1.4 Тепловой баланс печей периодического и непрерывного действия

Тепловой баланс составляют (на основе закона со­хранения энергии для установления расхода энергии на технологический процесс в целом или применительно к отдельным его элементам. Тепловой баланс, так же, как и материальный, составляется на единицу исходных материалов, единицу времени или на период времени.

Тепловой баланс может составляться для ЗТП, для рабочего пространства печи, для отдельных элементов печи и теплового обо­рудования и для всего печного агрегата в целом. При составлении теплового баланса необходимо следить за тем, чтобы все входные и выходные величины, используемые в тепловом балансе, брались для границ того объекта, для которого составляется тепловой ба­ланс.

Тепловой баланс печи периодического действия составляют на весь технологический цикл и его размерность обычно выражают как Дж/цикл, а тепловой баланс печи непрерывного действия – на единицу времени, т.е. Вт или кВт.

Тепловой баланс, составляемый на малые промежутки времени (5—10 мин), иногда называют «мгновенным». Назначение «мгновенного» баланса — выяснить динамику расхода энергии на технологический процесс.

Приходные статьи баланса (на единицу времени), Вт или (кВт):

1. химическая энергия топлива или электроэнергия Q_х.т. или Q_э.э. Если В — часовой расход топлива, кг/ч или м³/ч, a — теп­лота его сгорания, то Q_х.т = В ;

2. тепло, вносимое нагретым топливом, Q_cp.т;

3. результирующий тепловой эффект технологических реакций. Если эффект отрицательный, то данная статья переносится в paсходную часть баланса, Q_тexн;

4. тепло, вносимое воздухом (кислородом), вводимым для сжи­гания топлива и для технологических целей, Q_cp.в.;

5. тепло, вносимое нагретыми твердыми и жидкими шихтовым материалами, Q_cp.м.

Расходные статьи баланса (на единицу времени), Вт (кВт):

1. тепло твердых и жидких продуктов технологического процес­са Q_cpп;

2. тепло уходящих газов (химическое и физическое), включая газообразные продукты технологического процесса и подсос воздуха из атмосферы, Q_yх;

3. тепловые потери (в сумме) от механического недожога, через кладку (теплопроводностью и аккумуляцией), излучением через от­верстия, с охлаждающей водой Q_пот.

Суммируя приходные и расходные статьи баланса, приравнивая две этих суммы можно получить уравнение теплового баланса, одинаково справедливое для любого класса и вида печей, причем, естественно, не все статьи в конкретном случае могут иметь место:

Q_х.т+ Q_э.э.+ Q_ср.т.+ Q_техн+ Q_ср.в.+ Q_ср.м.= Q_ср.п.+ Q_ух.+ Q_пог. (1.1)

Для топливных печей в случае, когда в ходе технологического процесса не получается газообразных продуктов, т. е. при условии:

Q_э.э=0; Q_ср.т= В ; Q_ср.в= В Q_ух= В (1.2)

В( + + — )+Q_техн+ Q_ср.м= Q_ср.п+ Q_пот. где Q_ф.т., —соответственно количество тепла едини­цы топлива, воздуха и уходящих газов, кДж/кг (кДж/м³).

Представим уравнение (1.2) в виде

Q_х.т+ Q_э.э.+ Q_ср.т.+ Q_ср.в— Q_ух. — Q_пот.= Q_ср.п. — Q_техн— Q_ср.м. (1.3)

В правой части уравнения (1.3) представлена полезная часть тепловой работы печи, в левой — ее выражение через теплотехниче­ские величины, сравнительно легко измеряемые в практических условиях.

(1.4)

Как известно, качество сжигания топлива при задан­ных условиях характеризуется коэффициентом исполь­зования топлива

(1.5)

Поэтому можно для топливных печей установить связь между и :

(1.6)

из которой следует, что при конструировании печей не­обходимо стремиться к увеличению и к тому, чтобы по своей величине был возможно ближе к , разумеется, при соблюдении заданных технологических параметров.

Если печной агрегат состоит из нескольких энергети­чески связанных объектов, например, печь с рекуперато­рами на отходящих газах, то нужно учитывать следую­щее.

Уравнение для рабочего пространства печи

(1.7)

так как

(1.8)

где — тепло уходящих из агрегата газов,

то

Допустим, что водяные числа (W) продуктов горения и исходных веществ (топливо и воздух) равны. Тог­да, подставив из формул (1.7) в (1.8)и разде­лив на W, получим

(1.9)

или

(1.10)

Поскольку и относительно малы, то теоретическая температура горения на подогретом за счет тепла отходящих газов воздухе зависит от теоретической температуры горения топлива на холодном воздухе и от коэффициента использования топлива в рабочем про­странстве печи. Если этот коэффициент окажется очень высок, то уменьшится и ухудшится теплооб­мен. Поэтому в подобных случаях нужно стремиться к увеличению коэффициента использования топлива не в рабочем пространстве печи, а печного агрегата в целом оказывая влияние на все параметры, от которых зависит величина .