10. Уравнение теплового баланса нагревательной или термической печи.

Применительно к конкретным установкам уравнение тепло­вого баланса может видоизменяться, так как отдельные статьи прихода или расхода могут отсутствовать. Для нагревательной или термической печи уравнение теплового баланса можно представить в виде:

Где В – расход топлива

Qэкз – теплота, выделяющаяся при окислении металла

Q1 – теплота, затраченная на нагрев металла

Р – производительность печи

Составление общего теплового баланса позволяет определить расход топлива на печь, оценить экономичность работы печи и эффективность сжигания топлива.

Тепловой баланс, составленный позонно, позволяет рассчитать расход топлива на зону, что обеспечивает ее работу по заданному температурному графику.

11. Определение составляющих теплового баланса нагревательной или термической печи.

Рассмотрим более подробно составляющие и расчет уравне­ния теплового баланса нагревательной (термической) печи (см. формулу (2.4)). После ввода удельных энтальпий выражение (2.5) можно записать так:

где h_m — начальная удельная энтальпия продуктов сгорания при нулевом значении энтальпии компонентов горения: h_m = Q^р_н/Vп.с.; Vп.c — суммарный объем продуктов сгорания, отнесенный к еди­нице топлива; h_т, h_B— удельные энтальпии компонентов горения (соответственно топлива и воздуха), отнесенных к единице объ­ема продуктов сгорания:

Срт, с_Рв — средние объемные теплоемкости соответственно топли­ва и воздуха; t_T, t_B — температуры компонентов горения; V_B — действительный расход воздуха; h₂ — удельная энтальпия ухо­дящих из рабочей камеры продуктов сгорания:

Срг.ух., tг.ух. – соответственно средняя объемная теплоемкость и температура продуктов сгорания, покидающих установку; h3 – удельная энтальпия продуктов химического недожога топлива:

Q_нi^р, q_i – теплота сгорания и доля i-го горючего компонента продуктов сгорания, покидающих установку; обычно в состав продуктов сгорания в результате недожога газообразного топлива входят СО и Н2, тогда h3=126СО+108Н2. Здесь СО и Н2 – доля угарного газа и водорода в продуктах сгорания, %.

В нагревательных печах выделение теплоты экзотермических реакций объясняется окислением металла. При нагреве стали Qэкз может быть определена из выражения

Qэкз=φРqэкз

где φ — относительный угар стали; для методических нагрева­тельных печей φ=0,01—0,03; для термических печей φ = 0,005— 0,01; q_экз — тепловыделение при окислении единицы массы ста­ли qэкз = 5650 кДж/кг.

Т.к. , то

17. Регенерация теплоты дымовых газов, покидающих высокотемпературную теплотехнологическую установку. Экономия теплоты за счет подогрева компонентов горения.

Существует ряд методик оценки экономической эффективно­сти регенеративного теплоиспользования.

Чтобы получить расчетные зависимости, рассмотрим два ва­рианта сжигания топлива; с подогревом компонентов рабочей смеси за счет регенерации энергетических отходов и без подо­грева. Для каждого варианта можно записать:

где η^'_и.т., η''_и.т. соответственно относятся к горению без подогрева и с подогревом воздуха-окислителя и топлива. Вводим обозначения:

В соответствии с обозначениями имеем:

где h_B, hт—энтальпии подогретых воздуха и топлива, МДж/м³:

с_рсм— объемная изобарная теплоемкость смеси компонентов газо­образного топлива.

Если принять Р^/ = Р"(k_П = 1), то k_q = k_пk_ηи.т. = k_ηи.т. ; kq =η^'_и.т./η^''_и.т.. Но kq=q^'/q'' или q^'/q'' = η^'_и.т./η^''_и.т..

Подставив значения для η_и.т, получим

Левую и правую части выражения (3.21) вычитаем из еди­ницы

где (q'—q")/q^' — экономия теплоты топлива за счет регенератив­ного подогрева компонентов рабочей смеси.

Экономия теплоты топлива

Если в формулу (3.22) подставить значения , получим:

При сопоставлении вариантов может оказаться, что энтальпии газов перед рекуператором одинаковы {h'r._yx — h'r._yx), t_r.yx=const Тогда выражение (3.23) примет вид

Формула (3.24) для Л_т = 0 запишется в виде

Однако эффект от регенеративного подогрева за счет теплоты продуктов сгорания состоит не только в получении некоторого

количества теплоты в результате подогрева компонентов рабо­чей смеси. Сэкономленная теплота отходящих продуктов сгора­ния позволяет недодать в виде сырого топлива значительно боль­ше теплоты, чем ее было сэкономлено. Иными словами, 1 кДж теплоты, внесенной в рабочее пространство (зону) с подогреты­ми воздухом и топливом, приводит к более чем 1 кДж теплоты, поступающей туда же с топливом. Это объясняется следующим образом. Теплота, вносимая в печь с топливом, частично теря­ется (60—20 %) с продуктами горения (физическая теплота и химическая неполнота горения). Если увеличится расход топлива для наращивания тепловой мощности зоны, то возрастают теп-лопотери с продуктами сгорания, покидающими зону (увеличи­вается выработка ВЭР, которые используются с потерями). Иден­тичное увеличение тепловой мощности за счет дополнительного теплопритока с подогретыми компонентами рабочей смеси не приводит к возрастанию теплопотерь с дымом (количество ВЭР остается на прежнем уровне). Поэтому ввод в рабочее простран­ство регенеративной теплоты не эквивалентен энергопритоку с исходным топливом. Такая экономия более ощутима при плохом теплоиспользовании. Экономическая эффективность регенерации теплоты энергетических отходов должна оцениваться с учетом последнего обстоятельства путем введения в (3.25) топливного эквивалента подогрева Эпод.

Под топливным эквивалентом подогрева нужно понимать от­ношение сэкономленной теплоты топлива к теплоте, внесенной в печь с подогретыми воздухом-окислителем и топливом,

где Э, h_B/h_m—соответственно относительная экономия теплоты топлива и теплоты, внесенной в печь с подогретыми компонента­ми рабочей смеси.

Подставляя (3.25) в (3.26), будем иметь