碳化硅换热器是通过传导和辐射两种方式实现热量的传递。碳化硅材料具有优异的导热性能和高温稳定性,使得它成为理想的换热介质。同时,碳化硅还具有优良的抗腐蚀性能和耐高温性能,适合在恶劣的工作环境下使用。
其结构主要包括换热管束和外壳。换热管束由多个碳化硅管组成,这些管道通常具有多孔结构,可以增加换热面积,提高换热效率。外壳则起到支撑管束和保护换热器的作用。
碳化硅材料的特性:
碳化硅是一种高性能的陶瓷材料,具有高硬度、高强度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高热稳定性等特点。这些特性使得碳化硅在多个领域,特别是高温、高压、高速、高负荷等环境下有着广泛的应用。
1、高硬度:碳化硅的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼。高硬度可以防止表面磨损,延长使用寿命。
2、高强度:屈服强度和抗拉强度都很高,可承受高荷载和高机械应力。这使其成为一种适合用于高负荷和高应变环境的材料。
3、高耐磨性:由于高硬度和高强度,它对于磨损的抵抗能力相当强,可以承受高速摩擦和高压力下的磨损。
4、高耐腐蚀性:抗酸碱、抗氧化和抗腐蚀能力都非常强,在高温和恶劣环境下具有优异的化学稳定性。它能够耐受高浓度的硫酸、硝酸、磷酸、混酸、强碱、氧化剂等腐蚀介质,是可耐氢氟酸腐蚀的陶瓷材料。
5、高热稳定性:具有良好的热稳定性,其熔点高达2700℃(某些资料提到其熔点可达3000℃以上),使用温度范围可以达到1500℃~2500℃。碳化硅的导热率远高于其他耐腐蚀材料,能够在高温环境下长时间稳定运行,且不会产生变形、脱颗粒、硬化、膨胀或收缩等现象。
6、低热膨胀系数:碳化硅材料的热膨胀系数较低,因此碳化硅换热器更加稳定可靠,不会出现因热胀冷缩而导致换热器受到应力和变形的情况,从而保证了高效的换热效率。
7、良好的导电性:具有良好的导电和热导性能,可以在高温和高压下稳定地工作。在低温下,碳化硅具有超导性质,可以用于制造超导电子学器件。
碳化硅换热器性能特点:
1、耐腐蚀
碳化硅的耐腐蚀性好。几乎对所有化学物质呈现惰性,使碳化硅成为理想的处理腐蚀性介质的材料。与石墨不同,碳化硅不含粘合剂,不会溶解在腐蚀性溶剂中。
2、耐结垢
与金属和石墨换热器相比,碳化硅的不沾属性可以最小化结垢倾向,降低结垢对于换热效率的影响。
3、耐高温/抗热震
无压烧结碳化硅,即使在超过1900摄氏度的气体中,热膨胀形变依然很小,能够稳定工作。由于其较高的导热系数和极低的热膨胀系数,可以适应热循环中的快速冷热交替,因此无压烧结碳化硅有非常强的抗热震能力。
4、硬度高/易清洗
无压烧结碳化硅是高硬度的换热管材质之一,它的密度超过98%的理论值,是不透并且不含任何浸渍剂。同时,这样极限的硬度,也意味着在高纯度应用中不会有任何的污染。事实上,每一根换热管出厂前都经过186Bar的压力测试因此,换热管不光可以用化学方法清洗也可以使用机械方法清洗,甚至直接用喷砂清洗。
5、导热好
碳化硅的导热性非常好,导热系数为125.6w/mK,接近于不透性石墨。和其他耐腐蚀材料对比,碳化硅的导热系数相当于钽的2倍,不锈钢的5倍,哈氏合金的10倍,玻璃的15倍,是耐腐蚀材质中导热系数高的。
6、耐高温/抗热震
无压烧结碳化硅,即使在超过1900摄氏度的气体中,热膨胀形变依然很小,能够稳定工作。由于其高导热系数和极低的热膨胀系数,可以适应热循环中的快速冷热交替,因此无压烧结碳化硅有非常强的抗热震能力。
7、硬度高/易清洗
无压烧结碳化硅是硬度最高的换热管材质之一,它的密度超过98%的理论值,是不透并且不含任何浸渍剂。同时,这样极限的硬度,也意味着在高纯度应用中不会有任何的污染。事实上,每一根换热管出厂前都经过186Bar的压力测试因此,换热管不光可以用化学方法清洗也可以使用机械方法清洗,甚至直接用喷砂清洗。
应用实例:
碳化硅换热器以其优异的性能和稳定性,在多个工业领域得到了广泛应用,显著提升了热效率,降低了能源消耗。
1、冶金行业
在冶金行业,被广泛应用于高炉、转炉等高温设备的余热回收系统。其耐高温、耐腐蚀的特性使得其能够在恶劣的工作环境下长期稳定运行,有效回收高温烟气中的余热,用于预热助燃空气或加热工艺气体,显著提高了能源利用效率。
2、机械行业
在机械行业,被用于解决锻造炉内的热损失问题。通过利用碳化硅换热器的高效传热性能,可以显著提高锻造炉的加热效率,缩短加热时间,同时改善燃烧条件,提高气体的温度和流量,使加热更加均匀、符合规范。这不仅节约了能源,还延长了锻造炉的使用寿命。
3、建材行业
在建材行业,被应用于水泥回转窑等高温设备的余热回收系统。通过回收高温烟气中的余热,可以将其用于预热生料或烘干原料,提高了生产效率,降低了能耗。同时,碳化硅换热器的耐腐蚀性能也使其在处理含有腐蚀性气体的过程中表现出色。