CÁCH SỬ DỤNG VẬT LIỆU NHIỆT CÁCH NHIỆT DẪN NHIỆT THẤP ĐỂ GIẢM TỔN THẤT NHIỆT CỦA CÁC THIẾT BỊ NHIỆT?

Lớp lót của thiết bị nhiệt được làm bằng vật liệu chịu lửa, đóng vai trò chính trong việc mất nhiệt và vật liệu chịu lửa đóng vai trò chính trong đó. Ở nhiệt độ cao, vật liệu chịu lửa không chỉ phải duy trì sự ổn định mà còn giữ nhiệt càng ít càng tốt. Do đó, vật liệu chịu lửa phải có đặc tính cách nhiệt. OK, lưu trữ nhiệt ít hơn.
1. Tổn thất nhiệt của thiết bị nhiệt
Thiết bị nhiệt nói chung là một người tiêu dùng năng lượng lớn. Nhiệt độ càng cao, tiêu thụ năng lượng càng nhiều. Hiệu suất nhiệt rất thấp trong hầu hết các trường hợp và tỷ lệ sử dụng năng lượng nhiệt thấp hơn 30 phần trăm . Tổn thất nhiệt của thiết bị nhiệt thường có các hạng mục sau:
(1) Nhiệt lượng tỏa ra từ mỗi bộ phận trên bề mặt thân thiết bị nhiệt có thể đạt từ 10 phần trăm đến 40 phần trăm mức tiêu thụ năng lượng đơn vị của sản phẩm;
(2) Tổn thất nhiệt lưu trữ của thân thiết bị nhiệt ít quan trọng hơn đối với thiết bị nhiệt hoạt động liên tục và tổn thất lưu trữ nhiệt của thiết bị nhiệt hoạt động không liên tục đạt từ 5% đến 25%;
(3) Tổn thất nhiệt khi làm mát bằng nước, chẳng hạn như đường ống làm mát bằng nước của lò sưởi cán thép liên tục, không được bọc bằng vật liệu chịu lửa, và tổn thất nhiệt hơn 25%;
(4) Tổn thất nhiệt do niêm phong kém các mối nối, lỗ và cửa lò, ví dụ, tổn thất nhiệt của cửa lò hồ quang điện là hơn 35%;
(5) Tổn thất nhiệt từ khói thải.
Các tổn thất nhiệt ở trên đều liên quan đến vật liệu chịu lửa, đặc biệt (1) ~ (4) có mối quan hệ lớn với hiệu suất cách nhiệt của vật liệu chịu lửa. Cách cơ bản để giảm tổn thất nhiệt trên bề mặt thân lò là lựa chọn vật liệu cách nhiệt phù hợp để giảm nhiệt độ bề mặt thân lò. Khi nhiệt độ lò không đổi, nhiệt độ bề mặt bên ngoài chủ yếu phụ thuộc vào độ dày của tường lò và độ dẫn nhiệt của vật liệu tường lò. Tăng độ dày của tường lò sẽ dẫn đến tăng khả năng lưu trữ nhiệt của thân lò, điều này có thể làm tăng tổn thất lưu trữ nhiệt. Do đó, việc sử dụng hợp lý vật liệu cách nhiệt đã trở thành sự lựa chọn tốt nhất.
Trong những năm gần đây, vật liệu cách nhiệt của đất nước tôi đã phát triển nhanh chóng. Không chỉ có các sản phẩm có hình dạng từ các vật liệu khác nhau, mật độ khối khác nhau và độ dẫn nhiệt khác nhau, mà còn có các vật liệu chịu lửa vô định hình tương ứng, sợi chịu lửa và các sản phẩm từ các vật liệu khác nhau, tấm canxi canxi, tấm cách nhiệt nano, v.v. thông số kỹ thuật xuất hiện khác nhau, các chỉ số vật lý và hóa học, hiệu ứng cách nhiệt khác nhau và giá cả thị trường khác nhau. Do đó, thiết kế lớp lót nên được thực hiện theo các điều kiện sử dụng của thiết bị nhiệt. Thu thập dữ liệu gốc, bao gồm các thông số nhiệt độ (nhiệt độ bề mặt nóng của thiết bị nhiệt, nhiệt độ bề mặt lạnh), hằng số vật lý (độ dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, mật độ khối, nhiệt độ vận hành tối đa), thông số kinh tế (giá vật liệu chịu lửa, giá nhiên liệu), nhiệt lượng giá trị, hệ số sử dụng, v.v.), sau đó tính toán hiệu quả tiết kiệm năng lượng, phân tích và so sánh, lựa chọn vật liệu cách nhiệt phù hợp và đưa ra phương án hợp lý.
2. Ví dụ giảm tổn thất tản nhiệt của thiết bị nhiệt
(1) Cách nhiệt của gáo
Hiện mức tiêu thụ năng lượng trung bình của ngành thép nước tôi cao hơn 50% so với Nhật Bản và cao hơn 30% đối với các doanh nghiệp lớn. Muôi là một thiết bị nhiệt quan trọng trong ngành thép. Để giữ ấm cho gáo, thông qua tính toán khả năng tản nhiệt của gáo và nghiên cứu về vật liệu cách nhiệt, người ta thấy rằng lớp lót bên trong của gáo nên được chế tạo bằng vật liệu bốn lớp, nghĩa là bề mặt bên trong của vỏ thép phải được phủ bằng sơn tiết kiệm năng lượng, và bề mặt bên trong phải là tấm cách nhiệt nano 10 mm, sau đó Bên trong là tấm cách nhiệt nano-micron cường độ cao 75 mm có thể đúc được, sau đó bên trong là lớp làm việc. Lớp làm việc của đường xỉ sử dụng gạch magie-cacbon có độ dẫn nhiệt thấp, và lớp làm việc của hồ nóng chảy sử dụng gạch không nung chất lượng corundum-spinel. Phương pháp này được áp dụng cho gáo tinh luyện 120 tấn, sao cho nhiệt độ của vỏ gáo ở dây chuyền xỉ là khoảng 225 độ, nhiệt độ của vỏ gáo ở bể nóng chảy là khoảng 200 độ, và vỏ bọc là khoảng 170 độ . Cấu trúc tiết kiệm năng lượng này đã đạt được kết quả tốt: ①Các vật liệu đúc nano-micron có độ bền cao và lớp làm việc có độ dẫn nhiệt thấp có thể bảo vệ tấm nano một cách hiệu quả, giữ cho tấm ván nano ở nhiệt độ làm việc an toàn trong thời gian dài và cải thiện đáng kể tuổi thọ của tấm ván nano. lớp cách nhiệt và lớp vĩnh cửu; ②Hoàn toàn có thể giảm nhiệt độ của lớp phủ hơn 100 độ, cải thiện tuổi thọ của lớp phủ, giảm lượng khí dùng để nướng bánh, làm chậm đáng kể nhiệt độ của thép nóng chảy, giảm nhiệt độ khai thác, cải thiện kim loại năng suất, nâng cao năng suất lao động, đạt mục tiêu tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và giảm giá thành.
(2) Gạch composite dẫn nhiệt thấp cho vùng sóng đi qua lò quay xi măng
Lò quay xi măng là một thiết bị nhiệt tiêu thụ năng lượng cao, đặc biệt là ở khu vực chuyển tiếp phía trước và phía sau. Lớp lót chịu lửa không được bảo vệ bởi vỏ lò và tiếp xúc trực tiếp với vật liệu xi măng. Nhiệt độ thân lò cao làm tăng tổn thất nhiệt, tiêu hao nhiên liệu và giảm thân lò. và tuổi thọ của con lăn hỗ trợ, đồng thời làm cho vật liệu chịu lửa dễ bị hư hỏng. Để giảm nguy cơ tản nhiệt và an toàn, cấu trúc ba lớp của lớp làm việc, lớp cách nhiệt và lớp cách nhiệt được sử dụng. Nếu sử dụng ba loại gạch chịu lửa có độ dẫn nhiệt khác nhau để xây, tai nạn gạch rơi từ lớp lót bên trong thường dễ xảy ra khi lò quay đang chạy. Do đó, gạch composite nhiều lớp dẫn nhiệt thấp được nghiên cứu, nghĩa là gạch sử dụng cấu trúc ba lớp: lớp làm việc (độ dày của gạch mullite silicon 0.140m), lớp cách nhiệt lớp (gạch mullite nhẹ dày 0.035m), giao diện liên kết của hai lớp này sử dụng phương pháp kết hợp bề mặt hình sin và lớp thứ ba là lớp cách nhiệt (tấm sợi gốm chứa ZrO2, độ dày 0,025m) . Nồng độ ứng suất của gạch composite nhiều lớp ít hơn và độ dẫn nhiệt toàn diện của gạch composite nhiều lớp giảm từ 2,74 xuống 1,50W/(m·K) so với gạch silica molypden ban đầu, giúp giảm nhiệt độ của gạch composite nhiều lớp. vỏ lò bằng 50 ~ 70 độ.
(3) Bộ chuyển đổi luyện thép 260 tấn của Anshan Iron and Steel sử dụng tấm cách nhiệt nano dày 20 mm thay vì tấm cách nhiệt sợi đa tinh thể dày 40 mm để tối ưu hóa cấu trúc lớp lót lò,
Tỷ lệ công suất lò được tăng lên và sản lượng thép được tăng lên để giảm nhiệt độ của vỏ lò hơn 11 độ. Không có hiện tượng nghiền thành bột trong toàn bộ quá trình hoạt động của bộ chuyển đổi và không có sự rơi xuống của gạch lót. Đồng thời, nó cũng làm giảm thời gian nấu chảy và giảm tiêu thụ sắt nóng chảy. .
(4) Vật liệu ram cacbua silic dẫn nhiệt cao cho lò khí hóa than nghiền thành bột làm mát bằng nước
Tường nước của lò khí hóa than nghiền thành bột được lót bằng vật liệu tạo hình cacbua silic có tính dẫn nhiệt cao. Ở nhiệt độ cao, xỉ treo trên lớp lót của vật liệu ram cacbua silic. Do silicon carbide có tính dẫn nhiệt cao, xỉ chạm vào bên trong Lớp lót nhanh chóng ngưng tụ và khi nhiệt độ giảm, độ dẫn nhiệt giảm (xem Bảng 1). Bên trong và bên ngoài lò là xỉ nóng, xỉ rắn, vật liệu chịu lửa cacbua silic, tường nước, lớp bảo vệ khí trơ, vật liệu chịu lửa vô định hình nhôm cao và lớp bảo vệ bên ngoài. Điều này làm giảm tổn thất nhiệt trong lò.
3. Những vấn đề cần chú ý khi lựa chọn vật liệu cách nhiệt
Trong ngành công nghiệp nhiệt độ cao, có rất nhiều ví dụ về việc sử dụng vật liệu cách nhiệt để tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Vật liệu cách nhiệt có độ xốp cao (trên 40 phần trăm ~85 phần trăm ), mật độ khối thấp (dưới 1,5g/cm3) và độ dẫn nhiệt thấp (dưới 1,0W/(m·K)). Tuy nhiên, khi lựa chọn những vật liệu cách nhiệt này cần lưu ý những vấn đề sau:
(1) Độ dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt (λ)
Độ dẫn nhiệt còn được gọi là độ dẫn nhiệt và nghịch đảo 1/λ của nó là điện trở nhiệt. Hệ số dẫn nhiệt càng nhỏ thì hiệu quả cách nhiệt càng tốt. Người ta biết rằng không khí có độ dẫn nhiệt thấp nhất.
Độ dẫn nhiệt của vật liệu rắn lớn hơn nhiều so với chất khí, do đó lỗ rỗng của vật liệu rắn có thể làm giảm đáng kể độ dẫn nhiệt của vật liệu, do đó vật liệu cách nhiệt phải có độ xốp cao. Độ xốp càng cao thì giá trị λ càng nhỏ.
Ngoài ra, kích thước lỗ rỗng cũng có ảnh hưởng nhất định đến giá trị λ. Ở nhiệt độ thấp, độ dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt giảm khi kích thước lỗ rỗng tăng lên và độ dẫn nhiệt trên 800 độ, đặc biệt là trên 1000 độ, tăng nhanh khi kích thước lỗ rỗng tăng lên. Do đó, nhiệt độ cao lấy vật liệu cách nhiệt có kích thước lỗ nhỏ và nhiệt độ thấp lấy vật liệu cách nhiệt có kích thước lỗ lớn. Khi độ xốp như nhau, độ dẫn nhiệt của cấu trúc vi mô trong pha liên tục pha khí nhỏ hơn so với pha liên tục pha rắn và các lỗ chân lông trong vật liệu sợi liên tục giống như pha rắn, do đó độ dẫn nhiệt của các sợi chịu lửa và các sản phẩm là nhỏ. Trong pha rắn của vật liệu cách nhiệt, điện trở nhiệt của vật liệu thay đổi rất nhiều do sự khác biệt về thành phần khoáng hóa học. Nói chung, cấu trúc tinh thể càng phức tạp thì độ dẫn nhiệt càng thấp và độ dẫn nhiệt của thủy tinh trong pha rắn thấp hơn so với pha tinh thể. Khi nhiệt độ tăng, độ dẫn nhiệt của pha thủy tinh tăng; nhiệt độ của pha tinh thể tăng, trong khi độ dẫn nhiệt giảm. Vương quốc Anh đã phát triển vật liệu cách nhiệt composite SiO2 siêu mịn với mật độ khối khoảng 0,24g/cm3 và độ dẫn nhiệt của nó thấp hơn so với tất cả các vật liệu cách nhiệt, thậm chí thấp hơn cả không khí tĩnh.
(2) Khả năng chịu nhiệt của vật liệu cách nhiệt
Một số vật liệu cách nhiệt được sử dụng ở nhiệt độ thấp hơn. Ví dụ, tấm cách nhiệt nano được sử dụng trong lò múc thép 100 tấn của Angang Steel. Vượt quá nhiệt độ sử dụng sẽ bị biến dạng dưới áp suất, dẫn đến lớp lót bị biến dạng, điều này không chỉ làm giảm hiệu quả cách nhiệt mà còn gây nguy hiểm về an toàn. Do đó, có ý kiến ​​​​cho rằng vật liệu cách nhiệt chủ yếu phụ thuộc vào biến dạng co ngót ở một nhiệt độ nhất định chứ không phải độ chịu lửa. Trên phạm vi quốc tế, nhiệt độ mà độ co ngót khi đốt lại không quá 2% thường được sử dụng làm phạm vi nhiệt độ để sử dụng vật liệu cách nhiệt, và nó cũng là một trong những điểm khác biệt giữa vật liệu cách nhiệt và vật liệu chịu lửa thuần túy.
(3) Độ bền của vật liệu cách nhiệt
Do độ xốp cao và độ bền tương đối thấp, chẳng hạn như tấm cách nhiệt nano nói trên, hiệu quả cách nhiệt tốt, độ xốp cao và độ bền thấp. Để đảm bảo nhu cầu vận chuyển và thi công, vật liệu cách nhiệt phải có độ bền nhất định. Đặc biệt đối với một số sản phẩm cách nhiệt tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa, việc nâng cao độ bền là rất quan trọng. Khi mật độ khối tăng lên, sức mạnh tăng lên. Khi mật độ khối là như nhau, kết nối pha rắn mạnh hơn kết nối pha khí, điều này có liên quan đến kích thước lỗ rỗng. Giảm kích thước lỗ xốp là một biện pháp kỹ thuật hiệu quả để nâng cao độ bền của vật liệu cách nhiệt.
(4) Khí quyển và vật liệu cách nhiệt
Nhiều thiết bị nhiệt được lót bằng vật liệu cách nhiệt và nhiều môi trường bảo vệ khác nhau cũng thường được sử dụng, chẳng hạn như CO, CO2, H2, N2, v.v. Vật liệu chịu lửa sê-ri Al2O3-SiO2 trong hydro, SiO2 được đưa trở lại silicon kim loại và hơi nước, Al2O3 rất ổn định, vì vậy trong hydro, vật liệu cách nhiệt alumina nên được chọn. Sợi nhôm silicat chứa 3% đến 4% Cr2O3, chất này dễ dàng bị khử trong môi trường khử hydro, vì vậy không nên sử dụng sợi nhôm silicat có chứa crom oxit trong môi trường khử.
(5) Phương pháp cách nhiệt
Trên thiết bị nhiệt hoạt động không liên tục, lớp cách nhiệt (ván sợi chịu lửa) có thể được đặt trực tiếp trên bề mặt nóng của lớp lót lò, có thể đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng tốt nhất. Tốt hơn hiệu ứng cách nhiệt của bức tường bên trong (bề mặt nóng).