KAKO UPORABITI TOPLOTNO IZOLACIJSKE OGNJEVZDRŽNE MATERIALE Z NIZKO TOPLOTNO PREVODNOSTJO ZA ZMANJŠANJE TOPLOTNIH IZGUB TERMIČNE OPREME?

Obloga toplotne opreme je izdelana iz ognjevzdržnih materialov, ki igrajo ključno vlogo pri toplotnih izgubah, ognjevzdržni materiali pa imajo pri tem ključno vlogo. Pri visokih temperaturah morajo ognjevzdržni materiali ne samo ohranjati stabilnost, ampak tudi čim manj zadrževati toploto. Zato morajo imeti ognjevarni materiali toplotnoizolacijske lastnosti. OK, manj shranjevanja toplote.
1. Toplotne izgube toplotne opreme
Toplotna oprema je na splošno velik porabnik energije. Višja kot je temperatura, večja je poraba energije. Toplotni izkoristek je v večini primerov zelo nizek, stopnja izkoriščenosti toplotne energije pa manjša od 30 odstotkov. Toplotne izgube toplotne opreme imajo na splošno naslednje postavke:
(1) Toplota, ki jo odvaja vsak del površine telesa toplotne opreme, lahko doseže 10 do 40 odstotkov porabe energije na enoto izdelka;
(2) Izguba akumulacije toplote telesa toplotne opreme je manj pomembna za termično opremo, ki deluje neprekinjeno, in izguba akumulacije toplote termične opreme, ki deluje občasno, doseže 5 odstotkov do 25 odstotkov;
(3) Izguba toplote pri vodnem hlajenju, kot je cev za vodno hlajenje pomivne tirnice ogrevalne peči za neprekinjeno valjanje jekla, ni ovita z ognjevzdržnimi materiali, toplotna izguba pa je več kot 25 odstotkov;
(4) Izguba toplote zaradi slabega tesnjenja spojev, lukenj in vrat peči, na primer toplotna izguba vrat elektroobločne peči je več kot 35 odstotkov;
(5) Izguba toplote zaradi odvoda dima.
Vse zgornje toplotne izgube so povezane z ognjevzdržnimi materiali, zlasti (1)–(4) so ​​v veliki povezavi z zmogljivostjo toplotne izolacije ognjevzdržnih materialov. Osnovni način za zmanjšanje toplotnih izgub na površini telesa peči je izbira ustreznih toplotnoizolacijskih materialov za znižanje površinske temperature telesa peči. Ko je temperatura peči konstantna, je temperatura zunanje površine odvisna predvsem od debeline stene peči in toplotne prevodnosti materiala stene peči. Povečanje debeline stene peči bo povzročilo povečanje shranjevanja toplote v telesu peči, kar lahko poveča izgubo toplote pri shranjevanju. Zato je racionalna uporaba toplotnoizolacijskih materialov postala najboljša izbira.
V zadnjih letih so se toplotnoizolacijski materiali v moji državi hitro razvili. Ne obstajajo samo oblikovani izdelki iz različnih materialov, različnih nasipnih gostot in različne toplotne prevodnosti, ampak tudi ustrezni amorfni ognjevarni materiali, ognjevzdržna vlakna in izdelki iz različnih materialov, silicijeva kalcijeva plošča, nanoizolacijska plošča itd. Ti toplotnoizolacijski izdelki imajo različne specifikacije videza, fizikalne in kemijske kazalnike, različne učinke toplotne izolacije in različne tržne cene. Zato je treba zasnovo obloge izvesti v skladu s pogoji uporabe toplotne opreme. Zberite izvirne podatke, vključno s temperaturnimi parametri (temperatura vroče površine toplotne opreme, temperatura hladne površine), fizikalnimi konstantami (toplotna prevodnost toplotnoizolacijskih materialov, nasipna gostota, najvišja delovna temperatura), ekonomskimi parametri (cene ognjevarnih materialov, cene goriva), kalorični vrednost, koeficient izkoristka itd.), nato izračunajte učinek varčevanja z energijo, analizirajte in primerjajte, izberite ustrezne toplotnoizolacijske materiale in oblikujte smiseln načrt.
2. Primeri zmanjšanja izgube toplotne disipacije toplotne opreme
(1) Toplotna izolacija lonca
Trenutno je povprečna poraba energije v jeklarski industriji moje države za 50 odstotkov višja kot na Japonskem in za 30 odstotkov večja pri velikih podjetjih. Lovec je pomembna termična oprema v jeklarski industriji. Da bi lonec ohranil toplo, je z izračunom odvajanja toplote lonca in raziskavami toplotnoizolacijskih materialov ugotovljeno, da mora biti notranja obloga lonca izdelana iz štirislojnih materialov, tj. notranja površina jeklene lupine mora biti prevlečena z barvo za varčevanje z energijo, notranja površina pa mora biti 10 mm nano-izolacijska plošča, nato pa navznoter je 75 mm visoko trdna nano-mikronska izolacija, nato pa navznoter je delovna plast. Delovna plast linije za žlindro sprejme magnezitno-ogljikovo opeko z nizko toplotno prevodnostjo, delovna plast staljenega bazena pa sprejme nežgano opeko kakovosti korunda in špinela. Ta metoda se uporablja za lonec za rafiniranje 120 t, tako da je temperatura lupine lonca na liniji žlindre približno 225 stopinj, temperatura lupine lonca v bazenu staline je približno 200 stopinj, lupina obloge pa približno 170 stopinj. . Ta struktura za varčevanje z energijo je dosegla dobre rezultate: ①Visokotrdni nano-mikronski ulitki in delovna plast z nizko toplotno prevodnostjo lahko učinkovito zaščitijo nano-ploščo, jo dolgo ohranjajo pri varni delovni temperaturi in znatno izboljšajo življenjsko dobo toplotnoizolacijski sloj in trajni sloj; ②Popolnoma lahko zniža temperaturo obloge za več kot 100 stopinj, izboljša življenjsko dobo obloge, zmanjša plin, ki se uporablja za peko žemlje, znatno upočasni temperaturo staljenega jekla, zmanjša temperaturo točenja, izboljša kovino donos, izboljšati produktivnost dela in doseči varčevanje z energijo, varstvo okolja in namen zmanjšanja stroškov.
(2) Kompozitna opeka z nizko toplotno prevodnostjo za valovito območje rotacijske cementne peči
Rotacijska peč za cement je toplotna oprema z visoko porabo energije, zlasti v sprednjem in zadnjem prehodnem območju. Ognjevzdržna obloga ni zaščitena s kožo peči in je v neposrednem stiku s cementnim materialom. Temperatura telesa peči je visoka, kar poveča toplotne izgube in porabo goriva ter zmanjša telo peči. in življenjsko dobo podpornega valja, medtem ko je ognjevzdržni material enostavno poškodovan. Za zmanjšanje odvajanja toplote in varnostnih nevarnosti je sprejeta troslojna struktura delovne plasti, toplotnoizolacijske plasti in toplotnoizolacijske plasti. Če se za zidanje uporabljajo tri vrste ognjevzdržnih opek z različno toplotno prevodnostjo, se med delovanjem rotacijske peči pogosto zgodi nesreča zaradi padanja opek z notranje obloge. Zato se proučuje večslojna kompozitna opeka z nizko toplotno prevodnostjo, kar pomeni, da ima opeka troslojno strukturo: delovni sloj (debelina silicijeve mulitne opeke 0.140 m), toplotna izolacija plast (lahka mulitna opeka debeline 0.035 m), vezni vmesnik teh dveh plasti sprejme kombinirano metodo sinusne površine, tretja plast pa je toplotno izolacijska plast (plošča iz keramičnih vlaken, ki vsebuje ZrO2, debelina 0,025 m) . Koncentracija napetosti večslojne kompozitne opeke je manjša, celovita toplotna prevodnost večplastne kompozitne opeke pa se zmanjša z 2,74 na 1,50 W/(m·K) originalne silicijeve molibden opeke, kar zmanjša temperaturo lupino peči za 50 ~ 70 stopinj.
(3) 260-tonski pretvornik za proizvodnjo jekla Anshan Iron and Steel uporablja 20 mm debelo nanoizolacijsko ploščo namesto 40 mm debele polikristalne vlaknene izolacijske plošče za optimizacijo strukture obloge peči,
Razmerje zmogljivosti peči se poveča, proizvodnja jekla pa se poveča, da se temperatura ohišja peči zniža za več kot 11 stopinj. Med celotnim postopkom delovanja pretvornika ni pojava prašenja in ni padanja opek za oblogo. Hkrati tudi skrajša čas taljenja in zmanjša porabo staljenega železa. .
(4) Material za nabijanje iz silicijevega karbida z visoko toplotno prevodnostjo za vodno hlajen uplinjevalnik premoga v prahu
Vodna stena uplinjača premoga v prahu je obložena z materialom za nabijanje iz silicijevega karbida z visoko toplotno prevodnostjo. Pri visoki temperaturi žlindra visi na oblogi materiala za nabijanje iz silicijevega karbida. Zaradi visoke toplotne prevodnosti silicijevega karbida se žlindra dotakne notranje obloge. Obloga hitro kondenzira in ko se temperatura zniža, se toplotna prevodnost zmanjša (glej tabelo 1). Znotraj in zunaj peči so vroča žlindra, trdna žlindra, ognjevarni material iz silicijevega karbida, vodna stena, zaščitna plast inertnega plina, amorfni ognjevzdržni material z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida in zunanja zaščitna plast. To zmanjša toplotne izgube v peči.
3. Zadeve, na katere moramo biti pozorni pri izbiri toplotnoizolacijskih materialov
V visokotemperaturni industriji je veliko primerov uporabe toplotnoizolacijskih materialov za varčevanje z energijo in zaščito okolja. Toplotnoizolacijski material ima visoko poroznost (več kot 40 odstotkov ~85 odstotkov), nizko nasipno gostoto (manj kot 1,5 g/cm3) in nizko toplotno prevodnost (manj kot 1,0 W/(m·K)). Vendar pa pri izbiri teh toplotnoizolacijskih materialov bodite pozorni na naslednja vprašanja:
(1) Toplotna prevodnost toplotnoizolacijskega materiala (λ)
Toplotna prevodnost se imenuje tudi toplotna prevodnost, njen recipročni 1/λ pa je toplotni upor. Manjša kot je toplotna prevodnost, boljši je učinek toplotne izolacije. Znano je, da ima zrak najmanjšo toplotno prevodnost.
Toplotna prevodnost trdnih materialov je veliko večja kot pri plinih, zato lahko pore trdnih materialov bistveno zmanjšajo toplotno prevodnost materialov, zato mora biti izolacijski material visoko porozen. Večja kot je poroznost, manjša je vrednost λ.
Poleg tega ima velikost por določen vpliv na vrednost λ. Pri nizki temperaturi se toplotna prevodnost toplotnoizolacijskega materiala zmanjšuje s povečanjem velikosti por, toplotna prevodnost nad 800 stopinjami, zlasti nad 1000 stopinjami, pa hitro narašča s povečanjem velikosti por. Zato visoka temperatura prevzame toplotnoizolacijski material z majhno velikostjo por, nizka temperatura pa prevzame toplotnoizolacijski material z veliko velikostjo por. Ko je poroznost enaka, je toplotna prevodnost mikrostrukture v kontinuirni fazi v plinski fazi manjša od prevodnosti v kontinuirni fazi v trdni fazi, pore v vlaknatem materialu pa so kontinuirne kot v trdni fazi, tako da toplotna prevodnost ognjevzdržnih vlaken in izdelkov je majhen. V trdni fazi toplotnoizolacijskih materialov je toplotna upornost materiala zelo različna zaradi razlike v kemični mineralni sestavi. Na splošno velja, da bolj kompleksna je kristalna struktura, nižja je toplotna prevodnost, toplotna prevodnost stekla v trdni fazi pa je nižja kot v kristalni fazi. Z naraščanjem temperature se poveča toplotna prevodnost steklene faze; temperatura kristalne faze se poveča, medtem ko se toplotna prevodnost zmanjša. Združeno kraljestvo je razvilo ultra fin kompozitni toplotnoizolacijski material SiO2 z nasipno gostoto približno 0,24 g/cm3, njegova toplotna prevodnost pa je nižja kot pri vseh toplotnoizolacijskih materialih, celo nižja kot pri mirujočem zraku.
(2) Toplotna odpornost toplotnoizolacijskega materiala
Nekateri toplotnoizolacijski materiali se uporabljajo pri nižji temperaturi. Nanoizolacijske plošče se na primer uporabljajo v 100t jeklenem loncu Angang Steel. Preseganje temperature uporabe se bo deformiralo pod pritiskom, kar bo povzročilo deformacijo obloge, kar ne bo le poslabšalo toplotne izolacije, ampak bo tudi ogrožalo varnost. Zato je bilo predlagano, da je toplotnoizolacijski material v glavnem odvisen od deformacije krčenja pri določeni temperaturi, ne od stopnje ognjevarnosti. V mednarodnem merilu se kot temperaturno območje za uporabo toplotnoizolacijskih materialov običajno uporablja temperatura, pri kateri krčenje pri ponovnem žganju ne presega 2 odstotkov, in je tudi ena od razlik med toplotnoizolacijskimi materiali in čistimi ognjevzdržnimi materiali.
(3) Trdnost toplotnoizolacijskega materiala
Zaradi visoke poroznosti in nizke relativne trdnosti, kot je zgoraj omenjena nanoizolacijska plošča, je učinek toplotne izolacije dober, poroznost visoka in trdnost nizka. Za zagotovitev transportnih in gradbenih potreb mora imeti izolacijski material določeno trdnost. Predvsem pri nekaterih toplotnoizolacijskih izdelkih, ki so v neposrednem stiku s plamenom, je zelo pomembno izboljšanje trdnosti. Ko se nasipna gostota poveča, se moč poveča. Ko je nasipna gostota enaka, je povezava v trdni fazi močnejša od povezave v plinski fazi, kar je povezano z velikostjo por. Zmanjšanje velikosti por je učinkovit tehnični ukrep za izboljšanje trdnosti toplotnoizolacijskih materialov.
(4) Atmosferski in toplotnoizolacijski material
Številna toplotna oprema je obložena s toplotnoizolacijskimi materiali, pogosto pa se uporabljajo tudi različne zaščitne atmosfere, kot so CO, CO2, H2, N2 itd. Ognjevzdržni materiali serije Al2O3-SiO2 v vodiku, SiO2 se vrne v kovinski silicij in vodna para, Al2O3 je zelo stabilen, zato je treba pri vodiku izbrati izolacijske materiale iz aluminijevega oksida. Aluminijeva silikatna vlakna vsebujejo 3 do 4 odstotke Cr2O3, ki se zlahka reducira v vodikovi redukcijski atmosferi, zato se aluminijevih silikatnih vlaken, ki vsebujejo kromov oksid, ne sme uporabljati v redukcijski atmosferi.
(5) Metoda izolacije
Na toplotni opremi v prekinitvenem delovanju se lahko toplotno izolacijska plast (furnir iz ognjevarnih vlaken) položi neposredno na vročo površino obloge peči, kar lahko doseže najboljši učinek varčevanja z energijo. Boljši kot učinek toplotne izolacije notranje stene (vroča površina).