چگونه می توان از مواد نسوز عایق حرارتی با رسانایی حرارتی پایین برای کاهش اتلاف حرارتی تجهیزات حرارتی استفاده کرد؟

آستر تجهیزات حرارتی از مواد نسوز ساخته شده است که در اتلاف حرارت نقش اساسی دارند و مواد نسوز نقش اساسی در آن دارند. در دماهای بالا، مواد نسوز نه تنها باید پایداری خود را حفظ کنند، بلکه باید گرما را تا حد امکان حفظ کنند. بنابراین مواد نسوز باید خاصیت عایق حرارتی داشته باشند. خوب، ذخیره حرارت کمتر
1. اتلاف حرارت تجهیزات حرارتی
تجهیزات حرارتی به طور کلی مصرف کننده انرژی زیادی هستند. هر چه دما بالاتر باشد مصرف انرژی بیشتر است. راندمان حرارتی در بیشتر موارد بسیار پایین است و میزان استفاده از انرژی حرارتی کمتر از 30 درصد است. اتلاف حرارت تجهیزات حرارتی به طور کلی دارای موارد زیر است:
(1) گرمای پراکنده شده توسط هر قسمت از سطح بدنه تجهیزات حرارتی می تواند به 10 تا 40 درصد انرژی واحد مصرفی محصول برسد.
(2) تلفات ذخیره حرارت بدنه تجهیزات حرارتی برای تجهیزات حرارتی که به طور مداوم کار می کنند اهمیت کمتری دارد و تلفات ذخیره حرارتی تجهیزات حرارتی که به طور متناوب کار می کنند به 5 تا 25 درصد می رسد.
(3) تلفات حرارتی خنک کننده آب، مانند لوله خنک کننده آب ریل swill کوره گرمایش نورد پیوسته فولادی، با مواد نسوز پیچیده نمی شود و تلفات حرارتی بیش از 25 درصد است.
(4) اتلاف حرارت به دلیل آب بندی ضعیف اتصالات، سوراخ ها و درهای کوره، به عنوان مثال، اتلاف حرارت درب های کوره قوس الکتریکی بیش از 35 درصد است.
(5) از دست دادن حرارت از اگزوز دود.
تلفات حرارتی فوق همه مربوط به مواد دیرگداز است، به خصوص (1)~(4) رابطه زیادی با عملکرد عایق حرارتی مواد نسوز دارد. راه اصلی برای کاهش تلفات حرارتی در سطح بدنه کوره، انتخاب مواد عایق حرارتی مناسب برای کاهش دمای سطح بدنه کوره است. هنگامی که دمای کوره ثابت است، دمای سطح بیرونی عمدتاً به ضخامت دیواره کوره و هدایت حرارتی مواد دیواره کوره بستگی دارد. افزایش ضخامت دیواره کوره منجر به افزایش ذخیره حرارتی بدنه کوره می شود که می تواند تلفات ذخیره حرارت را افزایش دهد. بنابراین استفاده منطقی از مواد عایق حرارتی به بهترین انتخاب تبدیل شده است.
در سال های اخیر، مواد عایق حرارتی کشور من به سرعت توسعه یافته است. نه تنها محصولات شکلی از مواد مختلف، چگالی ظاهری مختلف و رسانایی حرارتی متفاوت، بلکه مواد نسوز آمورف متناظر، الیاف نسوز و محصولات از مواد مختلف، تخته کلسیم سیلیکون، تخته عایق نانو و غیره وجود دارد. این محصولات عایق حرارتی دارای مشخصات ظاهری مختلف، نشانگرهای فیزیکی و شیمیایی، اثرات عایق حرارتی متفاوت و قیمت‌های مختلف بازار. بنابراین، طراحی آستر باید با توجه به شرایط استفاده از تجهیزات حرارتی انجام شود. جمع آوری داده های اصلی، از جمله پارامترهای دما (دمای سطح گرم تجهیزات حرارتی، دمای سطح سرد)، ثابت های فیزیکی (رسانایی حرارتی مواد عایق حرارتی، چگالی ظاهری، حداکثر دمای عملیاتی)، پارامترهای اقتصادی (قیمت مواد نسوز، قیمت سوخت)، حرارت مقدار، ضریب استفاده و غیره)، سپس اثر صرفه جویی در انرژی را محاسبه کرده، تجزیه و تحلیل و مقایسه کنید، مواد عایق حرارتی مناسب را انتخاب کرده و یک برنامه معقول را تدوین کنید.
2. نمونه هایی از کاهش تلفات اتلاف حرارتی تجهیزات حرارتی
(1) عایق حرارتی ملاقه
در حال حاضر، میانگین مصرف انرژی در صنعت فولاد کشور من 50 درصد بیشتر از ژاپن و 30 درصد بیشتر برای شرکت های بزرگ است. ملاقه یک تجهیزات حرارتی مهم در صنعت فولاد است. برای گرم نگه داشتن ملاقه، از طریق محاسبه اتلاف حرارت ملاقه و تحقیق در مورد مواد عایق حرارتی، مشخص می شود که آستر داخلی ملاقه باید با مواد چهار لایه ساخته شود. سطح داخلی پوسته فولادی باید با رنگ صرفه جویی در انرژی پوشش داده شود و سطح داخلی باید تخته عایق نانو 10 میلی متری باشد و سپس داخل 75 میلی متر عایق نانو میکرونی با مقاومت بالا قابل ریخته گری است و سپس لایه کار به سمت داخل است. لایه کاری خط سرباره از آجر منیزیم کربن با رسانایی حرارتی کم استفاده می کند و لایه کاری حوضچه مذاب از آجر نسوخته با کیفیت کوراندوم-اسپینل استفاده می کند. این روش برای ملاقه تصفیه 120 تنی اعمال می شود، به طوری که دمای پوسته ملاقه در خط سرباره حدود 225 درجه، دمای پوسته ملاقه در حوضچه مذاب حدود 200 درجه و پوسته روکش حدود 170 درجه است. . این ساختار صرفه جویی در انرژی به نتایج خوبی دست یافته است: ① ریخته گری های نانو میکرونی با استحکام بالا و لایه کاری با رسانایی حرارتی کم می توانند به طور موثر از نانو برد محافظت کنند، آن را در دمای کار ایمن برای مدت طولانی نگه دارند و به طور قابل توجهی عمر مفید را بهبود بخشند. لایه عایق حرارتی و لایه دائمی؛ ②به طور کامل می تواند دمای روکش را تا بیش از 100 درجه کاهش دهد، طول عمر روکش را بهبود بخشد، گاز مورد استفاده برای پخت نان را کاهش دهد، دمای فولاد مذاب را به طور قابل توجهی کاهش دهد، دمای ضربه زدن را کاهش دهد، فلز را بهبود بخشد. بازده، بهبود بهره وری نیروی کار و دستیابی به صرفه جویی در انرژی، حفاظت از محیط زیست و هدف کاهش هزینه ها.
(2) آجر کامپوزیتی با هدایت حرارتی کم برای منطقه موج عبوری کوره دوار سیمان
کوره دوار سیمان یک تجهیزات حرارتی پرمصرف به ویژه در مناطق انتقال جلو و عقب است. پوشش نسوز توسط پوست کوره محافظت نمی شود و مستقیماً با مواد سیمان تماس می گیرد. دمای بدنه کوره بالاست که باعث افزایش اتلاف حرارت و مصرف سوخت و کاهش بدنه کوره می شود. و عمر مفید غلتک نگهدارنده، در حالی که آسیب مواد نسوز را آسان می کند. به منظور کاهش اتلاف گرما و خطرات ایمنی، ساختار سه لایه لایه کار، لایه عایق حرارتی و لایه عایق حرارتی اتخاذ شده است. اگر از سه نوع آجر نسوز با رسانایی حرارتی متفاوت برای سنگ تراشی استفاده شود، حادثه سقوط آجر از آستر داخلی اغلب در هنگام کار کوره دوار رخ می دهد. بنابراین، آجر کامپوزیت چند لایه با رسانایی حرارتی کم مورد مطالعه قرار می گیرد، یعنی آجر ساختار سه لایه را می پذیرد: لایه کاری (ضخامت آجر سیلیکونی مولایت 0.140 متر)، عایق حرارتی لایه (ضخامت آجر مولایت سبک 0.035 متر)، رابط پیوندی این دو لایه از روش ترکیبی سطح سینوسی استفاده می کند و لایه سوم لایه عایق حرارتی است (تخته فیبر سرامیکی حاوی ZrO2، ضخامت 0.025 متر) . غلظت تنش آجر کامپوزیت چند لایه کمتر است و رسانایی حرارتی جامع آجر کامپوزیت چند لایه از 2.74 به 1.50W/(m·K) آجر سیلیس مولیبدن اصلی کاهش می یابد که باعث کاهش دمای پوسته کوره 50 تا 70 درجه.
(3) مبدل فولادسازی 260 تن آهن و فولاد انشان از تخته عایق نانو با ضخامت 20 میلی متر به جای تخته عایق فیبر پلی کریستالی با ضخامت 40 میلی متر برای بهینه سازی ساختار پوشش کوره استفاده می کند.
نسبت ظرفیت کوره افزایش می یابد و خروجی فولاد افزایش می یابد تا دمای پوسته کوره بیش از 11 درجه کاهش یابد. هیچ پدیده پودر شدن در کل فرآیند کار مبدل وجود ندارد و هیچ گونه ریزش آجرهای آستر وجود ندارد. در عین حال زمان ذوب را نیز کاهش داده و مصرف آهن مذاب را کاهش می دهد. .
(4) مواد گیره دار کاربید سیلیکون با رسانایی حرارتی بالا برای گاز ساز زغال سنگ پودر شده با آب خنک
دیواره آب گازساز زغال سنگ پودر شده با مواد رمینگ کاربید سیلیکون با رسانایی حرارتی بالا پوشیده شده است. در دمای بالا، سرباره روی پوشش مواد سیلیکون کاربید آویزان می شود. به دلیل رسانایی حرارتی بالای کاربید سیلیکون، سرباره با پوشش داخلی به سرعت متراکم می شود و با کاهش دما، هدایت حرارتی کاهش می یابد (جدول 1 را ببینید). در داخل و خارج کوره سرباره داغ، سرباره جامد، نسوز کاربید سیلیکون، دیواره آب، لایه محافظ گاز بی اثر، مواد نسوز آمورف آلومینا بالا و لایه محافظ بیرونی وجود دارد. این امر باعث کاهش اتلاف حرارت در کوره می شود.
3. مواردی که در انتخاب مواد عایق حرارتی نیاز به توجه دارند
در صنعت دمای بالا، نمونه های زیادی از استفاده از مواد عایق حرارتی برای صرفه جویی در انرژی و حفاظت از محیط زیست وجود دارد. مواد عایق حرارتی دارای تخلخل بالا (بیش از 40 درصد ~ 85 درصد)، چگالی ظاهری کم (کمتر از 1.5 گرم بر سانتی متر مکعب) و هدایت حرارتی پایین (کمتر از 1.0W/(m·K)) است. اما هنگام انتخاب این مواد عایق حرارتی به موارد زیر توجه کنید:
(1) هدایت حرارتی مواد عایق حرارتی (λ)
رسانایی حرارتی را رسانایی حرارتی نیز می نامند و 1/λ متقابل آن مقاومت حرارتی است. هرچه رسانایی حرارتی کمتر باشد، اثر عایق حرارتی بهتری خواهد داشت. به خوبی شناخته شده است که هوا کمترین رسانایی حرارتی را دارد.
رسانایی حرارتی مواد جامد بسیار بزرگتر از گازها است، بنابراین منافذ مواد جامد می توانند به طور قابل توجهی رسانایی حرارتی مواد را کاهش دهند، بنابراین مواد عایق باید دارای تخلخل بالا باشند. هرچه تخلخل بیشتر باشد، مقدار λ کوچکتر است.
علاوه بر این، اندازه منافذ نیز تأثیر خاصی بر مقدار λ دارد. در دمای پایین، رسانایی حرارتی مواد عایق حرارتی با افزایش اندازه منافذ کاهش می‌یابد و هدایت حرارتی بالای 800 درجه، به‌ویژه بالای 1000 درجه، با افزایش اندازه منافذ به سرعت افزایش می‌یابد. بنابراین، دمای بالا مواد عایق حرارتی را با اندازه منافذ کوچک می گیرد و دمای پایین مواد عایق حرارتی را با اندازه منافذ بزرگ می گیرد. هنگامی که تخلخل یکسان است، هدایت حرارتی ریزساختار در فاز پیوسته فاز گاز کوچکتر از فاز پیوسته فاز جامد است و منافذ در مواد الیاف مانند فاز جامد پیوسته هستند، بنابراین هدایت حرارتی از الیاف و محصولات نسوز کوچک است. در فاز جامد مواد عایق حرارتی، مقاومت حرارتی مواد به دلیل تفاوت در ترکیب شیمیایی مواد معدنی بسیار متفاوت است. به طور کلی، هر چه ساختار کریستالی پیچیده تر باشد، هدایت حرارتی کمتری دارد و رسانایی حرارتی شیشه در فاز جامد کمتر از فاز کریستالی است. با افزایش دما، هدایت حرارتی فاز شیشه ای افزایش می یابد. دمای فاز کریستالی افزایش می یابد، در حالی که هدایت حرارتی کاهش می یابد. بریتانیا یک ماده عایق حرارتی کامپوزیت SiO2 بسیار ریز با چگالی ظاهری حدود 0.24 گرم بر سانتی متر مکعب تولید کرده است و رسانایی حرارتی آن کمتر از تمام مواد عایق حرارتی است، حتی کمتر از هوای ساکن.
(2) مقاومت حرارتی مواد عایق حرارتی
برخی از مواد عایق حرارتی در دمای پایین تری استفاده می شوند. به عنوان مثال، تخته های عایق نانو در ملاقه فولادی 100 تنی فولاد Angang استفاده می شود. تجاوز از دمای استفاده تحت فشار تغییر شکل می دهد و در نتیجه باعث تغییر شکل پوشش می شود که نه تنها عملکرد عایق حرارتی را بدتر می کند، بلکه خطرات ایمنی را نیز به همراه دارد. بنابراین، پیشنهاد شده است که مواد عایق حرارتی عمدتاً به تغییر شکل انقباض در دمای معین بستگی دارد، نه درجه نسوز. در سطح بین المللی، دمایی که در آن انقباض دوباره سوزی بیش از 2 درصد نباشد، معمولاً به عنوان محدوده دمایی برای استفاده از مواد عایق حرارتی استفاده می شود و همچنین یکی از تفاوت های مواد عایق حرارتی با مواد نسوز خالص است.
(3) استحکام مواد عایق حرارتی
با توجه به تخلخل بالا و استحکام نسبی کم، مانند تخته عایق نانو فوق الذکر، اثر عایق حرارتی خوب، تخلخل زیاد و استحکام کم است. به منظور اطمینان از نیازهای حمل و نقل و ساخت و ساز، مواد عایق باید از استحکام خاصی برخوردار باشند. به خصوص برای برخی از محصولات عایق حرارتی که در تماس مستقیم با شعله هستند، بهبود مقاومت بسیار مهم است. با افزایش چگالی ظاهری، استحکام افزایش می یابد. هنگامی که چگالی ظاهری یکسان است، اتصال فاز جامد قوی تر از اتصال فاز گاز است که به اندازه منافذ مربوط می شود. کاهش اندازه منافذ یک اقدام فنی موثر برای بهبود استحکام مواد عایق حرارتی است.
(4) جو و مواد عایق حرارتی
بسیاری از تجهیزات حرارتی با مواد عایق حرارتی پوشانده شده‌اند و معمولاً از اتمسفرهای محافظ مختلفی مانند CO، CO2، H2، N2 و غیره استفاده می‌شود. بخار آب، Al2O3 بسیار پایدار است، بنابراین در هیدروژن، مواد عایق آلومینا باید انتخاب شوند. الیاف سیلیکات آلومینیوم حاوی 3 تا 4 درصد Cr2O3 است که به راحتی در اتمسفر احیاکننده هیدروژن کاهش می یابد، بنابراین الیاف سیلیکات آلومینیوم حاوی اکسید کروم نباید در اتمسفر احیا کننده استفاده شوند.
(5) روش عایق
روی تجهیزات حرارتی در عملیات متناوب، لایه عایق حرارتی (روکش الیاف نسوز) را می توان مستقیماً روی سطح داغ پوشش کوره قرار داد که می تواند بهترین اثر صرفه جویی در انرژی را به دست آورد. بهتر از اثر عایق حرارتی دیوار داخلی (سطح داغ).