一、技術(shù)名稱：工業(yè)微波/電混合高溫加熱窯爐技術(shù)
二、技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍：通用機(jī)械行業(yè) 非金屬材料高溫加工
三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀
目前，我國工業(yè)窯爐大部分是燃煤、燃油、燃?xì)飧G爐，這些工業(yè)窯爐大量耗用一次能源，并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定污染。與電爐相比，工業(yè)微波/電混合加熱窯爐通常可節(jié)電40%以上；與燃煤(焦)、燃油、燃?xì)飧G爐相比，能耗費(fèi)用大致相當(dāng)或略有降低，但減排效果顯著。同時(shí)，工業(yè)微波窯爐裝備通常可大幅改善加工材料的品質(zhì)和大幅提高加工效率，設(shè)備自動(dòng)化程度高，而其制造成本卻與傳統(tǒng)窯爐裝備相當(dāng)，因而具有廣闊的市場應(yīng)用前景。目前應(yīng)用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量10萬tce/a，CO2減排約26萬t/a。
四、技術(shù)內(nèi)容
1.技術(shù)原理
微波加熱是利用微波電磁場中材料的介質(zhì)損耗使材料整體加熱至溫度升高。在微波電磁場作用下，材料會(huì)產(chǎn)生一系列的介質(zhì)極化，在極化過程中極性分子由原來的隨機(jī)分布狀態(tài)轉(zhuǎn)向依照電場的極性排列取向，而在高頻電磁場作用下，分子取向按交變電磁的頻率不斷變化，依靠材料本身吸收微波能轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部分子的動(dòng)能和勢(shì)能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)材料內(nèi)外同時(shí)均勻加熱的原理。傳統(tǒng)加熱熱源是通過熱輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流三種方式完成的，而微波加熱則是通過物質(zhì)內(nèi)部粒子與高速交變的電磁波相互作用來完成的。這種相互作用引起物質(zhì)中電介質(zhì)的損耗，使電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽咝А⑶鍧崱Ｎ⒉?電混合高溫加熱技術(shù)可克服部分材料在低溫狀態(tài)下吸收微波差而升溫速度慢等缺點(diǎn)，具備特點(diǎn)如下：
（1）優(yōu)質(zhì)：通過均勻穿透的能量作用大幅提高加工材料的品質(zhì)。如采用微波高溫合成技術(shù)可生產(chǎn)出世界上高品質(zhì)的磁性材料、動(dòng)力電池材料和氮化鐵合金材料等；
（2）高效：通過整體同步的能量作用大幅縮短材料的加熱或加工時(shí)間，提高加熱或加工效率數(shù)倍乃至數(shù)百倍。如采用微波燒結(jié)技術(shù)生產(chǎn)氮化硅錳，可使效率提高20倍，生產(chǎn)成本降低70%；
（3）節(jié)能：因材料加熱或加工效率高而顯著節(jié)能，與常規(guī)電加熱窯爐相比，通常可省電40%以上，如燒制氮化硅錳，可節(jié)電90%左右；
（4）改性：因微波加熱存在非熱催化效應(yīng)，顛覆部分傳統(tǒng)產(chǎn)品燒結(jié)工藝，如人造金剛石石墨+觸媒，由原來真空狀態(tài)下純氫氣燒結(jié)改變?yōu)槌籂顟B(tài)下氮?dú)鉄Y(jié)，可大大降低成本，提高設(shè)備使用的安全性；
（5）應(yīng)用范圍廣：充分利用純微波高溫加熱技術(shù)與電加熱的優(yōu)勢(shì)，克服部分材料在低溫狀態(tài)下吸收微波差而升溫速度慢等缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍大大提高。
2.關(guān)鍵技術(shù)
（1）高穩(wěn)定性的微波源技術(shù)；
（2）建立不同邊界條件下微波腔體的微波模數(shù)結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，確保微波與材料最佳偶合；
（3）設(shè)計(jì)多種微波抑制及微波屏蔽器，設(shè)計(jì)出微波屏蔽裝置，將電熱元件引出線的微波輻射降低到100μW/cm2；
（4）采用專用于微波高溫窯爐測溫用熱電偶，與常規(guī)熱電偶相比，該技術(shù)引出線微波輻射少，測溫精度高；
（5）微波窯爐加熱元件是微波源，布置在保溫層外面，微波穿過保溫層加熱物料，要求微波窯爐的保溫材料吸波性能差，在微波照射下自身發(fā)熱小。研究開發(fā)出可適應(yīng)微波燒結(jié)溫度高于1600℃的保溫材料，以及爐管、匣缽、推板、氧化鋁空心球磚等耐火材料，是該技術(shù)完成的重要保障；
（6）溫度精確控制技術(shù)。采用溫度曲線的控制，實(shí)際就是微波功率的控制，這要求一是做到微波功率的精確無級(jí)可調(diào)，二是閉環(huán)控制時(shí)間響應(yīng)快。微波功率調(diào)節(jié)是非線性的，它由雷基圖決定。本技術(shù)采用常規(guī)的PLC、觸摸屏、經(jīng)多種溫度曲線計(jì)算，實(shí)現(xiàn)微波功率的控制。
3.工藝流程
微波燒結(jié)爐工作原理與傳統(tǒng)燒結(jié)爐對(duì)比見圖1。
圖1 傳統(tǒng)燒結(jié)爐與微波燒結(jié)爐工作原理對(duì)比圖
五、主要技術(shù)指標(biāo)
1.微波輸出頻率：2.45GHz±25MHz；
2.最高溫度：1650℃；
3.工作溫度：1600℃；
4.溫度均勻度：±6℃；
5.窯爐溫度穩(wěn)定度：±5℃；
6.曲線控制精度：±2℃。
六、技術(shù)鑒定、獲獎(jiǎng)情況及應(yīng)用現(xiàn)狀
該技術(shù)于2012年3月通過湖南科學(xué)技術(shù)廳組織的技術(shù)成果鑒定，并獲得多項(xiàng)國家專利。2012年3月，”RWEG微波(電熱)高溫輥道窯、RWET微波(電熱)高溫輥道窯、RWS微波多功能實(shí)驗(yàn)爐”三項(xiàng)產(chǎn)品成功通過湖南經(jīng)信委與湖南資源綜合利用協(xié)會(huì)組織的產(chǎn)品鑒定。
與常規(guī)工業(yè)加熱技術(shù)相比，該技術(shù)可大幅改善材料品質(zhì)，并具有顯著的高效、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)，節(jié)能率可達(dá)40%以上，且制造成本與常規(guī)技術(shù)相當(dāng)，因而具有使用領(lǐng)域廣、性價(jià)比高的競爭優(yōu)勢(shì)。目前，該技術(shù)已在湖北鐘祥華邦科技有限公司、廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司新寶華電子設(shè)備分公司、潮州市博大工藝品制作有限公司等企業(yè)應(yīng)用，產(chǎn)品技術(shù)符合技術(shù)指標(biāo)需求，技術(shù)成熟、穩(wěn)定。
七、典型應(yīng)用案例
典型用戶：湖北鐘祥華邦科技有限公司、廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司、潮州市博大工藝品制作有限公司等
典型案例1
技術(shù)提供單位：湖南省中晟熱能科技有限公司
建設(shè)規(guī)模：6條3000t/a氮化釩微波高溫合成窯爐。主要技改內(nèi)容：利用微波（電熱）代替電加熱窯合成氮化釩，主要設(shè)備為微波（電熱）高溫推板窯。節(jié)能技改投資額4200萬元，建設(shè)期6個(gè)月。每年可節(jié)能5760tce，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益為1008萬元，投資回收期約4年。
典型案例2
技術(shù)提供單位：湖南省中晟熱能科技有限公司
建設(shè)規(guī)模：2條1.8萬m3/a高檔日用瓷、藝術(shù)瓷的微波高溫素?zé)G。主要技改內(nèi)容：利用連續(xù)式微波（電熱）高溫輥道窯代替原有的間歇式液化氣窯，主要設(shè)備為 微波（電熱）高溫輥道窯2套。節(jié)能技改投資額1100萬元，建設(shè)期6個(gè)月。每年可 節(jié)能1746tce，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益806萬元，投資回收期約1.4年。
八、推廣前景及節(jié)能減排潛力
微波能的應(yīng)用始于1947年第一臺(tái)家用微波爐在美國的誕生，到現(xiàn)在已經(jīng)六十多年，使用初期僅限于某些特殊領(lǐng)域，直到近二十年才得到迅猛發(fā)展。由于微波能應(yīng)
用技術(shù)具備顯著的優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，隨著微波裝備制造技術(shù)的不斷 提高和材料的微波加工工藝技術(shù)的不斷開發(fā)，全球微波能應(yīng)用技術(shù)也將逐漸取代傳
統(tǒng)的蒸汽、煙氣、熱風(fēng)、電加熱實(shí)現(xiàn)微波干燥，同時(shí)微波高溫技術(shù)也開始在微波冶 金、微波燒結(jié)陶瓷、無機(jī)類新材料微波法制備等方面得到普遍的認(rèn)可。預(yù)計(jì)未來5年，可在相關(guān)領(lǐng)域推廣10%，形成的年節(jié)能能力約為100萬tce，年減排能力264萬tCO2。
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