Тепловой баланс

5. Тепловой баланс печи и его инженерное применение.

Печи служат для сжигания топлива с целью получения тепловой энергии для различных ромышленных и бытовых нужд. Тепловой баланс любой печи можно выразить простым выражением: ∑ Qвх = ∑ Qвых, то есть, сумма входящей в печь тепловой энергии (теплота –Q) равна сумме выходящей из печи тепловой энергии. Если этот баланс не выполняется, тогда печь или погаснет или расплавится. Основным источником притока тепловой энергии в печь служит химический процесс сжигания топлива в кислороде воздуха. Дополнительные источники тепловой энергии для печи служат: тепло входящего воздуха, тепло с топливом и, иногда, тепло воспламенителя. Последний служит для облегчения розжига основного топлива и присутствует не всегда. Основными путями оттока тепла из печи являются: тепло, уходящее с теплоносителем, тепло, уходящее с топочными газами, тепло, уходящее с золой, тепловые потери через стенку печи и пр. Тепловой поток, приходящий или уходящий с веществом зависит от температуры и теплоемкости данного вещества, выражаемой в кДж на моль (килограмм) на градус. То есть, это количество энергии, переносимое одной единицей вещества при изменении ее температуры на один градус.

6. Приходные статьи теплового баланса, их расчет и влияние на расход топлива.

1. Химическая энергия топлива Q_XT или электроэнергия Q_ээ. Если В – расход топлива, кг/с или м³/с, a Q^p_H – теплота его сгорания, то: Q_XT = В* Q^p_H 2. Тепло, вносимое нагретым топливом, Q_ФT. 3. Результирующий тепловой эффект химических реакций, протекающих при технологическом процессе, Q_ТЕХН. Если эффект отрицательный, то данная статья переносится в расходную часть баланса. 4. Тепло, вносимое воздухом, вводимым для сжигания топлива для технологических целей, Q_ФВ, в.
5. Тепло, вносимое нагретыми твердыми и жидкими шихтовыми материалами, Q_ФМ. Тепловой баланс рассчитывается с целью определения количества топлива для горения в топливных печах имощности печи в электрических печах.Приходная часть теплового баланса топливныхнагревательных и термических печей включает четыре статьи: - тепло от сжигания газообразного, жидкого или твёрдого топлива; - физическое тепло, вносимое воздухом, подогретым в рекуператорах и регенераторах; - физическое тепло, вносимое топливом, подогретым в рекуператорах и регенераторах; - тепло экзотермических реакций, кроме реакций горения топлива, определяемых суммированием положительных тепловых эффектов реакций в результате окисления поверхностных слоёв нагреваемого металла. Расходные статьи теплового баланса включают: – полезное тепло для нагрева заготовок; – тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания; – тепло от химической неполноты сгорания топлива; – тепло, уносимое водой; – тепло, идущее на нагрев металлических приспособлений для крепления, укладки и транспортировки заготовок в печи; – тепло, аккумулированное кладкой; –тепло на нагрев защитного газа; – неучтённые потери.

7. Расходные статьи теплового баланса. Расчет Δ Q₁ и ее влияние на расход топлива.

Полезное тепло, необходимое для нагревания и плавления материалов (кДж/ч). Если материалы поступают в печь холодными, то Q₁ = Gc_М T_м.к. если подогретыми, то Q₁ = G(c_М T – с_М’ Т_м.н.), где G - количество материала, кг/ч; Тм.к - конечная температура нагрева металла, °С; Тм.н - начальная температура металла, °С; с_М - средняя удельная теплоемкость металла в интервале температур от нуля до Тм.к, кДж/(кг К); с_М’ - средняя удельная теплоемкость металла в интервале температур от нуля до Тм.к, кДж/(кг К). Для плавильных печей учитывают скрытую теплоту плавления материалов.

8. Расходные статьи теплового баланса. Расчет статьи Q_5т.

Расходные статьи теплового баланса:

- теплосодержание выходящих материальных потоков;

- теплосодержание выходящих теплоносителей;

- тепловые потери.

Целью расчета является определение тепловой нагрузки аппарата, поверхности теплообмена и расходов теплоносителей.

В аппаратах периодического действия расчет надо вести для каждой операции рабочего цикла, учитывая теплоту, расходуемую на нагрев и охлаждение самого аппарата.

9. Показатели работы печи, определяемые из теплового баланса. Расчет статьи Q_в и влияние ее на расход топлива.

Качество работы печи, совершенство ее конструкции как теплового агрегата характеризуется коэффициентом полезного теплоиспользования (к.п.т.) и коэффициентом использования топлива (к. и. т.). К. п. т. может быть выражен в следующей форме:

(1.2) где В - часовой расход топлива, м3/(кг • ч); QT - химическое тепло топлива, кДж/ч, Qф - физическое тепло топлива и воздуха, отнесенное к единице количества топлива, кДж/м3, кДж/кг; Qух - тепло уходящих газов, отнесенное к единице количества топлива, кДж/м3, кДж/кг; Qпот - тепловые потери, кДж/ч.Из этого выражения можно получить

. Если Qф = 0, т. е. в печь поступает только тепло топлива, то коэффициент полезного теплоиспользования (к. п. т.) превращается в коэффициент полезного топливо использования. Естественно, что чем выше значение к. п. т. (аналогичного коэффициенту полезного действия для разного рода агрегатов), тем лучше в тепловом отношении работает печь. Из выражения (1.3) следует, что увеличение подогрева топлива и воздуха, а также снижение температуры уходящих дымовых газов (поскольку Qух = V ух c ух Т ух) тепловых потерь способствуют повышению к. п. т. печи. Тепловые потери в печах в значительной степени зависят от факторов, связанных с конструкцией печи, поэтому, чтобы характеризовать только топливо и условия его сжигания, применяют коэффициент использования топлива (к. и. т.) в следующем виде:

Сопоставляя выражения (1.2) и (1.4), можно видеть, что к. п. т. всегда меньше к.и.т., поэтому при проектировании и эксплуатации печей следует стремиться к тому, чтобы к. п. т. по своей величине максимально приближался к к.и.т., для чего необходимо добиваться снижения тепловых потерь.