2.1.8. Нагрівання електричним струмом

Нагрівання електричним струмом часто застосовується в хімічній та інших галузях промисловості через переваги цього методу над іншими. Електричним струмом нагрівання здійснюють в широкому діапазоні температур та легко регулюють температури відповідно до заданого температурного режиму. Крім цього електричне нагрівання просте, а теплові агрегати відрізняються компактністю та зручністю під час їхнього обслуговуванні. Однак цей метод нагрівання є дорогим, оскільки він пов‘язаний з перетворенням хімічної енергії палива в електричну. За способом перетворення електричної енергії в теплову розділюють на нагрівання в електричних печах опору, індукційних та дугових. Печі опору ділять на печі прямої дії та печі посередньої дії.

В печах прямої дії, тіла які нагріваються містять безпосередньо електричний ланцюг і нагріваються під час проходження через них електричного струму. Часто в печах прямої дії, корпус печі є електродом, а другий електрод розміщується в середині апарата. Між електродами розміщують рідкі або розплавлені матеріали.

2.1.8.1. Нагрівання електричним опором

Ширше застосування знайшли печі посередньої дії, в яких тепло виділяється під час проходження електричного струму по спеціальних гріючих елементах. Тепло, яке виділяється, передається до матеріалу випромінюванням, теплопровідністю і конвекцією. В таких печах здійснюється нагрівання до температур 1000÷1100C.

С хема печі опору показана на рис. 2.15. Нагрівання здійснюється під час проходження струму через нагрівальні елементи 2 і 3, що виконані у вигляді дротяної спіралі. Тепло, що виділяється під час проходження електричного струму через нагрівальні елементи, передається стінкам обігрівального апарата 1. Піч футерують зсередини вогнетривкою цеглою 4 і покривають зовні шаром теплової ізоляції. Для періодичного огляду електро-нагрівачів електропіч забезпечується механізмом для опускання 5.

Рис. 2.15. Електропіч опору:

1 – обігрівальний апарат; 2 – бокові секції нагрівальних елементів; 3 – нижня секція нагрівального елемента; 4 – футерування печі; 5 – механізм для опускання футерування.

З метою зменшення втрат тепла в оточуюче середовище апарат покривають тепловою ізоляцією. Гріючі елементи виготовляють з дроту ніхрому (сплав, який містить 20% Cr, 30-80% Ni і 0,5-5% Fe). Діаметр дроту 3-7мм.

К ількість тепла, яку необхідно підвести в процесі нагрівання визначають з теплового балансу (рис 2.16)

Рис.2.16. До теплового балансу процесу нагрівання електричним струмом.

(2.10)

де Q_e - кількість тепла, яка виділяється елементами під час проходження електричного струму, Дж/год; G - кількість продукта, що підлягає нагріванню, кг/год; с - теплоємність продукта, що нагрівається, Дж/(кг·град); t_n i t_к – початкова і кінцева температура матеріалу, ⁰С; Q_втр – втрати тепла в оточуюче середовище, Дж/год.

З рівняння (2.10) визначають Q_е

(2.11)

Потужність електричного пристрою визначають за рівнянням

(2.12)