Эффективность применения теплоизоляционных материалов

Огнеупорные и теплоизоляционные материалы выполняют главную задачу в промышленной теплоэнергетике: сохранение тепла и поддержание температуры на требуемом технологическом уровне.

Для практического использования любого огнеупорного материала в качестве теплоизолятора важны 2 основные характеристики: температура длительного применения и аккумулирующая способность. С помощью теплоизоляционных материалов можно снизить массу футеровки печей в 9-12 раз, а количество теплоты, отнимаемой кладкой (аккумуляцию тепла кладки), в 10-11 раз. Толщина стенки из одного легковесного изделия заменяет кладку толщиной 3,5 изделий нормальных размеров; потери тепла на аккумуляцию при этом снижаются в 10 раз.

Применение огнеупорных легковесных изделий позволяет экономить время на разогреве и охлаждении печей в 5 раз. Общее сокращение расхода топлива при применении легковесных изделий составляет в печах непрерывного действия 10-15 %, в печах периодического действия 45%. Футеровка печей такими изделиями в 5-10 раз сокращает капитальные вложения на строительство печей (по данным США). Известно, что 1 т шамотных легковесных огнеупоров марки ШЛ-1,3 по теплоизолирующей способности эквивалентна 3 т аналогичных по составу плотных огнеупоров. Снижение расхода топливно-энергетических ресурсов на 1% обходится в 2-3 раза дешевле, чем добыча эквивалентного количества топлива.

В процессе длительной службы в условиях примерно постоянных температур теплопроводность огнеупоров повышается на 10-15 %, а в условиях переменных температур - понижается вследствие образования дополнительных микротрещин в структуре огнеупора. Теплоизоляционные материалы не только экономят энергетические ресурсы, но и во многих случаях способствуют интенсификации технологических процессов, улучшению экологии, упрощению конструктивных решений новых футеровок.

Особенно эффективным является применение огнеупорных теплоизоляционных материалов для футеровки стен печей в области высоких температур, так как оно дает возможность сократить длительность разогрева печей и уменьшить толщину футеровки. Эффективность применения теплоизоляционных огнеупоров растет с уменьшением рабочего пространства теплового агрегата, с укорочением рабочего цикла, с улучшением теплоизоляционных свойств материалов. По данным многих исследователей, КПД промышленных тепловых агрегатов весьма низок; КПД мартеновских печей составляет 15-25 %, вагранок 25-40%, нагревательных печей для слитков 25-45%, ковочных печей 10-20%, отражательных и закалочных печей 10-20%, керамических печей 20-40 %.

Важнейшими статьями расхода тепла в промышленных печах являются потери тепла с уходящими газами, на аккумуляцию тепла футеровкой, на излучение тепла футеровкой. Потери тепла на аккумуляцию и излучение кладкой промышленных печей колеблются от 50 до 90 % в зависимости от конструкции печей. Эти потери могут быть сокращены двумя основными способами: уменьшением объема кладки стен и дверей печи или уменьшением теплоемкости или теплопроводности материала стен. Оба способа тесно взаимосвязаны, так как при высоких температурах уменьшение объема футеровки может быть произведено лишь при наличии малотеплопроводного материала с низкой аккумулирующей способностью.

При снижении массы футеровки примерно на 11% потери тепла снижаются с 14800 до 5800 Вт/кв. м., т.е. на 61%. Наибольшее тепловое напряжение испытывают периклазоуглеродистые и переклазохромитовые огнеупоры.

Таким образом, теплоизоляция, кроме сокращения потерь тепла, устраняет термическое разрушение огнеупора, сохраняет кладку и тем самым увеличивает срок эксплуатации.

При частых остановках тепловых агрегатов футеровка разрушается вследствие колебания температур. В этом случае необходимо илиподдерживать температу в печи, сохраняя огнеупоры от разрушения, или отключать подачу топлива и охлаждать печь. При охлаждении футеровка неизбежно приходит в состояние, отличное от исходного, и может быть непригодна для повторного использования. В этом случае применяют термостойкие и теплоизоляционные материалы - волокнистые и высокоогнеупорные легковесные, обладающие наименьшей аккумулирующей способностью. Волокнистые материалы применяют как покрытие ранее установленного огнеупора для улучшения теплоизоляционных свойств футеровки или как полностью волокнистую футеровку печей.