Диссертация (781991), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Все экраны в печи выполнены из молибдена. Стоимость молибдена,используемая при расчете, равнаCМ= 6000 руб/кг. Стоимостьэлектроэнергии принята равной C КВТЧ = 3,3849 руб/кВт×ч. Коэффициентконструктивных особенностей K K принят равным 2. Рассчитанный срокслужбы пакета теплоизоляции из молибдена равен 2836 часов, при заданныхпараметрах температуры и давления.Страница | 100Рис.4.3а. Зависимости удельных затрат, при применении от 3 до 10 экрановв установках на 1600 0С: 1 – на экраны; 2 – на электроэнергию;3 – суммарныеРис.4.3б. Зависимости удельных затраты от числа экранов,при различных номинальных температурах печиПрименение 1-2 экранов в ВПС практически нереально и возможнотолько, при «нулевой» цене на электроэнергию.
Как показывает рис.4.3а приданных рыночных ценах на молибден и электроэнергию, согласно принятомукритерию можно рекомендовать устанавливать в печах на 1600 0С – 6экранов из молибдена. Однако по вышеизложенным причинам последнийэкран целесообразно выполнять из нержавеющей стали, у которойзначительно выше степень черноты (0,7÷0,75, при 0,1÷0,2 у молибдена), зато,ниже стоимость (250 руб/кг против 6000 руб/кг молибдена).На следующем этапе исследований была поставлена задача сравненияиспользования данного пакета теплоизоляции с комбинированными (сдобавлением экранов из нихрома и нержавеющей стали).
Цена на нихромсогласно рыночной стоимости была взята 3000 руб/кг. Результаты сравненияприведены в табл.4.2.Экраны из нихрома можно использовать только в том случае, еслитемпература на экране менее 1100 0С, нержавеющую сталь – менее 900 0С.Страница | 101Таблица № 4.2Удельные затраты экранной теплоизоляции и электроэнергииКол-воэкранов*Общеекол-воэкрановСтоимостьэкранов, руб/м2Стоимостьэ/э, руб/м2Мощность,кВт/м2Суммарныезатраты руб/м24Mo+1С575 390143 82714,982219 1175Mo+1С693 750114 26011,902208 0106Mo+1С7Mo+1С78112 110130 47093 56279 1529,7468,245205 672209 6224Mo+2С677 340142 23414,816219 5745Mo+2С795 700111 17811,581206 8786Mo+2С7Mo+2С89114 060132 32091 85378 4139,5688,168205 913210 8334Mo+3С779 290139 15214,495218 4425Mo+3С897 650110 29411,489207 9446Mo+3С9116 01090 6629,444206 6727Mo+3С10134 37077 2808,050211 6503Mo+1Х+1С564 590190 16619,809254 7564Mo+1Х+1С682 950139 83414,566222 7845Mo+1Х+1С7101 310110 54411,515211 854В таблице обозначено: Mo – молибден; Х – нихром Х20Н80-Н; С – нержавеющая сталь12Х18Н10Т.Из табл.4.2 следует, что применение нихрома в качестве экранов, приданной стоимости не рентабельно, потому что общие затраты на комплектэкранов «молибден+1нихром+1сталь» всегда выше, чем «молибден+2сталь».В табл.4.2 выделены два наиболее оптимальных комплекта теплоизоляций сучетом минимума экономических затрат (6Mo+1С и 6Mo+2С).
Как и нарис.4.3б, рациональное количество экранов в теплоизоляции из молибденаравно 6. Поэтому использование 6 экранов из молибдена с дополнительнымнесущим экраном из 12Х18Н10Т можно считать оптимальным вариантом дляустановок на 1600 0С, а использование дополнительных экранов из нихрома инержавеющей стали, может быть оправдано только в случае роста цены намолибден.В России весьма вероятен рост цены на электроэнергию. В 2009 годурост цены на электроэнергию обогнал инфляцию и составил 23%.
ЗаСтраница | 102последующие три года по прогнозам цена на электроэнергию вырастет на87%.В данной ситуации, при незначительных изменениях цен на материалыэкранов, целесообразнее использовать экраны из материалов с наименьшейстепенью черноты, т.е. молибдена (и других тугоплавких металлов исплавов). Это связано с увеличением влияния составляющей затрат наэлектроэнергию, которая пропорциональна тепловому потоку через пакеттеплоизоляции.Следующим этапом исследований стало определение зависимостиудельныхзатратотноминальнойтемпературывпечи(рис.4.3б).Номинальная температура в печи влияет на скорость массоуноса материалаэкрана, что в свою очередь, серьезно влияет на срок службы пакета экраннойтеплоизоляции.
Расчет производился в сравнении с температурой 1600 0С дляследующих номинальных температур в печи: 1000, 1300 и 1800 0С.При расчете установок с номинальной температурой 1800 0С срокслужбы наиболее горячего экрана уменьшается до 1064 часов из-заувеличения скорости массоуноса в 2,67 раз. Из-за увеличения номинальнойтемпературы в печи растут тепловые потери (при применении 6 экранов измолибдена в 1,74 раза).
Однако из-за большего уменьшения срока службыобщие затраты на электроэнергию за весь срок использования пакетатеплоизоляции уменьшаются. А, следовательно, возрастает влияние числаэкранов на общие затраты. Поэтому область, соответствующая минимальнымзатратам, при проектировании печей на температуру 1800 0С смешаетсявлево (рис.4.3б) к 5 экранам по отношению к установкам на 1600 0С.При проектировании установок с номинальной температурой 1300 0Сстоило бы ожидать смешения точки оптимума по отношению к установкамна 1600 0С вправо.
Но этого не происходит (рис.4.3б) в связи с тем, что срокслужбы наиболее горячего экрана (по сравнению с 1600 0С) не изменился, изза скорости массоуноса молибдена. Тепловые потери, из-за сниженияноминальной температуры в печи, уменьшаются, и, как следствие,Страница | 103уменьшаются затраты на электроэнергию. Поэтому вновь возрастает рольколичества экранов, установленных в печи, и точка оптимума рациональноговыбора количества экранов, при проектировании печей на 1300 0С, такжесмешается влево к 4 экранам. Из смешений точки минимума затрат (рис.4.3б)следует, что на выбор комплекта теплоизоляции, наибольшее значениеоказывает скорость массоуноса материала (см.табл.4.3).Таблица № 4.3Зависимость скорости массоуноса молибдена от температуры идавления [3]Давление, ПаСкорость массоуноса молибдена, кг/(м2×с), при различныхтемпературах, 0С1300-160018002000220016×10-66×10-66×10-62,5×10-63×10-26×10-76×10-76×10-62,5×10-510-36×10-81,6×10-72,5×10-62,5×10-510-46×10-91,6×10-72,5×10-62,5×10-5При проектировании установок с номинальной температурой до1000 0С, которые принято относить к классу низкотемпературных ВПС,применение экранов из нихрома определяет следующие преимущества:- температура на нагревателях является допустимой для применениянагревателя из нихрома, следовательно, нет необходимости выполнятьпервый экран из тугоплавкого материала, во избежание взаимодействияматериалов экрана и нагревателя;- в связи с тем, что весь пакет теплоизоляции может быть выполнен изнихрома и нержавеющей стали, существенно возрастает срок службыкомплекта экранов (из-за более низкой скорости массоуноса нихрома посравнению с молибденом).Страница | 104Но кроме вышеперечисленных плюсов экранов из нихрома стоитотметить, что как только температура на экране будет менее 9000Сцелесообразно применять экраны из нержавеющей стали.
Поэтому внизкотемпературныхустановкахбудетоптимальнымкомплекттеплоизоляции нихром+нержавеющая сталь.Существенное увеличение срока службы пакета комбинированнойтеплоизоляции нихром+сталь приводит к доминированию составляющейзатратнаэлектроэнергию.Поэтому,несмотрянасуществующиерекомендации, основанные на зависимости тепловых потерь от количестваэкранов, можно с экономической точки зрения рекомендовать применениеболее 10 и даже 15÷20 экранов.
Это также связано с незначительнойстоимостью экранов из Х20Н80 и 12Х18Н10Т.С помощью разработанного критерия было получено, что наиболееоптимальной теплоизоляцией с точки зрения минимума экономическихзатрат для ВПС на 1000 0С будет являться пакет из 4 экранов Х20Н80 и 16÷18экранов из 12Х18Н10Т. Стоит отметить, что ВПС с экранной теплоизоляциейвсегда имели меньшие габариты по сравнению с футерованными ВПС. Вданном случае, применение 20 экранов по отношению к классически [3,4]рекомендованным 6÷7 увеличит размеры теплоизоляции на 130÷140 мм(толщина экрана 0,3 мм, расстояние между экранами 5 мм). При применениитакогоколичестваэкрановгабаритныеразмерыВПСсэкраннойтеплоизоляцией будут сравнимы с футерованными.Стоит отметить, что при изготовлении ВПС с большим числом экранов(более 10) на точность экономического критерия будет влиять следующеедопущение: при расчете составляющей на изготовление экранов неучитывается оплата труда рабочих.
А при изготовлении такого большогочисла экранов, эта составляющая будет вносить коррективы в расчет.Из всего вышеперечисленного можно сделать следующие выводы:1.После проведенных исследований можно рекомендовать, приразработке средне- и высокотемпературных (1150-2000 0С) ВПС, применениеСтраница | 105пакета 4÷6 (в зависимости от температуры и скорости массоуноса молибдена,а, следовательно, срока службы) экранов из молибдена в комплекте снесущим экраном из нержавеющей стали.2.Установлено, что при разработке установок с номинальнойтемпературой до 1000 0С применение экранов из тугоплавких металловнецелесообразно, в связи с серьезным уменьшением срока службы пакетатеплоизоляции. Кроме того, рекомендуется увеличивать количество экрановвпакететеплоизоляциидо15÷20,из-заувеличениязатратнаэлектроэнергию.При возможном росте цены на электроэнергию рациональноеколичество экранов в пакете теплоизоляции увеличивается.
Например, приросте цены на электроэнергию на 23% (как в 2009 году), при неизменныхстоимостях материалов, рациональное количество экранов из молибдена втеплоизоляции установок на 1600 0С увеличится на 1.Страница | 1064.2. Разработка программного пакета для теплового и электрическогорасчетов вакуумной печи сопротивления с экранной и комбинированнойтеплоизоляциейНа разработанный программный пакет «Shield’s thermal insulation»получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ№ 2012614489 № [87].
Данный пакет позволяет [79,80,87]:- производить тепловой расчет ВПС с экранной теплоизоляцией, какдля цилиндрической, так и для прямоугольной конфигурации;- производить оценку экономической эффективности выбраннойтеплоизоляции с учетом изменения рыночных цен на материалы иэлектроэнергию;-рассчитыватьтепловойпотокчерезкомбинированнуютеплоизоляцию, варьируя число и материалы экранов, а также толщину слояи материал неметаллической засыпки.В базу программы STI заложены зависимости теплотехническихпараметров от температуры дляследующихматериалов: молибден,вольфрам, тантал, ниобий, нихром и нержавеющая сталь 12Х18Н10Т –используемых в качестве металлических экранов; а также оксидов алюминия(Al 2 O 3 ), циркония (ZrO 2 ), магния (MgO) и иттрия (Y2 O 3 ), оксида алюминия спримесью 28% оксида кремния (SiO 2 ), циркона (ZrO 2 ·SiO 2 ) с различнойпористостью – используемых в качестве неметаллической засыпки.Экономический расчет в программе проводится по методике [72],связывающей затраты на производство экранов теплоизоляции, припроизводствеустановки,сзатратаминаэлектроэнергию,приеёэксплуатации.Функциональные возможности пакета STI рассмотрим на следующихпримерах.Пример №1.Рассчитаем экономические затраты на электроэнергию и материалытеплоизоляции для типовой вакуумной печи сопротивления шахтного типа сСтраница | 107номинальнойтемпературой13000С.Даннаяустановкаимееттринезависимых тепловых зоны (основную – цилиндрической формы; и дветорцевых – прямоугольной формы).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
