Тепловой баланс и расход топлива.

Тепловой баланс печи составляется, как правило, на этапе проектирования для определения теплотехнических характеристик печи и расхода топлива (электрической мощности).

Тепловой баланс печи состоит из статей прихода и расхода тепла, которые равны между собой.

При составлении теплового баланса должны быть известны: конструкция печи, вид теплоносителя, теплотехнические условия в печи ( ), производительность, материальный баланс плавки. В конструкции печи должны быть известны: габариты, толщина и материалы кладки , размеры и количество рабочих и смотровых окон, окон загрузки - выгрузки, доля времени в течении которого эти окна могут быть открыты и способ их изоляции.

Все величины, входящие в уравнение теплового баланса берутся в пределах рабочего пространства печи, за один и тот же промежуток времени (с, час), для непрерывно работающих печей и за технологический цикл (нагрев, плавка) – для печей периодического действия.

Если печь оборудована воздухоподогревателями и котлами утилизаторами, тогда типовые тепловые балансы следующие:

- для рабочего пространства печи;

- для рабочего пространства и рекуператора;

- для всей установки с котлом утилизатором.

Общий вид теплового баланса печи следующий:

,

или

;

- подведенное химическое тепло топлива;

- физическое тепло, вносимое воздухом;

- физическое тепло, вносимое топливом;

- тепло, вносимое материалом;

- подвод тепла за счет экзотермического эффекта химических реакций окисления;

- тепло, теряемое с нагретым материалом (расплавом);

- тепло, теряемое с уходящими газами;

- потери тепла с охлаждающей водой;

- потери тепла от химического недожога;

- потери тепла от механического недожога;

- потери тепла с выбиваемыми газами через неплотности печи;

- потери тепла через кладку;

- потери тепла через незакрытые окна;

- эндотермический эффект реакций с поглощение тепла;

- потери тепла на аккумуляцию тепла кладкой (для печей периодического действия), для печей непрерывного действия не учитываются

- потери тепла со шлаком или окалиной;

- потери за счет аккумуляции тепла транспортом печи (тележки, поддоны, конвейеры);

- неучтенные потери печи (невязка).

Статьи приходной части теплового баланса

1. Тепло, полученное в результате сгорания топлива (химическое тепло топлива):

,

где - низшая теплотворная способность топлива, (МДж/м³; МДж/кг)

В – расход топлива часовой или секундный кг/с; м³/с; кг/ч; м³/ч.

2. Тепло вносимое в топку с воздухом дутья - (физическое тепло воздуха), кВт, кДж/ч):

,

где С_в – удельная теплоемкость воздуха при температуре t_в, кДж/кг∙К

t_в – температура подогрева воздуха, ºС;

V_в.д. – действительный объем воздуха, необходимый для сжигания единицы объема или единицы массы топлива.

3. Тепло, вносимое с топливом в топку Q_ф.т (физическое тепло топлива):

;

С_т – удельная теплоемкость топлива при температуре t_т (кДж/м³∙К; кДж/кг∙К).

Следует учитывать что высококалорийное газообразное и твердое топливо, как правило, не подогревают.

4. Тепло, вносимое материалами в печь .

В нагревательных, термических, обжиговых печах, где загружается один тип материала можно записать что:

.

- часовой или секундный расход материала (кг/ч, кг/с) загружаемого в печь;

- энтальпия загружаемого материала, ;

- удельная теплоемкость загружаемого материала, ;

- температура загружаемого материала;

В плавильных печах, как правило, загружается многокомпонентная смесь (шихта) и тогда:

- массовый расход каждого компонента (кг/ч, кг/с);

- истинная удельная теплоемкость i- го компонента , ;

- температура i- го компонента при загрузке, (ºС);

При загрузке холодных (не нагретых) материалов и изделий в печь, вносимое с материалами тепло мало и его вклад в тепловой баланс можно не учитывать. Однако при загрузке неостывших или подогретых изделий, заливке жидкого чугуна и т.д. эта составная часть баланса тепла может иметь значительный вес.

5. Тепло экзотермических реакций - .

Учитываются все химические реакции идущие с выделением тепла (кроме реакций горения топлива). В нагревательных печах необходимо учитывать тепло, выделяющееся при окислении стали.

При окислении 1 кг стали, в среднем, выделяется 5652 кДж/кг тепла, поэтому можем записать, что

,

а_м – доля угара металла при тепловой обработке:

• для камерных печей а_м=0,01÷0,03

• для проходных печей а_м=0,01÷0,02

• для термических печей а_м=0,0025÷0,005

В целом потери металла, связанные с его угаром, в масштабах страны достигают десятков и даже сотен тысяч тонн.