CUM SE UTILIZAȚI MATERIALE REFRACTARE TERMOIZOLANTE CU CONDUCTIVITATE TERMICĂ SCĂZUTĂ PENTRU A REDUCE PIERDERILE DE CĂLDURĂ A ECHIPAMENTULUI TERMIC?

Căptușeala echipamentelor termice este construită din materiale refractare, care joacă un rol cheie în pierderea de căldură, iar materialele refractare joacă un rol cheie în aceasta. La temperaturi ridicate, materialele refractare nu trebuie doar să mențină stabilitatea, ci și să păstreze căldura cât mai puțin posibil. Prin urmare, materialele refractare trebuie să aibă proprietăți de izolare termică. OK, mai puțin stocare de căldură.
1. Pierderea de căldură a echipamentelor termice
Echipamentele termice sunt în general un mare consumator de energie. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare consumul de energie. Eficiența termică este foarte scăzută în majoritatea cazurilor, iar rata de utilizare a energiei termice este mai mică de 30%. Pierderea de căldură a echipamentelor termice are în general următoarele elemente:
(1) Căldura disipată de fiecare parte a suprafeței corpului echipamentului termic poate ajunge la 10 la sută până la 40 la sută din consumul unitar de energie al produsului;
(2) Pierderea de acumulare de căldură a corpului echipamentului termic este mai puțin importantă pentru echipamentul termic care funcționează continuu, iar pierderea de stocare a căldurii a echipamentului termic care funcționează intermitent ajunge la 5% până la 25%;
(3) Pierderea de căldură la răcirea cu apă, cum ar fi conducta de răcire cu apă a șinei de scurgere a cuptorului de încălzire cu rulare continuă din oțel, nu este învelită cu materiale refractare, iar pierderea de căldură este mai mare de 25 la sută;
(4) Pierderea de căldură din cauza etanșării proaste a îmbinărilor, găurilor și ușilor cuptorului, de exemplu, pierderea de căldură a ușilor cuptorului cu arc electric este mai mare de 35 la sută;
(5) Pierderea de căldură din evacuarea fumului.
Pierderile de căldură de mai sus sunt toate legate de materialele refractare, în special (1)~(4) au o relație excelentă cu performanța de izolare termică a materialelor refractare. Modul de bază de a reduce pierderea de căldură pe suprafața corpului cuptorului este selectarea materialelor termoizolante adecvate pentru a reduce temperatura de suprafață a corpului cuptorului. Când temperatura cuptorului este constantă, temperatura suprafeței exterioare depinde în principal de grosimea peretelui cuptorului și de conductibilitatea termică a materialului peretelui cuptorului. Creșterea grosimii peretelui cuptorului va duce la o creștere a stocării de căldură a corpului cuptorului, ceea ce poate crește pierderea de stocare a căldurii. Prin urmare, utilizarea rațională a materialelor termoizolante a devenit cea mai bună alegere.
În ultimii ani, materialele termoizolante ale țării mele s-au dezvoltat rapid. Nu există numai produse formate din diverse materiale, densități în vrac diferite și conductivitate termică diferită, ci și materiale refractare amorfe corespunzătoare, fibre refractare și produse din diferite materiale, placă de calciu siliciu, placă de nanoizolație etc. Aceste produse de izolare termică au specificații de aspect diferite, indicatori fizici și chimici, efecte diferite de izolare termică și prețuri diferite de piață. Prin urmare, proiectarea căptușelii trebuie efectuată în funcție de condițiile de utilizare ale echipamentului termic. Colectați date originale, inclusiv parametrii de temperatură (temperatura suprafeței fierbinți a echipamentelor termice, temperatura suprafeței rece), constantele fizice (conductivitatea termică a materialelor termoizolante, densitatea în vrac, temperatura maximă de funcționare), parametrii economici (prețurile materialelor refractare, prețurile combustibilului), calorifici valoarea, coeficientul de utilizare etc.), apoi calculați efectul de economisire a energiei, analizați și comparați, selectați materialele de izolare termică adecvate și formulați un plan rezonabil.
2. Exemple de reducere a pierderilor de căldură prin disipare a echipamentelor termice
(1) Izolarea termică a oală
În prezent, consumul mediu de energie al industriei siderurgice a țării mele este cu 50 la sută mai mare decât cel al Japoniei și cu 30 la sută mai mare pentru întreprinderile mari. Oală este un echipament termic important în industria siderurgică. Pentru a menține oala caldă, prin calculul disipării căldurii a oalului și prin cercetarea materialelor termoizolante, se constată că căptușeala interioară a oalului trebuie construită din materiale cu patru straturi, adică Suprafața interioară a carcasei de oțel ar trebui să fie acoperită cu vopsea de economisire a energiei, iar suprafața interioară ar trebui să fie o placă de nanoizolație de 10 mm, iar apoi în interior este izolată de 75 mm de înaltă rezistență nano-micron, iar apoi în interior este stratul de lucru. Stratul de lucru al liniei de zgură adoptă cărămidă de magneziu-carbon cu conductivitate termică scăzută, iar stratul de lucru al piscinei topite adoptă cărămidă nearsă de calitate corindon-spinel. Această metodă se aplică la oală de rafinare de 120 t, astfel încât temperatura învelișului oalei la linia de zgură să fie de aproximativ 225 de grade, temperatura învelișului oalei la piscina topită este de aproximativ 200 de grade, iar învelișul de placare este de aproximativ 170 de grade. . Această structură de economisire a energiei a obținut rezultate bune: ①Pienii nano-microni de înaltă rezistență și stratul de lucru cu conductivitate termică scăzută pot proteja eficient nano-placa, o pot menține într-o temperatură de lucru sigură pentru o lungă perioadă de timp și pot îmbunătăți semnificativ durata de viață a stratul termoizolant și stratul permanent; ②Complet Poate reduce temperatura placajului cu mai mult de 100 de grade, poate îmbunătăți durata de viață a placajului, poate reduce gazul utilizat pentru coacerea chiflei, poate încetini semnificativ temperatura oțelului topit, reduce temperatura de atingere, îmbunătăți metalul randamentul, îmbunătățirea productivității muncii și realizarea economisirii energiei, protecția mediului și scopul de a reduce costurile.
(2) Cărămidă compozită cu conductivitate termică scăzută pentru zona de val de trecere a cuptorului rotativ de ciment
Cuptorul rotativ de ciment este un echipament termic cu consum mare de energie, în special în zonele de tranziție din față și din spate. Căptușeala refractară nu este protejată de pielea cuptorului și intră direct în contact cu materialul de ciment. Temperatura corpului cuptorului este ridicată, ceea ce crește pierderea de căldură și consumul de combustibil și reduce corpul cuptorului. și durata de viață a rolei de susținere, în timp ce materialul refractar este ușor de deteriorat. Pentru a reduce disiparea căldurii și pericolele de siguranță, se adoptă o structură cu trei straturi de strat de lucru, strat de izolare termică și strat de izolare termică. Dacă pentru zidărie se folosesc trei tipuri de cărămizi refractare cu conductivitate termică diferită, accidentul de cădere a cărămizilor din căptușeala interioară este adesea predispus să apară atunci când cuptorul rotativ funcționează. Prin urmare, este studiată cărămida compozită multistrat cu conductivitate termică scăzută, adică cărămida adoptă o structură cu trei straturi: strat de lucru (grosime cărămidă mullit de siliciu 0.140m), izolație termică strat (grosime cărămidă mulită ușoară 0.035m), interfața de lipire a acestor două straturi adoptă metoda combinată a suprafeței sinusoidale, iar al treilea strat este stratul de izolare termică (plăci din fibră ceramică care conține ZrO2, grosime 0,025 m) . Concentrația de stres a cărămizii compozite multistrat este mai mică, iar conductivitatea termică cuprinzătoare a cărămizii compozite multistrat este redusă de la 2,74 la 1,50 W/(m·K) a cărămizii originale de silice molibden, ceea ce reduce temperatura de carcasa cuptorului cu 50 ~ 70 de grade.
(3) Convertorul de producție de oțel de 260 t al Anshan Iron and Steel adoptă o placă de nanoizolație de 20 mm grosime în loc de placă izolatoare din fibră policristalină de 40 mm grosime pentru a optimiza structura căptușelii cuptorului,
Raportul capacității cuptorului crește, iar producția de oțel crește pentru a scădea temperatura carcasei cuptorului cu mai mult de 11 grade. Nu există niciun fenomen de pulverizare în timpul întregului proces de funcționare a convertorului și nu există căderea cărămizilor de căptușeală. În același timp, reduce și timpul de topire și reduce consumul de fier topit. .
(4) Material de batere cu carbură de siliciu cu conductivitate termică ridicată pentru gazeificator de cărbune pulverizat răcit cu apă
Peretele de apă al gazeificatorului de cărbune pulverizat este căptușit cu material de carbură de siliciu cu conductivitate termică ridicată. La temperatură ridicată, zgura atârnă de căptușeala materialului de batere cu carbură de siliciu. Datorită conductivității termice ridicate a carburii de siliciu, zgura atinge interiorul Căptușeala se condensează rapid și, pe măsură ce temperatura scade, conductivitatea termică scade (vezi Tabelul 1). În interiorul și în exteriorul cuptorului se află zgură fierbinte, zgură solidă, refractar din carbură de siliciu, perete de apă, strat de protecție cu gaz inert, material refractar amorf cu conținut ridicat de alumină și strat protector exterior. Acest lucru reduce pierderea de căldură în cuptor.
3. Chestiuni care necesită atenție la alegerea materialelor termoizolante
În industria de temperatură înaltă, există multe exemple de utilizare a materialelor termoizolante pentru economisirea energiei și protejarea mediului. Materialul termoizolant are porozitate ridicată (peste 40 procente ~ 85 procente), densitate în vrac scăzută (mai puțin de 1,5 g/cm3) și conductivitate termică scăzută (mai puțin de 1,0 W/(m·K)). Cu toate acestea, atunci când alegeți aceste materiale de izolare termică, acordați atenție următoarelor aspecte:
(1) Conductivitatea termică a materialului termoizolant (λ)
Conductivitatea termică se mai numește și conductivitate termică, iar reciproca sa 1/λ este rezistența termică. Cu cât conductivitatea termică este mai mică, cu atât efectul de izolare termică este mai bun. Este bine cunoscut faptul că aerul are cea mai scăzută conductivitate termică.
Conductivitatea termică a materialelor solide este mult mai mare decât cea a gazelor, astfel încât porii materialelor solide pot reduce semnificativ conductivitatea termică a materialelor, astfel încât materialul izolator trebuie să aibă o porozitate ridicată. Cu cât porozitatea este mai mare, cu atât valoarea λ este mai mică.
În plus, dimensiunea porilor are și o anumită influență asupra valorii λ. La temperatură scăzută, conductivitatea termică a materialului termoizolant scade odată cu creșterea dimensiunii porilor, iar conductivitatea termică peste 800 grade, în special peste 1000 grade, crește rapid odată cu creșterea dimensiunii porilor. Prin urmare, temperatura ridicată ia materialul termoizolant cu o dimensiune mică a porilor, iar temperatura scăzută ia materialul termoizolant cu o dimensiune mare a porilor. Când porozitatea este aceeași, conductivitatea termică a microstructurii în faza continuă în fază gazoasă este mai mică decât cea a fazei continue în fază solidă, iar porii din materialul fibros sunt continui ca și faza solidă, deci conductivitatea termică. a fibrelor și a produselor refractare este mică. În faza solidă a materialelor termoizolante, rezistivitatea termică a materialului variază foarte mult datorită diferenței de compoziție chimică minerală. În general, cu cât structura cristalină este mai complexă, cu atât conductivitatea termică este mai mică, iar conductivitatea termică a sticlei în faza solidă este mai mică decât cea a fazei cristaline. Pe măsură ce temperatura crește, conductivitatea termică a fazei de sticlă crește; temperatura fazei cristaline crește, în timp ce conductivitatea termică scade. Regatul Unit a dezvoltat un material termoizolant compozit SiO2 ultra-fin, cu o densitate în vrac de aproximativ 0,24 g/cm3, iar conductivitatea sa termică este mai mică decât cea a tuturor materialelor termoizolante, chiar mai mică decât cea a aerului liniștit.
(2) Rezistența la căldură a materialului termoizolant
Unele materiale termoizolante sunt folosite la o temperatură mai scăzută. De exemplu, plăcile de nanoizolație sunt utilizate în oalele de oțel de 100 t de Angang Steel. Depășirea temperaturii de utilizare va fi deformată sub presiune, rezultând deformarea căptușelii, ceea ce nu numai că deteriorează performanța de izolare termică, dar aduce și pericole pentru siguranță. Prin urmare, s-a sugerat că materialul termoizolant depinde în principal de deformarea prin contracție la o anumită temperatură, nu de gradul refractar. La nivel internațional, temperatura la care contracția la ardere nu este mai mare de 2 procente este în general utilizată ca interval de temperatură pentru utilizarea materialelor termoizolante și este, de asemenea, una dintre diferențele dintre materialele termoizolante și materialele refractare pure.
(3) Rezistența materialului termoizolant
Datorită porozității ridicate și rezistenței relative scăzute, cum ar fi placa de nanoizolație menționată mai sus, efectul de izolare termică este bun, porozitatea este ridicată și rezistența este scăzută. Pentru a asigura nevoile de transport și construcție, materialul izolator trebuie să aibă o anumită rezistență. În special pentru unele produse termoizolante care sunt în contact direct cu flacăra, este foarte importantă îmbunătățirea rezistenței. Pe măsură ce densitatea în vrac crește, crește rezistența. Când densitatea în vrac este aceeași, conexiunea în fază solidă este mai puternică decât conexiunea în fază gazoasă, care este legată de dimensiunea porilor. Reducerea dimensiunii porilor este o măsură tehnică eficientă pentru îmbunătățirea rezistenței materialelor termoizolante.
(4) Atmosferă și material termoizolant
Multe echipamente termice sunt căptușite cu materiale de izolare termică și, de asemenea, sunt utilizate în mod obișnuit diverse atmosfere de protecție, cum ar fi CO, CO2, H2, N2 etc. Refractare din seria Al2O3-SiO2 în hidrogen, SiO2 este returnat la siliciu metalic și vapori de apă, Al2O3 este foarte stabil, așa că în hidrogen ar trebui selectate materiale izolatoare din alumină. Fibrele de silicat de aluminiu conțin 3% până la 4% Cr2O3, care este ușor de redus într-o atmosferă reducătoare de hidrogen, astfel încât fibrele de silicat de aluminiu care conțin oxid de crom nu trebuie utilizate într-o atmosferă reducătoare.
(5) Metoda de izolare
Pe echipamentul termic în funcționare intermitentă, stratul de izolare termică (furnir din fibră refractară) poate fi așezat direct pe suprafața fierbinte a căptușelii cuptorului, ceea ce poate obține cel mai bun efect de economisire a energiei. Mai bun decât efectul de izolare termică al peretelui interior (suprafață fierbinte).