Показатели тепловой работы печей
Основные показатели работы печей: производительность, расход теплоты (условного топлива) на единицу продукции, КПД печи, их взаимосвязь
Масса готовой продукции, выдаваемая из печи за единицу времени, называется производительностью печи Р (т/ч, т/сутки, т/год, кг/с). Если ёмкость печи, т.е. масса материалов, находящихся в рабочем пространстве, равна Е (кг), а продолжительность обработки материалов в печи (длительность плавки или нагрева металла) равна t (с), то
. (8.1)
Продолжительность обработки материалов в печи t включает в себя время теплотехнического процесса tтепл, необходимое для нагрева или плавления, а также время технологических операций tтехн, если эти операции проводятся в рабочем пространстве печи, т.е. t = tтепл + tтехн. Если же технологический процесс происходит за пределами печи (внепечная обработка жидкого металла в ковше, прокатка, ковка, штамповка), то t = tтепл.
Удельная производительность печи показывает, сколько продукции (кг) получается с единицы площади пода или с единицы объема рабочего пространства за единицу времени (кг/(м2ч); т/(м3сутки)). Такие термины, как «съем металла», «напряженность пода» выражают удельную производительность печи. Иногда, например, при выплавке чугуна в доменной печи пользуются обратным показателем – КИПО – коэффициент использования полезного объема, который показывает, какой полезный объем печи требуется для выплавки 1 т чугуна в сутки.
Расход теплоты на единицу продукции
Сущность энергосберегающих мероприятий при эксплуатации печей состоит в сокращении расхода энергии на единицу продукции, который мы называем удельным расходом энергии "b". Чтобы вычислить "b" в печи непрерывного действия, нужно Мобщ разделить на производительность
b
, Дж/кг. (8.1)
Для печей циклического действия
, поскольку 
,
где Е ‑ садка печи, т.е. масса металла находящегося на подине печи; Qобщ ‑ количество энергии, затраченное на тепловую обработку садки печи; 
‑ средняя тепловая мощность печи за время тепловой обработки садки; t ‑ время тепловой обработки садки (время полного цикла обработки садки).
Нам известно, что
,
поэтому
. (8.2)
Полученная формула дает возможность проанализировать пути уменьшения удельного расхода энергии. Для печей циклического действия формула для "b" запишется аналогично (8.2)
,
где 
‑ КИТ, усредненный за время тепловой обработки садки; 
, 
, 
– усредненные значения удельной энтальпии подогретого воздуха, топлива и уходящих газов за время тепловой обработки садки; 
‑ тепловая мощность холостого хода печи, усредненная за время тепловой обработки садки.
Формула (8.2) показывает, что удельный расход энергии состоит из двух слагаемых, которые представляют собой "прямые расходы энергии" на технологический процесс и "накладные расходы" на содержание печи в рабочем состоянии. Первое слагаемое 
выражает прямой расход энергии. Он не зависит от производительности печи и всецело определяется тепловым дефицитом: чем меньше тепловой дефицит, тем меньше энергии требуется на нагрев материалов. Возможности уменьшения Di весьма велики: использование жидкого чугуна при выплавке стали, горячий посад слитков, литейно-прокатные комплексы, "транзитная" прокатка, обогащение руд для получения металла, уменьшение количества шлака, предварительный обжиг флюсов.
Второе слагаемое 
– "накладные расходы энергии" –– зависит от производительности печи. Во время простоя печи, когда Р = 0, а Мхх ¹ 0, удельный расход энергии стремится к бесконечности. Чем больше производительность печи, тем меньше "накладные расходы", если рост Р достигается уменьшением простоев печи на холостом ходу. Если же рост производительности происходит за счет увеличения общей тепловой мощности, то удельный расход топлива сокращается до тех пор, пока в дроби b
производительность (знаменатель)
растет быстрее, чем мощность (числитель).
Однако с ростом Мобщ рост производительности постепенно затухает (см.
рис. 8.1), так как с повышением мощности увеличивается температура печных газов и, следовательно, возрастают потери Мпрп, которые пропорциональны температуре печных газов и уменьшается hкит. Это значит, что при некоторой критической (оптимальной) производительности рост мощности холостого хода 
превышает прирост производительности печи и происходит
увеличение удельного расхода энергии. Чтобы минимизировать "b", нужно эксплуатировать печь при оптимальной производительности и соответствующей оптимальной тепловой мощности.
Рис. 8.1 – Зависимость производительности печи от ее тепловой мощности
Формула (8.2) показывает также, что сокращение Мпрп и повышение hкит однозначно приводят к снижению удельного расхода энергии. Снижение потерь теплоты в рабочем пространстве достигается путем изготовления тепловой изоляции из современных волокнистых изделий. Поверхности водоохлаждаемых балок и труб изолируются легкими волокнистыми муллитокремнеземистыми изделиями с оболочкой из огнеупорного бетона.
Особенно эффективно применение шамотных волокнистых плит для футеровки термических печей циклического действия, так как при регулярно повторяющемся разогреве печи в начале каждого цикла уменьшаются потери теплоты, которую поглощает (аккумулирует) футеровка. Так, замена шамотной футеровки на волокнистую в закалочной печи с выкатным подом площадью 14 м2 уменьшает расход природного газа, которым отапливается эта печь, на 43%.
В топливных печах существенную экономию энергии можно получить путем повышения коэффициента использования теплоты КИТ.
Усвоенная тепловая мощность и КПД печи
Зная производительность печи Р и тепловой дефицит Dі, можно найти усвоенную мощность, т.е. количество теплоты, поглощенное материалами в печи за единицу времени 
, Вт.
Отношение усвоенной тепловой мощности Мусв к общей мощности, потребляемой печью
Мобщ, называют коэффициентом полезного действия печи (КПД) 
. При этом не учитываются затраты электроэнергии на привод механизмов, обслуживающих печь: вентиляторов, дымососов, загрузочных и транспортирующих устройств. Поэтому hкпд показывает только степень полезного использования энергии в рабочем пространстве агрегата. При экономической оценке различных печей необходимо учитывать все затраты энергии на их эксплуатацию.
Величина КПД колеблется в широких пределах. Наиболее низок это показатель в печах, где приходится выдерживать нагретый или расплавленный металл для осуществления технологических процессов в течение длительного времени. Например, в термических печах КПД может быть на уровне 8-10 %, а в современных нагревательных печах он может составлять 50-85%.
Составление тепловых балансов печей, особенности записи для печей непрерывного и периодичекого действия
Суть теплового баланса печи состоит в сопоставлении статей прихода теплоты в печь со статьями расхода. По закону сохранения энергии приход теплоты должен быть равен расходу. Возможна некоторая неувязка в балансе (~1 %), обязанная неточности арифметических расчётов. В печах с непрерывной выдачей продукции тепловой баланс печи составляют за один час. В печах с циклической работой баланс относят к длительности цикла.
После определения статей теплового баланса сумма приходных статей вычитается из суммы расходных. Устанавливается неувязка в балансе, которая служит проверкой точности составленного баланса. Все статьи прихода и расхода выражаются как в единицах энергии (Дж), так и в процентах от суммы. Часто все статьи баланса рассчитывают на единицу продукции (Дж/кг), что дает возможность сравнивать между собой абсолютные величины статей баланса в печах разной производительности.