كيف تستخدم مواد حرارية للعزل الحراري ذات توصيل حراري منخفض لتقليل فقد حرارة المعدات الحرارية؟

يتم تصنيع بطانة المعدات الحرارية من مواد مقاومة للحرارة ، والتي تلعب دورًا رئيسيًا في فقدان الحرارة ، وتلعب المواد المقاومة للحرارة دورًا رئيسيًا في ذلك. في درجات الحرارة المرتفعة ، يجب ألا تحافظ المواد المقاومة للصهر على الاستقرار فحسب ، بل يجب أن تحافظ أيضًا على أقل قدر ممكن من الحرارة. لذلك ، يجب أن تتمتع المواد المقاومة للحرارة بخصائص عزل حراري. حسنًا ، تخزين أقل للحرارة.
1. فقدان الحرارة للمعدات الحرارية
تعد المعدات الحرارية عمومًا مستهلكًا كبيرًا للطاقة. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد استهلاك الطاقة. تكون الكفاءة الحرارية منخفضة جدًا في معظم الحالات ، ومعدل استخدام الطاقة الحرارية أقل من 30 بالمائة. يحتوي فقدان الحرارة للمعدات الحرارية بشكل عام على العناصر التالية:
(1) يمكن أن تصل الحرارة المشتتة بواسطة كل جزء من سطح جسم المعدات الحرارية إلى 10 في المائة إلى 40 في المائة من وحدة استهلاك الطاقة للمنتج ؛
(2) يعتبر فقدان تخزين الحرارة لجسم المعدات الحرارية أقل أهمية بالنسبة للمعدات الحرارية التي تعمل بشكل مستمر ، ويصل فقدان تخزين الحرارة للمعدات الحرارية التي تعمل بشكل متقطع إلى 5 في المائة إلى 25 في المائة ؛
(3) لا يتم لف الفقد الحراري للتبريد المائي ، مثل أنبوب تبريد الماء لقضيب التسخين لفرن التسخين المتداول الصلب المستمر ، بمواد مقاومة للحرارة ، وفقد الحرارة أكثر من 25 بالمائة ؛
(4) فقدان الحرارة بسبب سوء إحكام إغلاق الوصلات والثقوب وأبواب الفرن ، على سبيل المثال ، فقدان الحرارة لأبواب فرن القوس الكهربائي يزيد عن 35 بالمائة ؛
(5) فقدان الحرارة من عادم الدخان.
ترتبط جميع الخسائر الحرارية المذكورة أعلاه بالمواد المقاومة للحرارة ، خاصةً (1) ~ (4) لها علاقة كبيرة بأداء العزل الحراري للمواد المقاومة للحرارة. تتمثل الطريقة الأساسية لتقليل فقد الحرارة على سطح جسم الفرن في اختيار مواد العزل الحراري المناسبة لتقليل درجة حرارة سطح جسم الفرن. عندما تكون درجة حرارة الفرن ثابتة ، تعتمد درجة حرارة السطح الخارجي بشكل أساسي على سمك جدار الفرن والتوصيل الحراري لمادة جدار الفرن. ستؤدي زيادة سمك جدار الفرن إلى زيادة تخزين حرارة جسم الفرن ، مما قد يزيد من فقدان تخزين الحرارة. لذلك ، أصبح الاستخدام الرشيد لمواد العزل الحراري هو الخيار الأفضل.
في السنوات الأخيرة ، تطورت مواد العزل الحراري في بلدي بسرعة. لا يوجد فقط منتجات مشكلة من مواد مختلفة ، كثافات سائبة مختلفة ، وموصلية حرارية مختلفة ، ولكن أيضًا مواد مقاومة للصهر غير متبلورة ، وألياف حرارية ومنتجات من مواد مختلفة ، وألواح كالسيوم السيليكون ، وألواح عازلة نانوية ، وما إلى ذلك. مواصفات المظهر المختلفة والمؤشرات الفيزيائية والكيميائية وتأثيرات العزل الحراري المختلفة وأسعار السوق المختلفة. لذلك ، يجب تنفيذ تصميم البطانة وفقًا لشروط استخدام المعدات الحرارية. اجمع البيانات الأصلية ، بما في ذلك معلمات درجة الحرارة (درجة حرارة السطح الساخن للمعدات الحرارية ، درجة حرارة السطح البارد) ، الثوابت الفيزيائية (التوصيل الحراري لمواد العزل الحراري ، الكثافة الظاهرية ، درجة حرارة التشغيل القصوى) ، المعلمات الاقتصادية (أسعار المواد المقاومة للحرارة ، أسعار الوقود) ، السعرات الحرارية القيمة ، ومعامل الاستخدام ، وما إلى ذلك) ، ثم احسب تأثير توفير الطاقة ، ثم قم بالتحليل والمقارنة ، واختيار مواد العزل الحراري المناسبة وصياغة خطة معقولة.
2. أمثلة على تقليل فقد تبديد الحرارة للمعدات الحرارية
(1) العزل الحراري للمغرفة
في الوقت الحالي ، يزيد متوسط ​​استهلاك الطاقة في صناعة الصلب في بلدي بنسبة 50 في المائة عن مثيله في اليابان ، وأعلى بنسبة 30 في المائة بالنسبة للمؤسسات الكبيرة. مغرفة هي معدات حرارية مهمة في صناعة الصلب. من أجل الحفاظ على المغرفة دافئة ، من خلال حساب تبديد الحرارة للمغرفة والبحث عن مواد العزل الحراري ، وجد أن البطانة الداخلية للمغرفة يجب أن تُبنى من مواد ذات أربع طبقات ، أي يجب أن يكون السطح الداخلي للقشرة الفولاذية مغطى بطلاء موفر للطاقة ، ويجب أن يكون السطح الداخلي عبارة عن لوح عازل نانو 10 مم ، وبعد ذلك يكون الداخل 75 مم عازل نانو ميكرون عازل بقوة 75 مم ، ثم طبقة العمل الداخلية. تتبنى طبقة العمل لخط الخبث طوب المغنيسيا الكربوني مع الموصلية الحرارية المنخفضة ، وطبقة العمل للمسبح المصهور تعتمد الطوب غير المحترق بجودة الإسبينيل. يتم تطبيق هذه الطريقة على مغرفة التكرير 120 طن ، بحيث تكون درجة حرارة غلاف المغرفة عند خط الخبث حوالي 225 درجة ، ودرجة حرارة غلاف المغرفة عند البركة المنصهرة حوالي 200 درجة ، وقشرة الكسوة حوالي 170 درجة . حقق هذا الهيكل الموفر للطاقة نتائج جيدة: يمكن أن تحمي طبقة العمل المصبوبة بالنانو ميكرون عالية القوة وطبقة العمل ذات الموصلية الحرارية المنخفضة لوحة النانو بشكل فعال ، وتحافظ عليها ضمن درجة حرارة عمل آمنة لفترة طويلة ، وتحسن بشكل كبير من عمر خدمة طبقة العزل الحراري والطبقة الدائمة ؛ ② تمامًا يمكنه تقليل درجة حرارة الكسوة بأكثر من 100 درجة ، وتحسين عمر خدمة الكسوة ، وتقليل الغاز المستخدم لخبز الكعكة ، وإبطاء درجة حرارة الفولاذ المصهور بشكل كبير ، وتقليل درجة حرارة التنصت ، وتحسين المعدن العائد وتحسين إنتاجية العمالة وتحقيق توفير الطاقة وحماية البيئة والغرض من خفض التكاليف.
(2) طوب مركب ذو الموصلية الحرارية المنخفضة لفرن الإسمنت الدوار الذي يمر بمنطقة الموجة
الفرن الدوار للأسمنت عبارة عن معدات حرارية عالية الاستهلاك للطاقة ، خاصة في مناطق الانتقال الأمامية والخلفية. البطانة المقاومة للصهر غير محمية بجلد الفرن وتتصل مباشرة بمادة الأسمنت. درجة حرارة جسم الفرن مرتفعة ، مما يزيد من فقد الحرارة واستهلاك الوقود ويقلل من جسم الفرن. وعمر خدمة الأسطوانة الداعمة ، مع تسهيل إتلاف المواد المقاومة للحرارة. من أجل تقليل تبديد الحرارة ومخاطر السلامة ، تم اعتماد هيكل ثلاثي الطبقات لطبقة العمل وطبقة العزل الحراري وطبقة العزل الحراري. إذا تم استخدام ثلاثة أنواع من الطوب الحراري ذات الموصلية الحرارية المختلفة للبناء ، فغالبًا ما يكون حادث سقوط الطوب من البطانة الداخلية عرضة للوقوع عند تشغيل الفرن الدوار. لذلك ، تمت دراسة الطوب المركب متعدد الطبقات ذو الموصلية الحرارية المنخفضة ، أي أن الطوب يعتمد بنية ثلاثية الطبقات: طبقة العمل (سمك طوب موليت السيليكون 0. 14 0 م) ، العزل الحراري طبقة (سمك طوب موليت خفيف 0. 035 م) ، تعتمد واجهة الترابط لهاتين الطبقتين طريقة الجمع بين السطح الجيبي ، والطبقة الثالثة هي طبقة العزل الحراري (لوح ألياف خزفي يحتوي على ZrO2 ، سماكة 0.025 م) . يكون تركيز الإجهاد للطوب المركب متعدد الطبقات أقل ، ويتم تقليل الموصلية الحرارية الشاملة للطوب المركب متعدد الطبقات من 2.74 إلى 1.50 واط / (م · كلفن) من الطوب الموليبدينوم السيليكا الأصلي ، مما يقلل من درجة حرارة غلاف الفرن بنسبة 50 ~ 70 درجة.
(3) يعتمد محول صناعة الصلب 260t من Anshan Iron and Steel لوح عازل نانو بسمك 20 مم بدلاً من لوح عازل من الألياف متعدد الكريستالات بسمك 40 مم لتحسين هيكل بطانة الفرن ،
يتم زيادة نسبة سعة الفرن ، ويزيد إنتاج الفولاذ لخفض درجة حرارة غلاف الفرن بأكثر من 11 درجة. لا توجد ظاهرة سحق خلال عملية تشغيل المحول بالكامل ، ولا يوجد سقوط لبلاط التبطين. في الوقت نفسه ، يقلل أيضًا من وقت الصهر ويقلل من استهلاك الحديد المصهور. .
(4) مادة صدم كربيد السيليكون الموصلية الحرارية العالية لمغوز الفحم المسحوق المبرد بالماء
الجدار المائي لجهاز تغويز الفحم المسحوق مبطن بمواد صدم كربيد السيليكون ذات الموصلية الحرارية العالية. عند درجة حرارة عالية ، يتدلى الخبث على بطانة مادة صدم كربيد السيليكون. بسبب الموصلية الحرارية العالية لكربيد السيليكون ، يلامس الخبث الجزء الداخلي. تتكثف البطانة بسرعة ، ومع انخفاض درجة الحرارة ، تنخفض الموصلية الحرارية (انظر الجدول 1). داخل وخارج الفرن عبارة عن خبث ساخن ، خبث صلب ، صهر كربيد السيليكون ، جدار مائي ، طبقة واقية من الغاز الخامل ، مادة حرارية عالية الألومينا غير متبلورة ، وطبقة واقية خارجية. هذا يقلل من فقدان الحرارة في الفرن.
3. الأمور التي تحتاج إلى اهتمام عند اختيار مواد العزل الحراري
في صناعة درجات الحرارة المرتفعة ، هناك العديد من الأمثلة على استخدام مواد العزل الحراري لتوفير الطاقة وحماية البيئة. تتميز مادة العزل الحراري بمسامية عالية (أكثر من 4 0 بالمائة ~ 85 بالمائة) ، كثافة كتلة منخفضة (أقل من 1.5 جم / سم 3) ، وموصلية حرارية منخفضة (أقل من 1.0 وات / (م · كلفن)). ومع ذلك ، عند اختيار مواد العزل الحراري هذه ، انتبه إلى المشكلات التالية:
(1) التوصيل الحراري لمادة العزل الحراري (λ)
تسمى الموصلية الحرارية أيضًا الموصلية الحرارية ، ومقاومتها المتبادلة 1 / هي المقاومة الحرارية. كلما كانت الموصلية الحرارية أصغر ، كان تأثير العزل الحراري أفضل. من المعروف أن الهواء لديه أقل موصلية حرارية.
تكون الموصلية الحرارية للمواد الصلبة أكبر بكثير من تلك الخاصة بالغازات ، وبالتالي فإن مسام المواد الصلبة يمكن أن تقلل بشكل كبير من التوصيل الحراري للمواد ، لذلك يجب أن تكون مادة العزل ذات مسامية عالية. كلما زادت المسامية ، قلت قيمة λ.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن حجم المسام له أيضًا تأثير معين على قيمة. في درجات الحرارة المنخفضة ، تقل الموصلية الحرارية لمادة العزل الحراري مع زيادة حجم المسام ، وتزداد الموصلية الحرارية فوق 8 0 0 درجة ، خاصة فوق 1000 درجة ، بسرعة مع زيادة حجم المسام. لذلك ، تأخذ درجة الحرارة المرتفعة مادة العزل الحراري بحجم مسام صغير ، ودرجة الحرارة المنخفضة تأخذ مادة العزل الحراري بحجم مسام كبير. عندما تكون المسامية هي نفسها ، فإن الموصلية الحرارية للبنية المجهرية في الطور المستمر للطور الغازي تكون أصغر من تلك الموجودة في المرحلة المستمرة للطور الصلب ، وتكون المسام في مادة الألياف مستمرة مثل المرحلة الصلبة ، وبالتالي فإن الموصلية الحرارية من الألياف الحرارية والمنتجات صغيرة. في المرحلة الصلبة لمواد العزل الحراري ، تختلف المقاومة الحرارية للمادة بشكل كبير بسبب الاختلاف في التركيب المعدني الكيميائي. بشكل عام ، كلما كان التركيب البلوري أكثر تعقيدًا ، قلت الموصلية الحرارية ، والتوصيل الحراري للزجاج في المرحلة الصلبة أقل من تلك الموجودة في الطور البلوري. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الموصلية الحرارية لمرحلة الزجاج ؛ تزداد درجة حرارة المرحلة البلورية ، بينما تنخفض الموصلية الحرارية. طورت المملكة المتحدة مادة عزل حراري مركبة SiO2 فائقة الدقة بكثافة حجمية تبلغ حوالي 0.24 جم / سم 3 ، وموصليةها الحرارية أقل من تلك الموجودة في جميع مواد العزل الحراري ، حتى أقل من تلك الموجودة في الهواء الساكن.
(2) مقاومة الحرارة لمادة عازلة للحرارة
تستخدم بعض مواد العزل الحراري عند درجات حرارة منخفضة. على سبيل المثال ، تُستخدم ألواح العزل النانوي في مغرفة فولاذية 100t من Angang Steel. إن تجاوز درجة حرارة الاستخدام سوف يتشوه تحت الضغط ، مما يؤدي إلى تشوه البطانة ، والذي لا يؤدي فقط إلى تدهور أداء العزل الحراري ، بل يؤدي أيضًا إلى مخاطر السلامة. لذلك ، تم اقتراح أن مادة العزل الحراري تعتمد بشكل أساسي على تشوه الانكماش عند درجة حرارة معينة ، وليس درجة الحرارة. على الصعيد الدولي ، يتم استخدام درجة الحرارة التي لا يزيد فيها الانكماش الناتج عن إعادة الاحتراق عن 2 في المائة بشكل عام كنطاق درجة حرارة لاستخدام مواد العزل الحراري ، وهي أيضًا أحد الاختلافات بين مواد العزل الحراري والمواد المقاومة للصهر النقية.
(3) قوة مادة العزل الحراري
نظرًا للمسامية العالية والقوة النسبية المنخفضة ، مثل لوح العزل النانوي المذكور أعلاه ، فإن تأثير العزل الحراري جيد ، والمسامية عالية ، والقوة منخفضة. من أجل ضمان احتياجات النقل والبناء ، يجب أن تتمتع مادة العزل بقوة معينة. خاصة بالنسبة لبعض منتجات العزل الحراري التي تكون على اتصال مباشر مع اللهب ، من المهم جدًا تحسين القوة. مع زيادة الكثافة الظاهرية ، تزداد القوة. عندما تكون الكثافة الظاهرية هي نفسها ، يكون اتصال المرحلة الصلبة أقوى من اتصال الطور الغازي ، والذي يرتبط بحجم المسام. إن تقليل حجم المسام هو إجراء تقني فعال لتحسين قوة مواد العزل الحراري.
(4) الغلاف الجوي ومواد العزل الحراري
يتم تبطين العديد من المعدات الحرارية بمواد العزل الحراري ، كما يتم استخدام أجواء واقية متنوعة بشكل شائع ، مثل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون و H2 و N2 وما إلى ذلك. بخار الماء ، Al2O3 مستقر للغاية ، لذلك في الهيدروجين ، يجب اختيار مواد عزل الألومينا. تحتوي ألياف سيليكات الألومنيوم على 3 في المائة إلى 4 في المائة من Cr2O3 ، والتي يتم تقليلها بسهولة في جو يقلل الهيدروجين ، لذلك لا ينبغي استخدام ألياف سيليكات الألومنيوم المحتوية على أكسيد الكروم في جو مختزل.
(5) طريقة العزل
على المعدات الحرارية في التشغيل المتقطع ، يمكن وضع طبقة العزل الحراري (قشرة الألياف المقاومة للحرارة) مباشرة على السطح الساخن لبطانة الفرن ، والتي يمكن أن تحقق أفضل تأثير لتوفير الطاقة. أفضل من تأثير العزل الحراري للجدار الداخلي (السطح الساخن).