奥地利物理学家
Josef Stefan Boltzmann
“耐火材料”能稳定抵抗高温。即在高温下,具有热稳定性好、不易变形且保持良好机械性能的材料,
与很多材料一样,耐火材料在温度不高时有着很好的辐射率,但随着温度不断上升,辐射率会显著降低。
通过参阅很多窑炉的耐火材料,我们可看出它们的辐射率会随升温变化,这种变化对窑炉能耗和效率的影响非常重要。
很多耐火材料热辐射率在在加热炉的工作温度中是0.3-0.7,这对窑炉的热量贡献非常有限。
内衬为辐射率0.3的纤维绝热材料的加热装置,其热面仅吸收30%的辐射热量,而衬为辐射率0.6耐火砖的窑炉,可以吸收60%的辐射能量。
而在炉衬设计过程中是很少考虑辐射率。通常重点关注可用材料的热效率、热膨胀、强度和耐火度,不太重视耐火材料的辐射率,在计算窑炉热效率是采用默认水平的辐射率。
任何使用 FuelSave 处理的耐火材料,无论类型、密度或化学成分,其表面特性都会发生根本转变,特别是与辐射率相关的特性。即使是辐射能力极低的材料,一旦应用了 FuelSave,其辐射率水平也会在 0.85 – 0.94 之间,从而具备灰体材料的特性。耐火材料辐射射率的增加可以为窑炉内衬贡献更多的热量。 下面的图 2 和图 3 展示了这种效果。
图2 无涂层耐火材料
图3 FuelSave涂层耐火材料
Stefan–Boltzmann定律根据黑体的温度来描述其辐射的能量。具体地说,Stefan–Boltzmann定律是指黑体单位时间内所有波长的单位表面积辐射的总能量(也称为黑体辐射辐射率或辐射度),与黑体热力学温度的四次方成正比。
Q = Єσ [T表面4-T优化4]
此公式中,Є是热表面的辐射率,σ是斯蒂芬·玻尔兹曼常数,假设我们比较熔炉的涂层和未涂层热表面,则考虑以下参数。
T表面(热耐火材料表面温度)=1150°C=1423
K
T优化(负载温度)=1100°C=1373 K
斯蒂芬·玻尔兹曼常数(σ)= 5.670367×10−8 Wm−2 K−4
无涂层表面的辐射率(Ωnc)=0.7
FuelSave涂层表面的辐射率(Ωc)=0.9
无涂层表面释放的热量(Qnc)
FuelSave涂层表面释放的热量(Qc)
根据斯蒂芬·波尔兹曼定律。Q= σЄ [T表面⁴ – T优化⁴],可得出
Qnc=0.7 x 5.670367 x 10−8 x[4.100-3.553]x 10-12=21711.96 W/m2
Qc=0.9x5.670367×10−8 x[4.100-3.553]*10-12=27915.37 W/m2
节能=6203.41 W/m2
从上我们可以看到,由于在特定温度下FuelSave的辐射率比大多数耐火材料的辐射率要高很多,因此在相同工况下,有FuelSave涂层表面产生的辐射热量比无涂层表面产生的辐射热量值高28%左右。
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