Понятия о тепловой мощности печи, виды мощностей: холостого хода, усвоенная, рабочая, общая.
Связь между тепловыми мощностями, особенности записи для печей непрерывного и периодического действия
Как всякая энергетическая установка печь характеризуется мощностью.
Тепловой мощностью печи называют количество теплоты, которое выделяется в печи в единицу времени при полном сгорании топлива или за счет расхода электрической энергии.
Единицей измерения мощности является Вт = Дж/с. Часть мощности, потребляемой печью, расходуется на совершение полезной работы – нагрев материалов. Она поглощается материалами и поэтому называется усвоенной мощностью Мусв, другая часть вынужденно теряется в окружающую среду – Мпот. Поэтому принято называть тепловую мощность печи общей мощностью
Мобщ = Мусв + Мпот. (7.3)
Общая мощность топливной печи выражается через расход топлива, измеряемый расходомером в м3/ч (м3/с) - для газообразного топлива или в кг/ч (кг/с) – для жидкого топлива. Расход твердого топлива определяют путем взвешивания.
Если обозначить расход топлива В, то
, Вт. (7.4)
7.4.1 Виды тепловых потерь печи. Тепловой баланс
В печной системе имеются два вида потерь теплоты: 1) потери в рабочем пространстве печи – Мпрп и 2) теплота, уносимая из печи уходящими дымовыми газами Мух.
Теплота в рабочем пространстве теряется, во-первых, на нагрев футеровки, т.е. огнеупорного ограждения печи, иначе говоря аккумулируется футеровкой, она обозначается Мак.ф; во-вторых, проходит насквозь через футеровку благодаря теплопроводности, и уходит в цех излучением и конвекцией от разогретой внешней поверхности футеровки – Мпот.ф; в-третьих, теплота теряется излучением через открытые окна печи – Мокн; в-четвертых, расходуется на нагрев воды, которая охлаждает металлические элементы конструкции печи, работающие при высокой температуре – Мохл.в. В целом
. (7.5)
В электропечах имеется один вид потерь – потери в рабочем пространстве печи, поэтому для электропечей в (7.3) Мпот = Мпрп.
Топливная печь, наряду с потерями в рабочем пространстве печи, имеет и второй вид потерь – с уходящими из рабочего пространства продуктами горения топлива – Мух. Эти потери состоят из физической теплоты горячих газов Мух.ф и могут включать неиспользованную химическую энергию топлива вследствие неполного его сгорания в печи (недожога) – Мхн.
Таким образом, для топливных печей мощность Мпот в выражении (7.3) будет равна Мпот = Мпрп + Мух. Тепловой баланс топливной печи будет таким
. (7.6)
Электрические печи по сравнению с топливными должны быть более экономичны по расходу топлива, так как в них нет потерь с уходящими газами, однако не следует забывать, что при производстве электроэнергии на тепловых электростанциях были свои тепловые потери, в том числе с уходящими в атмосферу газами.
Теплота газов, уходящих из рабочего пространства, необязательно полностью теряется в атмосферу. В современных топливных печах часть теплоты дымовых газов используют для подогрева воздуха, а иногда и газообразного топлива, которые направляются в горелочные устройства печи, т.е. теплота дымовых газов частично возвращается в рабочее пространство печи в виде физической теплоты воздуха – Мф.в и топлива – Мф.т. Этот процесс передачи теплоты дыма воздуху или топливу происходит в специальных устройствах – теплообменниках двух типов: рекуператорах и регенераторах, которые устанавливают в дымовых каналах между рабочим пространством печи и дымовой трубой. Потери теплоты с газами, уходящими в атмосферу – Мух.атм, будут меньше по сравнению с потерями на выходе из рабочего пространства Мух, а именно
.
Тепловой баланс топливной печи окончательно будет иметь вид
. (7.7)
В крупных печах, например, в мартеновских и двухванных, теплоту уходящих газов используют для получения водяного пара, для чего за печами устанавливают котлы-утилизаторы.
Потери теплоты в рабочем пространстве печи также стремятся уменьшить прежде всего путем применения футеровки с лучшими теплофизическими свойствами – с меньшей теплоемкостью и теплопроводностью.
Существуют проекты так называемых безинерционных печей, ограждение которых отражает обратно в печь падающее на него из печи тепловое излучение, т.е. имеет свойство теплового зеркала. Существуют печи с испарительным охлаждением, в которых вода в водоохлаждаемых элементах печи превращается в пар, используемый в системе отопления помещений. Предложены схемы печей, в которых теплота, прошедшая через футеровку, передается воздуху, который также может быть полезно использован.
Тепловой дефицит – это количество теплоты, которое нужно сообщить исходным материалам, чтобы превратить их в 1 кг (или 1 т) конечного продукта. В условиях постоянного давления среды это количество теплоты равно приращению удельной энтальпии Dі = ік – ін, Дж/кг, где ік – энтальпия конечного продукта на выходе из печи, Дж/кг; ін – энтальпия материала при загрузке в печь, Дж/кг конечного продукта.
Чем больше Dі, тем больше предстоящая тепловая работа печи, тем продолжительнее время тепловой обработки tтепл, тем ниже производительность печи.
Например, при нагреве холодных слитков и заготовок перед обработкой давлением Dі = 800-900 кДж/кг (МДж/т), в мартеновской или дуговой сталеплавильной печи Dі = 1500-1900 кДж/кг (МДж/т) жидкой стали, в доменной печи Dі = 10500-12500 кДж/кг (МДж/т) жидкого чугуна.
Чтобы уменьшить расход топлива или электричества, нужно стремиться к уменьшению теплового дефицита путем сохранения энтальпии, полученной материалом в предыдущем металлургической переделе: жидкий чугун при выплавке стали, горячие слитки с жидкой сердцевиной при нагреве их перед прокаткой и т.д.