单罐式储能换热系统在热风无纺布工艺中的应用

目前，储能技术包括物理储能、化学储能和电磁储能三大类，储热技术在物理储能中较为成熟

，已经在电力和供暖行业得到广泛应用，例如西班牙的Gemasolar 电站

和美国Solar Two 系统是典型的采用熔盐做传热蓄热工质的太阳能热发电系统

，辽宁省阜新市海州区政府大楼“煤改电”项目

是储热技术在供暖行业的应用。双罐式熔盐蓄热可靠性高

，但存在占地面积广、储热介质需求量大等问题

。为此，PaCheco 等

对单罐式储热罐内温度场进行了数值模拟和实验研究，研究结果证明了熔盐单罐储热系统的可行性。目前，国内外学者大多研究熔盐单罐内斜温层的温度变化规律，以提高储罐的储放热效率，对于除供暖和发电的其他工程领域的应用研究较少。

无纺布作为非织造布，广泛应用于汽车、医疗卫生等行业

，2020年中国产量约为210万吨，占亚洲2/3。热风无纺布纤维定型用的热源来自热风炉和电加热两种方式，由于天然气供应的紧缺性及新能源的推广，电加热将成为主流方式，如何降低企业用电成本是提高产品盈利能力的关键。为此，本工作提出了一种基于熔盐储能技术的纤维定型用单罐式储能换热系统，并对储热材料的选择、储罐壁厚以及换热器尺寸设计等关键部分做了阐述，结合应用实例对该系统与传统装置的经济性进行了分析。

新接班不久就遇到了一个很特殊的学生—小睿。说他特殊一点也不过分：用板凳打同学；拿尖尖的铅笔扎同学的脑袋；咬人；往别人脖子领子里塞沙子；解小便常常排在别人身上……“斑斑劣迹”使小睿在班里没有一个朋友，更得不到同学们的喜欢。而最让人头疼的是小睿偷偷拿别人的东西，他这种行为已经引起了公愤。

1 单罐式熔盐储能换热系统

图1为传统热风无纺布工艺与单罐式储能换热系统对比，其中图1(a)为传统热风无纺布工艺，纤维由传送带一侧进入烘箱，烘箱的底部设置热风的布风口，从布风口出来的热风对纤维定型加热，定型的无纺布从传送带的另一端输出，加热完的较低温度热风进入引风机，升压后送入电加热装置，经电加热器加热至140 ℃后，返回到烘箱底部的布风口，形成内部加热循环，为了使烘箱内部温度场均匀，采用了冷风两路对称布置。无纺布生产电能的消耗主要用于纤维升温的显热和定型时耗用的熔化热。

为降低电能的消耗，在传统热风无纺布热风纤维定型系统中添加了储能装置，包括熔盐储罐、熔盐泵、复合式换热器和控制系统等，形成单罐式储能无纺布热风定型系统，如图1(b)所示，该系统可利用夜间的谷电对熔盐加热进行热量的存储，白天用电高峰时，则采用储存在熔盐的热量加热空气，由于不同时段的电费不同，采用储能装置可实现降低电费的作用。单罐式储能系统区别于双罐式储热系统的核心在于熔盐温度随时间推移逐渐降低。对于纤维定型用的热风温度，要保证变化范围不超过±1.5 ℃，如何保证进入烘箱内热风温度是必须要考虑的，为此将原有电加热器改造为复合式换热器，具体的设计过程见下文。

2 设计要点

单罐式储能热风无纺布储能换热系统由熔盐储罐、换热器、烘箱以及传送装置等组成。本文对系统关键设备的设计进行了简要分析，具体为储热材料的选择、储罐和换热器设计。

2.1 储热材料选择

表1为几种不同熔盐热物性，熔融盐常用储热材料有二元混合硝酸盐solar salt(40%KNO

，60%NaNO

，质量分数)和三元混合硝酸盐Hitec(40%NaNO

，7% NaNO

，53% KNO

)。因无纺布定型需要的热风温度为140 ℃，而换热器壁面温差一般高于60 ℃，考虑到液体对流换热系数远大于固体热导率，为了强化换热，应保证壁面温度为200 ℃，熔盐介质应为液体，所以选取Hitec作为工作介质。

2.2 储罐设计

2.2.1 储罐材料及设备布置方式

由表2 给出的参数，根据式(7)～式(11)对熔盐翅片管换热器进行了设计，计算结果见表4。

再次是食品安全犯罪牵涉较广范围与较多的食品种类。从当前现状来看，食品消费者很可能受到意料之外的毒害食品伤害，并且伤害到自身健康。例如近些年来，制售伪劣食品与毒害食品的波及范围已经覆盖于平日饮食常见的牛油、鸡蛋、牛奶与火腿肠等。因此从整体上看，各地消费者都已被笼罩在毒害食品的无形大网内部。

改革开放至今，我国农村地区经济建设取得了显著成绩，但是在科学技术水平方面还有待提升。例如，生活污水基础设施因技术落后，即便在建成后也无法发挥应有作用，在科学管理方面更是欠缺。因此，农村地区的生活污水处理技术要秉持简单容易的原则，进而发挥出处理技术的最大效果。

2.2.2 储罐尺寸

电加热器提供给熔盐罐的热量

为：

式中，

为熔盐罐储热量，J；

为电加热功率，kW；

为储热时间，h；

为系统的热效率，可取80%。

熔盐储罐体积由熔盐蓄热量

确定，熔盐蓄热量

应满足用电平时期及高峰时段热风总的热负荷

：

式中，

为换热器总传热系数，W/(m

·℃)；

为管内、外侧对流换热表面传热系数，W/(m

·℃)；

为管壁导热热阻，m

·℃/W；

为污垢热阻，m

·℃/W(因换热器为新加工，暂时忽略污垢热阻)；

为管子内外直径，m。

所需的熔盐量

M

为：

式中，

为熔盐的附加裕量，可根据储罐直径及熔盐泵最低吸入高度综合计算确定；

c

为熔融盐比热容，kJ/(kg·K)；Δ

为熔盐工作温度温差，K。

则熔盐罐实际储热量为：

式中，

为熔盐罐实际储热量，J。

对数平均传热温差Δ

为：

原则：依据地形、地块、道路等情况布置管道系统，要求线路最短，控制面积最大，便于机耕，管理方便；管线尽量平顺，减少起伏和折点。

根据熔盐量可确定熔盐罐体积，熔盐罐直径

为：

式中，

为熔盐罐直径；

为富裕系数，

≥1.2；

为最高使用温度下的熔盐密度，kg/m

；

为储罐高径比，

=

/

；

为储罐高度，m。

暂不考虑开孔补强等因素，低温熔盐罐罐体厚度主要由最小计算厚度和厚度附加量两部分确定，即：

式中，

为储罐的计算厚度，mm；

为储罐内直径，mm；

为储罐设计内压力，MPa(熔盐罐底所受最大静压力，

)；[

]

为储罐在设计温度下的许用压力，MPa；

为焊接接头系数；

为计算厚度修正系数；

为钢板的厚度负偏差；

为腐蚀裕量。

对于颈椎后路单开门椎管扩大椎板成形术，有效维持椎管容积，防止再关门等并发症是手术成功的关键。对于这一点，本研究两组患者的治疗效果及并发症发生率无明显差异。手术固定3个节段颈椎也可达到较好的临床效果，但可缩短手术时间，减少术中出血量，降低手术费用，在实际临床应用中，不失为一种更优的选择。

2.3 换热器设计

无纺布纤维定型工艺的熔盐空气换热器设计时要注意两点。

（1）熔盐换热器的“冻堵”问题。由于熔融盐的熔点为142 ℃，常温下熔盐必然产生凝固现象，为了防止熔盐凝固在换热器内出现“冻堵”问题，采取了当熔盐温度低于壁面温度200 ℃(设计值)倚靠自身重力作用回流至熔盐罐的方案。具体的办法为：熔盐采用自下而上流动的方案，换热器设置在整个系统的最上端；且熔盐管路采用上下联箱(分流槽)的单流程布局。

（2）生产工艺中热风温度恒定问题。因为采用单罐式储热系统，经过换热器后的冷工质返回熔盐储罐。在1 个储热周期内，冷工质若不是单循环，其冷热工质必然出现换热而引起换热器温度的入口工质温度变化，其换热器的传热温差变化，而熔盐空气换热器的面积不变，换热器的出口风温则会不断降低。采取了复合式换热器的方式来解决，如图3所示，具体的做法为：将熔盐翅片管换热器与电加热翅片管加热器串联。空气先经过熔盐翅片管换热器进行温度的粗调，然后利用可控硅电加热灵活的特点，进行电加热翅片管加热器温度的精调，从而满足生产工艺热风的恒定。

高温熔融盐循环流动时，熔盐热量传递至空气侧，暂不考虑能量损失，根据能量守恒原则热风侧热负荷

[式(2)计算]等于熔融盐侧热负荷，熔盐侧进出口温差Δ

为：

熔盐翅片管换热器的设计方法如图4所示。具体的计算过程为：①选取翅片参数与管内外工质参数；②通过空气侧热负荷以及热平衡方程式[式(2)和式(7)]确定熔盐侧出口温度

′′；③确定对数平均传热温差[式(8)]，计算传热面积

[式(9)]；④由传热面积

确定翅片管根数[式(10)]；⑤校核传热系数

，若

与

误差不大于2%，则可认为初始假设可靠，换热器设计计算由此结束，否则需要重新迭代假设传热系数

。

电加热翅片管加热器的总功率应满足熔盐翅片管换热器不工作时热风工艺总的热负荷需求，即总负荷为280 kW。

式中，

为热负荷安全系数，暂取值为1.1；

为换热器热负荷，kW；

c

为熔盐比热容，J/(kg·K)；

为熔盐质量流量，kg/s。

Study on the Influence of Shanghai-Kunming High-speed Railway on Tourism Space Pattern in Yunnan Province_________________TIAN Yuan,XI Tingting 9

1.4 统计学方法 应用SPSS 20.0软件对数据进行统计分析，计量资料服从正态分布用均数±标准差表示，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验，组内治疗前后比较采用配对t检验；计数资料采用χ2 检验。P<0.05为差异有统计学意义。

式中，

为熔融盐进口温度，℃；

为熔融盐出口温度，℃；

为空气进口温度，℃；

为空气出口温度，℃。

熔融盐侧换热面积为：

考虑到故障诊断和传感器重新设置，大多数事故车维修厂愿意把车送到汽车经销商的维修店。目前维修厂在车辆诊断培训和设备采购方面的投资有所增加，但总的来说，对非钣金、喷漆方面的维修工作，例如机电维修、四轮定位以及电器维修等，大多数事故车维修厂都使用合同承包方式，由合作方完成。

语文教师在作业形式上要力求多样化，使作业从单一的“写”中走出来，力求听、说、读、写全面开花，并与演、唱、画、制作、游戏以及参观访问等学生喜闻乐见的形式巧妙结合，让作业富有趣味性，具有吸引力，真正让学生由作业开始打开自己亲近语文的大门。

式中，

为影响因子；

为肋(翅片)效率，取值0.93(文献[10])。

所需翅片管根数：

加热器在储罐上的布置方式分为顶部直插和侧壁套装两种方式。顶部直插式电加热棒的长度较大，有利于增大换热面积，从而降低电加热棒的壁面热通量，但顶部直插式增大了顶部的承重；侧壁套装式，电加热器的长度受到熔盐储罐直径的限制，而且为了更换电加热器时不发生熔盐泄漏事故，需采用套管结构，电加热棒与熔盐之间并没有直接接触，使得电加热棒的壁面温度不能太高。为使罐内熔盐可完全融化且受热均匀，采用了顶部直插和侧壁套装相结合的布置方式。图2为熔盐单罐示意，由图看出，本设计采用侧壁均匀布置2层电加热器，每层6 根，顶部直插3 根电加热器。电加热器功率共560 kW，既满足了熔盐受热均匀，又保证了熔盐罐结构安全性。熔盐流量需不小于3.75 m

/h 以保证循环周期内熔盐换热量，故泵选型为出口直径32 mm的GY32-200型熔盐泵，对称布置于储罐顶部，同时设置有填料口、压力阀、雷达液位计、温度传感器。

技术创新给图书馆工作带来了前所未有的生机和活力，也为阅读推广工作提供了很多新的可能。我馆一直积极关注新技术的应用，使用RFID技术实现图书的自助借还、定位、顺架工作，每年定期举办3D打印竞赛，购买多种数据库及设备满足读者移动阅读，引进人脸识别技术使读者能够刷脸入馆 [5] 。微信朋友圈中各种形式的打卡阅读活动层出不穷，各种形式的打卡读书很多，比较出名的有薄荷阅读和精读英语外刊等。本次活动中，我们引入微信小程序小打卡，读者可以随时查看其他读者及自己之前的打卡记录，非常方便快捷，同时也大大简化了统计流程，为评奖及后期素材的整理提供了便利。

式中，

为总换热面积，m

；

为单根翅片管的换热面积，取值1.34 m

(文献[11])；

应用威尔逊法对传热系数进行校核，则：

式中，

为换热器热负荷，kW；

c

为空气比热容，kJ/(kg·K)；

为空气质量流量，kg/h；

为释热时间，h；Δ

为空气传热温差，K。

3 经济性分析

熔盐储罐罐体常用材料为Q345R 与316L，依据GB 150.2—2011，在450 ℃工作温度下允许工作应力分别为66 MPa 与84 MPa。316L 材料Mo元素含量较高，具有较好的耐腐蚀性、耐高温性和焊接性能。为降低储罐在长期高温环境下的σ相脆化和蠕变影响，材料选择低碳奥氏体不锈钢316L(022Cr17Ni12Mo2)。

3.1 应用实例主要参数

依据河北省某无纺布生产开发出一套储能加热系统，系统的主要设计参数见表2。

由表2 给出的参数，根据式(1)～式(6)对熔盐罐进行了设计，计算结果见表3。

3.2 经济性分析

利用储能技术的烘干系统在用电低谷时期仍采用传统的280 kW电加热器进行生产，同时以560 kW电加热器为熔盐罐储热。而在用电平时及高峰时段，则用熔盐罐在用电低谷时期所储热量生产。相当于整日用电均为低谷时段，而传统工艺每日用电则是低谷、平时及高峰3 个时段。表5 为6 处具有代表性地区峰谷电价，各地虽峰谷电价时段有所不同，但各地各时段时间均为8 h，传统烘干系统及利用储能技术烘干系统的每日电费如下：

式中，

为成本费用，元；

为电加热器功率，kW；

s

为阶梯电价，元/度；

为工作时长，h。

图5为本无纺布设备在不同地区单日能耗费用对比。由图看出，因各地峰谷电价时间段不同，当采用直接电加热方式时，各地每日用电费用存在很大差异。浙江单日电费最高，为5032 元；乌鲁木齐单日电费最低，为2540 元；河北省每日电费为3783 元；江苏、北京和上海三地每日电费相差不多，均在4300 元左右。而由于各地峰谷电价有所差异，利用储能技术的每日电费也有很大不同，但相比直接电加热均有节省，上海和乌鲁木齐节省成本比例最高，均为65%左右；河北地区节省比例最低，为38.28%；北京节省比例为48.34%；浙江和江苏节省比例在57%左右。由此可知，虽然各地的电费计费方式存在差异，但若采用储能供热系统均能降低用电成本，降低用电成本比例与峰谷电价差值有关，峰谷电价差值越大，其用电成本降低的比例越大。

增强所提建议的可操作性。针对存在的问题提出意见建议，督促“一府一委两院”落实到位，是体现人大监督工作效果的主要方式。目前，人大所提建议往往原则性、概括性有加，可操作性欠缺，致使“一府一委两院”及相关部门难以全面落实。这一方面是由人大监督抓大事、议大事的特点决定的；另一方面，也说明人大监督工作开展不到位，对存在的问题把握得不准、了解得不深，从而使监督的效果打了折扣。对策措施要避免流于抽象，要让“一府一委两院”在工作中能够操作，这就要求建议意见不能都大而化之，还需要具体而微。

按河北地区电价计算，应用该储能系统单日可节省费用1448 元，按每年生产330 天计算，年节省费用约为47.8 万元。基础设备成本预算见表6，包括设备改造、系统设计、材料购买，考虑到税费等问题，该系统改造总费用约为133.6万元，企业投资约3年可回收成本。

财务信息化建设水平体现了高校教育信息化的程度，是数字化校园建设中的重要环节，也是衡量学校办学能力和教学科研平台建设的重要标准之一。加强财务信息化建设，既能够提升财务保障能力和管理水平，也能够提高财务工作效率和服务质量，从而更好地助力高等学校的“双一流”建设。

为了与传统能源的能耗费用进行对比，将采用燃煤、燃气、电加热、电储能4种供热方式的每天能耗费用进行了比较。其中燃煤价格以秦皇岛港2021年12月热值为5000 kcal燃煤离岸价(810元/t)计算；天然气价格以2021年5月石家庄管道天然气第三梯队价格(3.4 元/m

)计算，即4.8 元/kg。设定热风炉效率按80%，则不同供热方式单日能耗费用如图6所示。由图可以看出，燃煤方式成本明显偏低，相较于直接电热方式单日可节省2616 元，约节省成本69%；采用燃气供热单日可节省759 元，约节省成本20%；而采储能供热方式，单日可节省1448 元，约节省成本38%。虽然燃煤价格明显较低，但由于环保的要求，尤其是京津冀地区被全面禁止；天然气虽然比燃煤清洁，但我国具有“多煤、贫油、少气”能源特点，到了冬季供暖季，若均采用天然气供暖，必然造成气荒，使得天然气价格暴涨。因此，采用电储能加热不仅符合国家“双碳目标”的实施，还可降低无纺布企业的生产成本，值得在纺织企业推广。

图7为耗电功率的理论值与实际值对比。在理论设计时，预期整个系统的供热均来自夜间的谷电，如图7 中的理论预测电功率，工作时段为22:00—凌晨6:00 采用谷电加热，电加热功率为840 kW；而实际运行时，由于单罐熔盐的回流的影响，熔盐罐内的温度逐渐降低，使得进入熔盐换热器的介质温度降低，换热器的出力变小，辅助电加热的功率随之变大，由于熔盐罐内温度斜温层的存在，辅助电加热的加热功率呈现阶梯状。每日用电量为阴影部分面积，通过计算理论用电量与实际用电量的比值，计算出储能效率为89.8%，其主要能量损失为储热系统的热损失和熔盐泵的电耗。

图8 为储能供热与常规电加热每日电费对比。由图8可看出，采用常规电加热，工作时段在夜间22:00—凌晨6:00时，电价为97元/h；工作时段为6:00—8:00、12:00—16:00 和20:00—22:00 时，电价为158元/h；工作时段为8:00—12:00和16:00—20:00时，电价为219元/h。采用储能供热时，则主要电费发生在22:00—凌晨6:00时，电价为273元/h。通过对不同工作方式每小时电费求和，可得到储能供热与常规电加热每日的总电费，分别为2834 元和3792 元，储能供热相较于直接电热单日可节约电费958元，每年可节约电费约31.6万元，4 年左右即可回收成本。

4 结 论

针对无纺布生产工艺中热风加热费用高的缺点，提出了用电低谷时进行熔盐储能蓄热，用电高峰时将存储熔盐的能量加热热风的工艺路线，利用电网峰谷电价差套利实现降低电费。结合实际工程得出以下结论：

（1）采用单罐储热，具有布局灵活、投资成本低的特点，将电加热器集成在单罐上是可行的，但电加热器应采用顶部直插和侧壁套装相结合的布置方式。

式(4)中：n为权重因子用以调整路径转角评价在总体适应度评价中的权重大小；aveangle为路径平均转角；θ为无人艇最大舵角，取35°。

（2）在纺织工业应用熔盐单罐加热系统，不仅要考虑熔盐的“冻堵”问题，还要考虑热风温度的恒定问题。可以通过加装伴热带和换热器最高点布置的方式缓解“冻堵”问题；为了维持热风温度恒定，应保留可控硅电加热装置。

（3）不同地区峰谷电价政策不同，使得项目能耗的节约费用和回收年限有差别。通过热风无纺布工艺中单罐式储能换热系统的应用表明：在河北南部，采用储能供热实际年节省电费约31.6万元，项目的投资成本为133.6万元，4年左右可回收成本，无纺布的储能供热系统具有较好的市场推广价值。

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