Тепловой баланс печи непрерывного действия

Печи непрерывного действия – это печи, в которых температурный и тепловой режим во времени не изменяются.

Баланс выражается уравнением, связывающим приход и расход теплоты в единицу времени

М_прих = М_расх [Вт]. (5.1)

Рис. 3.1 – Тепловой баланс камеры для нагрева материала

Баланс можно составлять для зон горения топлива, для рабочего пространства печи (зоны горения + зоны утилизации теплоты) и для печи в целом, включая внешние теплообменные устройства. Наилучшим образом характеризует тепловую работу печи баланс рабочего пространства (рис. 3.1), который будет рассмотрен ниже. Для простоты в тепловом балансе будем считать нагрев металла и опустим слагаемые, связанные с окислением металла.

Приход теплоты чаще всего состоит из следующих частей:

- химическая теплота, выделяемая при сжигании топлива в единицу времени и называемая общей тепловой мощностью печи

М_общ = В× , (5.2а)

где В – расход топлива [м³/с]; – низшая теплота сгорания топлива [Дж/м³];

- теплота, вносимая подогретым воздухом

М_ф.в = В× L_n× i_в= В× Q_ф.в, (5.2б)

где i_в – удельная энтальпия подогретого воздуха [Дж/м³]; L_n – действительный расход воздуха на 1 м³ топлива [м³/м³]; Q_ф.в = L_n× i_в – удельная физическая теплота подогретого воздуха;

- теплота, вносимая подогретым топливом

М_ф.т = В× i_т; (5.2в)

где i_т – удельная энтальпия подогретого топлива [Дж/м³]. Часто эту величину называют удельной физической теплотой топлива и обозначают Q_ф.т = i_т;

Расход теплоты состоит из следующих частей:

- теплота, воспринятая нагреваемым металлом и называемая усвоенной тепловой мощностью

, (5.3а)

где Р – производительность печи [кг/с]; – изменение удельной энтальпии металла в процессе нагрева, называемое тепловым дефицитом [Дж/кг]. Таким образом, тепловой дефицит – это количество теплоты, которое нужно сообщить исходным материалам в расчете на 1 кг конечного продукта;

- потери теплоты с уходящими продуктами горения

М_ух = В× V_д× i_ух, (5.3б)

где i_ух – удельная энтальпия дымовых газов на выходе из рабочего пространства печи [Дж/м³]; V_д – объем дымовых газов, образующихся от сжигания 1 м³ топлива [м³/м³]; Q_ф.ух = V_д× i_ух – удельная физическая теплота уходящих из печи газов [Дж/м³];

- потери теплоты от химической неполноты горения топлива

М_х.н = В× Q_х.н, (5.3в)

где Q_х.н = V_д× ()× 0, 01 – удельная теплота недожога топлива в печи [Дж/м³]; и [%] – процентное содержание СО и Н₂ в продуктах неполного горения; и – низшая теплота сгорания СО и Н₂ [Дж/м³];

- потери теплоты из рабочего пространства печи – М_прп, включающие в себя: а) потери теплоты теплопроводностью через кладку; б) потери теплоты излучением через открытые окна и щели; в) потери теплоты с охлаждающей водой на охлаждение внутрипечных металлических элементов; г) потери на нагрев транспортных утройств; д) потери с выбиванием дыма через неплотности кладки; е) потери с механическим недожогом топлива, потери при диссоциации СО₂ и Н₂О; ж) потери на нагрев подсасываемого в печь холодного воздуха и др. Эти потери (М_прп) принято называть мощностью тепловых потерь рабочего пространства печи;

Таким образом, уравнение теплового баланса можно представить в следующем виде:

М_общ + М_ф.в + М_ф.т = М_усв + М_прп + М_ух + М_х.н. (5.4)