JAK WYKORZYSTAĆ OGNIOODPORNE MATERIAŁY IZOLACYJNE O NISKIEJ PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ DO ZMNIEJSZENIA STRAT CIEPŁA URZĄDZEŃ TERMICZNYCH?

Wykładziny urządzeń termicznych zbudowane są z materiałów ogniotrwałych, które odgrywają kluczową rolę w utracie ciepła, a materiały ogniotrwałe odgrywają w niej kluczową rolę. W wysokich temperaturach materiały ogniotrwałe muszą nie tylko zachowywać stabilność, ale także jak najmniej zatrzymywać ciepło. Dlatego materiały ogniotrwałe muszą mieć właściwości termoizolacyjne. OK, mniej magazynowania ciepła.
1. Straty ciepła urządzeń cieplnych
Urządzenia termiczne są generalnie dużymi konsumentami energii. Im wyższa temperatura, tym większe zużycie energii. Sprawność cieplna jest w większości przypadków bardzo niska, a stopień wykorzystania energii cieplnej jest mniejszy niż 30 procent. Straty ciepła urządzeń termicznych mają na ogół następujące elementy:
(1) Ciepło rozpraszane przez każdą część powierzchni korpusu urządzenia termicznego może osiągnąć od 10 do 40 procent jednostkowego zużycia energii przez produkt;
(2) Strata magazynowania ciepła w korpusie urządzenia termicznego jest mniej ważna dla sprzętu termicznego, który działa w sposób ciągły, a strata magazynowania ciepła sprzętu termicznego, który działa z przerwami, sięga od 5 do 25 procent;
(3) Straty ciepła chłodzenia wodnego, takie jak rura chłodząca wodę szyny skośnej pieca grzewczego z ciągłym walcowaniem stali, nie są owinięte materiałami ogniotrwałymi, a straty ciepła przekraczają 25 procent;
(4) Straty ciepła spowodowane złym uszczelnieniem połączeń, otworów i drzwi pieca, na przykład utrata ciepła drzwi elektrycznego pieca łukowego wynosi ponad 35 procent;
(5) Straty ciepła z oddymiania.
Wszystkie powyższe straty ciepła są związane z materiałami ogniotrwałymi, zwłaszcza (1) ~ (4) mają duży związek z właściwościami termoizolacyjnymi materiałów ogniotrwałych. Podstawowym sposobem ograniczania strat ciepła na powierzchni korpusu pieca jest dobór odpowiednich materiałów termoizolacyjnych w celu obniżenia temperatury powierzchni korpusu pieca. Gdy temperatura pieca jest stała, temperatura powierzchni zewnętrznej zależy głównie od grubości ścianki pieca i przewodności cieplnej materiału ścianki pieca. Zwiększenie grubości ścianki pieca doprowadzi do zwiększenia magazynowania ciepła przez korpus pieca, co może zwiększyć straty magazynowania ciepła. Dlatego racjonalne wykorzystanie materiałów termoizolacyjnych stało się najlepszym wyborem.
W ostatnich latach materiały termoizolacyjne w moim kraju bardzo się rozwinęły. Istnieją nie tylko ukształtowane produkty z różnych materiałów, różne gęstości nasypowe i różne przewodnictwo cieplne, ale także odpowiednie amorficzne materiały ogniotrwałe, włókna ogniotrwałe i produkty z różnych materiałów, płyta krzemowo-wapniowa, płyta nanoizolacyjna itp. Te produkty do izolacji termicznej mają różne specyfikacje wyglądu, wskaźniki fizyczne i chemiczne, różne efekty izolacji termicznej i różne ceny rynkowe. Dlatego projekt okładziny należy wykonać zgodnie z warunkami użytkowania urządzeń termicznych. Zbierz oryginalne dane, w tym parametry temperaturowe (temperatura gorącej powierzchni urządzeń cieplnych, temperatura zimnej powierzchni), stałe fizyczne (przewodność cieplna materiałów termoizolacyjnych, gęstość nasypowa, maksymalna temperatura pracy), parametry ekonomiczne (ceny materiałów ogniotrwałych, ceny paliw), kaloryczność wartość, współczynnik wykorzystania itp.), a następnie obliczyć efekt oszczędności energii, przeanalizować i porównać, wybrać odpowiednie materiały termoizolacyjne i sformułować rozsądny plan.
2. Przykłady ograniczania strat rozpraszania ciepła urządzeń cieplnych
(1) Izolacja termiczna kadzi
Obecnie średnie zużycie energii w przemyśle stalowym mojego kraju jest o 50 procent wyższe niż w Japonii, aw dużych przedsiębiorstwach o 30 procent. Kadź jest ważnym urządzeniem termicznym w hutnictwie. Aby kadź była ciepła, na podstawie obliczeń rozpraszania ciepła kadzi oraz badań materiałów termoizolacyjnych stwierdzono, że wewnętrzne wyłożenie kadzi powinno być zbudowane z materiałów czterowarstwowych, tj. wewnętrzna powierzchnia stalowej skorupy powinna być pokryta energooszczędną farbą, a wewnętrzna powierzchnia powinna być płytą nanoizolacyjną o grubości 10 mm, a następnie do wewnątrz znajduje się 75-milimetrowy odlew izolacyjny nano-mikronowy o wysokiej wytrzymałości, a następnie do wewnątrz jest warstwa robocza. Warstwa robocza linii żużla przyjmuje cegłę magnezytowo-węglową o niskim przewodnictwie cieplnym, a warstwa robocza stopionego basenu przyjmuje niespaloną cegłę korundowo-spinelową. Metodę tę stosuje się do kadzi rafinacyjnej 120t, tak że temperatura skorupy kadzi na linii żużla wynosi około 225 stopni, temperatura skorupy kadzi w stopionym basenie wynosi około 200 stopni, a skorupa okładziny wynosi około 170 stopni . Ta energooszczędna struktura osiągnęła dobre wyniki: ①Wysokiej wytrzymałości odlewy nano-mikronowe i warstwa robocza o niskim przewodnictwie cieplnym mogą skutecznie chronić nanopłytę, utrzymywać ją w bezpiecznej temperaturze roboczej przez długi czas i znacznie poprawić żywotność warstwa termoizolacyjna i warstwa trwała; ② Całkowicie Może obniżyć temperaturę okładziny o ponad 100 stopni, poprawić żywotność okładziny, zmniejszyć gaz używany do pieczenia bułki, znacznie spowolnić temperaturę stopionej stali, obniżyć temperaturę gwintowania, poprawić metal wydajność, poprawić wydajność pracy i osiągnąć oszczędność energii, ochronę środowiska i cel redukcji kosztów.
(2) Cegła kompozytowa o niskiej przewodności cieplnej do strefy fali przechodzącej przez piec obrotowy do cementu
Piec obrotowy do cementu jest wysokoenergochłonnym urządzeniem termicznym, zwłaszcza w przedniej i tylnej strefie przejściowej. Wykładzina ogniotrwała nie jest chroniona powłoką pieca i ma bezpośredni kontakt z materiałem cementowym. Temperatura korpusu pieca jest wysoka, co zwiększa straty ciepła i zużycie paliwa oraz zmniejsza korpus pieca. i żywotność rolki podtrzymującej, jednocześnie ułatwiając uszkodzenie materiału ogniotrwałego. W celu zmniejszenia rozpraszania ciepła i zagrożeń bezpieczeństwa przyjęto trójwarstwową strukturę warstwy roboczej, warstwy termoizolacyjnej i warstwy termoizolacyjnej. Jeśli do murowania stosuje się trzy rodzaje cegieł ogniotrwałych o różnej przewodności cieplnej, często zdarza się, że wypadnięcie cegieł z okładziny wewnętrznej podczas pracy pieca obrotowego. Dlatego badana jest wielowarstwowa cegła kompozytowa o niskiej przewodności cieplnej, to znaczy cegła przyjmuje trójwarstwową strukturę: warstwa robocza (cegła z mulitu krzemowego o grubości 0,140 m), izolacja termiczna warstwa (cegła z jasnego mulitu o grubości 0,035 m), interfejs wiązania tych dwóch warstw przyjmuje metodę łączenia powierzchni sinusoidalnej, a trzecią warstwą jest warstwa termoizolacyjna (płyta z włókna ceramicznego zawierająca ZrO2, grubość 0,025 m) . Koncentracja naprężeń wielowarstwowej cegły kompozytowej jest mniejsza, a całkowita przewodność cieplna wielowarstwowej cegły kompozytowej jest zmniejszona z 2,74 do 1,50 W/(m·K) oryginalnej cegły silikatowo-molibdenowej, co obniża temperaturę płaszcz pieca o 50 ~ 70 stopni.
(3) 260-tonowy konwerter stali Anshan Iron and Steel przyjmuje płytę nanoizolacyjną o grubości 20 mm zamiast płyty izolacyjnej z włókna polikrystalicznego o grubości 40 mm, aby zoptymalizować strukturę wykładziny pieca,
Zwiększa się współczynnik wydajności pieca, a wydajność stali zwiększa się, aby obniżyć temperaturę płaszcza pieca o więcej niż 11 stopni. Podczas całego procesu pracy konwertera nie występuje zjawisko pulweryzacji, nie występuje również opadanie cegieł okładzinowych. Jednocześnie skraca również czas wytapiania i zmniejsza zużycie stopionego żelaza. .
(4) Materiał do ubijania z węglika krzemu o wysokiej przewodności cieplnej do chłodzonego wodą generatora pyłu węglowego
Ściana wodna generatora pyłu węglowego jest wyłożona materiałem ubijającym z węglika krzemu o wysokiej przewodności cieplnej. W wysokiej temperaturze żużel wisi na okładzinie materiału ubijającego z węglika krzemu. Ze względu na wysoką przewodność cieplną węglika krzemu, żużel styka się z wewnętrzną okładziną szybko skrapla się, a wraz ze spadkiem temperatury maleje przewodność cieplna (patrz tabela 1). Wewnątrz i na zewnątrz pieca znajduje się gorący żużel, stały żużel, materiał ogniotrwały z węglika krzemu, ściana wodna, warstwa ochronna gazu obojętnego, amorficzny materiał ogniotrwały o wysokiej zawartości tlenku glinu i zewnętrzna warstwa ochronna. Zmniejsza to straty ciepła w piecu.
3. Kwestie wymagające uwagi przy wyborze materiałów termoizolacyjnych
W przemyśle wysokotemperaturowym istnieje wiele przykładów wykorzystania materiałów termoizolacyjnych w celu oszczędzania energii i ochrony środowiska. Materiał termoizolacyjny ma wysoką porowatość (ponad 4{6}} procent ~85 procent), niską gęstość nasypową (poniżej 1,5 g/cm3) i niską przewodność cieplną (poniżej 1,0 W/(m·K)). Jednak przy wyborze tych materiałów termoizolacyjnych należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:
(1) Przewodność cieplna materiału termoizolacyjnego (λ)
Przewodność cieplna jest również nazywana przewodnością cieplną, a jej odwrotność 1/λ to opór cieplny. Im mniejsza przewodność cieplna, tym lepszy efekt izolacji termicznej. Powszechnie wiadomo, że powietrze ma najniższą przewodność cieplną.
Przewodność cieplna materiałów stałych jest znacznie większa niż gazów, więc pory materiałów stałych mogą znacznie zmniejszyć przewodność cieplną materiałów, więc materiał izolacyjny musi mieć wysoką porowatość. Im większa porowatość, tym mniejsza wartość λ.
Ponadto wielkość porów ma również pewien wpływ na wartość λ. W niskiej temperaturze przewodność cieplna materiału termoizolacyjnego maleje wraz ze wzrostem wielkości porów, a przewodność cieplna powyżej 8{6}}0 stopni, zwłaszcza powyżej 1000 stopni, szybko wzrasta wraz ze wzrostem wielkości porów. Dlatego wysoka temperatura przyjmuje materiał termoizolacyjny o małej wielkości porów, a niska temperatura - materiał termoizolacyjny o dużej wielkości porów. Gdy porowatość jest taka sama, przewodność cieplna mikrostruktury w fazie ciągłej fazy gazowej jest mniejsza niż w fazie ciągłej fazy stałej, a pory w materiale włóknistym są ciągłe jak w fazie stałej, więc przewodność cieplna włókien i produktów ogniotrwałych jest niewielka. W fazie stałej materiałów termoizolacyjnych rezystywność cieplna materiału jest bardzo zróżnicowana ze względu na różnice w chemicznym składzie mineralnym. Ogólnie rzecz biorąc, im bardziej złożona struktura krystaliczna, tym przewodność cieplna jest niższa, a przewodność cieplna szkła w fazie stałej jest niższa niż w fazie krystalicznej. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta przewodność cieplna fazy szklanej; temperatura fazy krystalicznej wzrasta, a przewodność cieplna maleje. W Wielkiej Brytanii opracowano bardzo drobny kompozytowy materiał termoizolacyjny SiO2 o gęstości nasypowej około 0,24 g/cm3, a jego przewodność cieplna jest niższa niż wszystkich materiałów termoizolacyjnych, a nawet niższa niż przewodność nieruchomego powietrza.
(2) Odporność cieplna materiału termoizolacyjnego
Niektóre materiały termoizolacyjne są stosowane w niższej temperaturze. Na przykład płyty nanoizolacyjne są używane w 100-tonowej kadzi stalowej firmy Angang Steel. Przekroczenie temperatury użytkowania ulegnie odkształceniu pod wpływem nacisku, czego efektem będzie odkształcenie okładziny, co nie tylko pogorszy właściwości termoizolacyjne, ale również spowoduje zagrożenie bezpieczeństwa. Dlatego zasugerowano, że materiał termoizolacyjny zależy głównie od odkształcenia skurczowego w określonej temperaturze, a nie od stopnia ogniotrwałości. Na arenie międzynarodowej temperatura, w której skurcz przy ponownym spalaniu nie przekracza 2 procent, jest ogólnie stosowana jako zakres temperatur stosowania materiałów termoizolacyjnych, a także jest jedną z różnic między materiałami termoizolacyjnymi a czystymi materiałami ogniotrwałymi.
(3) Wytrzymałość materiału termoizolacyjnego
Ze względu na wysoką porowatość i niską wytrzymałość względną, taką jak wspomniana powyżej płyta nanoizolacyjna, efekt izolacji termicznej jest dobry, porowatość jest wysoka, a wytrzymałość niska. Aby zapewnić transport i potrzeby budowlane, materiał izolacyjny musi mieć określoną wytrzymałość. Szczególnie w przypadku niektórych produktów termoizolacyjnych, które mają bezpośredni kontakt z płomieniem, bardzo ważne jest poprawienie wytrzymałości. Wraz ze wzrostem gęstości nasypowej wzrasta wytrzymałość. Gdy gęstość nasypowa jest taka sama, połączenie w fazie stałej jest silniejsze niż połączenie w fazie gazowej, co jest związane z wielkością porów. Zmniejszenie wielkości porów jest skutecznym środkiem technicznym poprawiającym wytrzymałość materiałów termoizolacyjnych.
(4) Atmosfera i materiał termoizolacyjny
Wiele urządzeń termicznych jest wyłożonych materiałami termoizolacyjnymi, powszechnie stosuje się również różne atmosfery ochronne, takie jak CO, CO2, H2, N2 itp. Materiały ogniotrwałe z serii Al2O3-SiO2 w wodorze, SiO2 powraca do metalicznego krzemu i para wodna, Al2O3 jest bardzo stabilny, dlatego w wodorze należy wybierać materiały izolacyjne z tlenku glinu. Włókna z krzemianu glinu zawierają od 3 do 4 procent Cr2O3, który łatwo ulega redukcji w atmosferze redukującej wodór, dlatego też włókna z krzemianu glinu zawierające tlenek chromu nie powinny być stosowane w atmosferze redukującej.
(5) Metoda izolacji
Na urządzeniach termicznych pracujących w trybie przerywanym warstwę izolacji termicznej (fornir z włókien ogniotrwałych) można położyć bezpośrednio na gorącej powierzchni wykładziny pieca, co pozwala osiągnąć najlepszy efekt oszczędności energii. Lepszy niż efekt izolacji termicznej ściany wewnętrznej (gorąca powierzchnia).