐵、石化、水泥等高耗能行業(yè)在生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量余熱，中高溫余熱可以余熱發(fā)電等技術(shù)加以利用，大量的中低溫余熱仍大量排放，目前余熱利用率僅料導(dǎo)熱性差，影響了該技術(shù)的效率和規(guī)模，本文嘗試使用石墨烯與相變材料結(jié)合的方法進展爭辯，覺察儲熱組件的溫度均勻性有明顯的改善，最終本文還指出了石墨烯在節(jié)能減排領(lǐng)域的一些可能的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：高耗能行業(yè)、中低溫余熱利用、相變儲熱、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 引言我國鋼鐵、有色、化工、建材、石化、輕紡、機械等主要耗能工業(yè)，余熱利用率14%~16%24%以上。我國噸鋼能耗比先進國家高20%左右。能源問題日益成為我國鋼鐵工業(yè)安康可持續(xù)進展的主要制約瓶頸之一。在各種工業(yè)爐窯的能量支出中，廢氣余熱約占15%～35％，這些廢氣凈化處理后是一種輸送和使用便利、燃燒后又無需排渣和除塵、不易造成環(huán)境污染的優(yōu)質(zhì)余熱資源，是沒有回收的“能源”。石墨烯具有高導(dǎo)熱性，材料的導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m·K，這一特性在熱工裝備及余熱利用中具有廣泛的應(yīng)用前景。應(yīng)用最的石墨烯材料，結(jié)合現(xiàn)有的工藝和設(shè)備，提出提升的技術(shù)方案和改進或建立備，實現(xiàn)能耗的大幅下降，幫助傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)滿足越來越嚴格的環(huán)保法規(guī)，獲得生存空間。2、石墨烯在高耗能行業(yè)的應(yīng)用淺析在鋼鐵、石化和水泥等高耗能行業(yè)，以鋼鐵行業(yè)為例，鋼鐵生產(chǎn)流程800℃以上的反響、能源轉(zhuǎn)換、能量交換的三類高溫熱工裝備。1主要的鋼鐵工業(yè)高溫熱工裝備序號爐型原料產(chǎn)物溫度范圍：1焦化〔焦爐〕焦煤、燃煤等焦炭1000-1100℃2燒結(jié)〔燒結(jié)機〕礦石，燃煤、燃燒結(jié)礦1300-1480℃3〔氣等高溫鐵水或海1300-1500℃復(fù)原爐〕球團礦、焦炭、綿鐵4煉鋼〔煤炭等鐵水或廢鋼高溫鋼水1600-1650℃5各類精煉爐〕熱軋〔加熱爐〕板坯熱坯1200-1400℃在這些熱工設(shè)備中，熱的傳遞主要有兩種，一種是熱能直接傳遞給物料，代表爐以用在開發(fā)高導(dǎo)熱材料上，下面分別分析。焦爐是將煤干餾成為焦炭的設(shè)備，熱量通過導(dǎo)熱磚傳遞給煤，利用石1.92.3，燃燒室內(nèi)火焰溫度可降△t=1320-1279=41℃由此可知，高導(dǎo)4404m325550.4噸標4025550.4×40=102.2萬噸標準煤。石墨烯相變儲熱材料在熱風爐上可以得到應(yīng)用，以取代目前的格子磚，削減設(shè)備體積。在加熱爐上，石墨烯相變儲能材料，則主要可以用來回收中低溫煙氣余熱。在熱處理爐上，可以利用石墨烯開發(fā)高導(dǎo)熱涂料，石墨烯替代鋅粉及在鍍鋅板1%50%的鋅粉，且到達富鋅環(huán)氧涂料一樣的防腐效果，提高防腐時間。高效石墨烯吸附劑處理含重金屬污水技術(shù)、石墨烯在煙氣脫硝和除塵上的應(yīng)用、石墨烯海水淡化和石墨烯替代活性炭均有應(yīng)用前景。3、石墨烯在優(yōu)化相變儲熱系統(tǒng)上的應(yīng)用爭辯相變儲熱材料技術(shù)爭辯現(xiàn)狀余熱回收中具有局限性。遞能量，主要優(yōu)點包括：量級的儲能密度在儲存一樣熱量的狀況下，相變儲能換熱設(shè)備比傳統(tǒng)的蓄熱設(shè)備體積削減30~50%熱量輸出穩(wěn)定，換熱介質(zhì)溫度根本恒定。料的導(dǎo)熱性差等缺點，導(dǎo)致儲熱原件構(gòu)造簡單，大大影響了其使用。、石墨烯相變儲熱系統(tǒng)開發(fā)相變材料導(dǎo)熱性差，導(dǎo)致儲熱放熱時間長、溫度均勻性差等缺陷，原來解決的方法是承受金屬和石墨來增加儲熱材料的導(dǎo)熱性，但是這些方法存在構(gòu)造簡單，加工困難等，考慮到石墨烯的高導(dǎo)熱性，本爭辯嘗試利用石墨烯與相變儲能材料組合的方式來開發(fā)工業(yè)級別的儲熱放熱系統(tǒng)，系統(tǒng)功率為52kwh，可產(chǎn)生110100~300°C低溫工業(yè)過程煙氣。提高壓塊間的導(dǎo)熱，另外一種方式是以添加的形式組合到相變儲熱原件中。300250200

入口煙溫測點1測點2

250變段 200150

試驗2——° 100500

°/ 試驗1——儲熱階段 5000 500 1000 1500 2022 2500

入口煙溫測點1測點2出口煙溫400 600 800 1000 1200 1400t/s t/s1石墨烯導(dǎo)熱膜使用前后組件溫度比照使用前最大、最小溫差達34.9°C，使用石墨烯導(dǎo)熱膜和壓塊組合后，儲熱組件最大溫差減小10.1℃，溫差相對較小。儲熱時間也從3825分鐘。根2.68〔僅2.16°C，不影響使用，這將通過下一步將石墨烯粉料與相變材料組合來進展試500造業(yè)大國，制造企業(yè)的數(shù)量和規(guī)模都名列世界前茅24小650家的熱水需求達63700噸，折合熱量12740GJ，僅占可供使用的工業(yè)廢熱的1/100,用工業(yè)廢熱的能量來支撐城市的熱水用能在數(shù)量上完全可行的。目前城市熱水的用能是如何解決的？依據(jù)統(tǒng)計在用熱的終端用戶中，方式一：使用電加熱或空氣熱泵的方式：賓館、洗浴業(yè)等，占32％的用戶方式二：自然氣方式加熱：60％的用戶使用，醫(yī)院85％的用戶承受自然氣鍋爐方式三：燃油〔煤〕鍋爐或混合加熱的方式：8％的用戶，學(xué)校類客戶根本承受燃煤加熱方式，局部客戶擬進展煤改氣，醫(yī)院15％承受燃油鍋爐。1倍，而鍋爐使用負荷白天多晚上少的不對等問題，使用儲熱技術(shù)后可以讓鍋爐夜間多運行，將熱儲存在儲熱系統(tǒng)中