Статьи расходной части теплового баланса

1. Полезно используемое тепло, расходуемое на нагрев и плавление материалов:

- на нагрев материала

- удельная теплоемкость выгружаемого материала, (кДж/кг∙К);

- температура выгружаемого материала (ºС);

- на нагрев и плавление

- скрытая теплота плавления материала, (кДж/кг).

В обжиговых, сушильных и плавильных печах значительное количество тепла может расходоваться на испарение влаги, и в этом случае запишем:

W – количество испаряемой из материала влаги (кг/с, кг/ч);

r – скрытая теплота парообразования (кДж/кг).

2. Тепло, теряемое с уходящими газами - .

- действительный объем продуктов сгорания, получаемый при сжигании 1 м³ или 1 кг топлива с учетом присоса воздуха по тракту.

- удельная теплоемкость отходящих из печи газов, (кДж/кг∙ºС);

- температура отходящих из печи продуктов сгорания, (ºС).

Если печь работает под небольшим избыточным давлением, часть газов, с высокой температурой, выбивается через окна и неплотности обмуровки. Если для данной печи задан процент потерь с выбиваемыми газами, то необходимо корректировать объем газов с учетом этих потерь.

3. Потери тепла с выбиваемыми газами для печей, работающих под избыточным давлением - , трудно поддаются расчету через неопределенность в определении живого сечения, через которое проходят газы. В процессе эксплуатации величина этих потерь увеличивается и может достигать 5% прихода тепла с топливом. Как правило, задаются средним показателем потерь с выбиваемыми газами 2% и тогда

Для печей работающих под разрежением эти потери можно не учитывать.

4. Потери тепла с охлаждающей водой - , в некоторых печах достигают значительных величин, до 15% всего прихода тепла. В процессе эксплуатации, потери с охлаждающей водой, значительно возрастают, в связи с разрушением элементов тепловой изоляции водоохлаждаемых поверхностей. Если известны поверхность теплообмена и условия теплообмена, то величину потерь с охлаждающей водой можно определить по уравнению теплопередачи для плоской или цилиндрической стенки

или по уравнению теплового баланса

- коэффициент теплопередачи, (Вт/(м²К));

- средняя температура печи (отдельной камеры печи), (ºС);

- средняя температура воды в водоохлаждаемых элементах

G_в – массовый расход воды через водоохлаждаемый элемент;

С_в – удельная массовая теплоемкость воды;

t^”_в – температура воды на выходе из элемента;

t’_в – температура воды на входе в элемент.

Чтобы предотвратить отложение солей со стороны воды, температуру технической воды на выходе из системы охлаждения принимают не выше 55 ºС;

- поверхность водоохлаждаемых элементов, м².

В ряде случаев условия теплообмена, температура сред и качество изоляции на водоохлаждаемых элементах существенно отличаются, тогда расчет проводят для каждого элемента, а результат суммируют.

5. Потери тепла от химического недожега - , оценивают по содержанию в продуктах сгорания СО и Н₂. Практика показывает, что на 1% СО приходится около 0,5% Н₂ с теплотворной способностью смеси кДж/м³. Для печей непрерывного действия, камерного сжигания газообразного топлива и рекуперативным подогревом воздуха, потери от химического недожега невелики. При регенеративном подогреве воздуха и топлива, а также в печах периодического действия эти потери выше, т.к. требуется время на стабилизацию процесса горения при каждом переключении регенератора с режима дутья на режим нагрева насадки и наоборот. Как правило, для каждого типа печи и режима ее работы, задается доля потерь от химического недожега:

,

а – доля СО в уходящих газах.

Как правило, в камерных печах эти потери не превышают 1,5% всего тепла, расходуемого печью.

6. Потери тепла от механического недожега - могут колебаться в широких пределах и оцениваются по количеству не сгоревших компонентов или частиц топлива в продуктах сгорания или золе.

При сжигании твердого топлива . При сжигании газообразного топлива без регенерации (при камерном сжигании можно не учитывать), с регенерацией топлива до 3%, что связано с увеличением утечек газа по тракту системы регенерации и реверсированием потоков воздуха и газа.

7. Потери тепла в окружающую среду:

- через кладку - , определяются по уравнению теплопередачи для каждой поверхности раздельно, а затем суммируются:

где , , - потери через боковые поверхности печей , свод и под соответственно, определяются по уравнению для , ;

К – коэффициент теплопередачи ;

- температура печи, (ºС);

- температура окружающей среды, (ºС);

- поверхность теплообмена, (м²);

При наличии в печи нескольких камер (зон), которые отличаются температурным уровнем и условиями теплообмена, расчет необходимо вести для каждой камеры (зоны) раздельно.

- Потери тепла в окружающую среду излучением через открытые окна определяется по уравнению

, (кВт)

где С_о– коэффициент излучения абсолютно черного тела равный

5,67 ;

- средняя абсолютная температура печи (зоны печи), К;

- площадь открытого окна, м²;

- коэффициент диафрагмирования, зависящий от размеров окна и толщины кладки (прил._);

- доля времени, в течении которого окно открыто. Для открытых постоянно окон =1.

8. Затраты тепла на аккумуляцию его кладкой

- объем кладки, м³;

- плотность кладки, кг/м³;

- средняя удельная теплоемкость кладки, в интервале температур (кДж/кг∙ºС);

- конечная средняя температура кладки;

- начальная средняя температура клаки;

Если кладка печи остывает не равномерно (по зонам), то расчет необходимо вести для каждой зоны отдельно.

Этот вид потерь необходимо учитывать в печах периодического действия, где существенно изменяется температура кладки в режимах нагрев-остывание.

Тепловой баланс таких печей составляется на один цикл их работы, а не на единицу времени.

9. Потери тепла со шлаками (окалиной) -

где - расход шлака или окалины, (кг/ч, кг/с);

- удельная теплоемкость шлака (окалины) при температуре t_шл.;

- температура шлака (окалины) удаляемого из печи.

Если из печи удаляется шлак (окалина) в виде расплава, то необходимо учитывать скрытую теплоту его плавления, и тогда:

, - удельная теплоемкость расплава и его температура;

- скрытая теплота плавления , (кДж/кг).

10. Потери от эндотермического эффекта реакций в основном характерны для плавильных и обжиговых печей и зависят от типа химических реакций и массы реагирующих компонентов. Для нагревательных печей реакции с поглощением тепла проходят в период диссоциации газообразного топлива и продуктов сгорания. Величина этих потерь, как правило, задается до 2% от Q_x.т ,для плавильных и обжиговых печей может достигать 50% и более.

11. Потери тепла на нагрев тары и транспортных средств - , (кДж/ч)

где - - масса тары, тележки (кг/час);

- удельная теплоемкость нагретой тары, (кДж/кгºС);

- температура выгружаемой из печи тары, (ºС);

- удельная теплоемкость загружаемой тары, (кДж/кгºС);

- температура загружаемой тары, (ºС);

12. Неучтенные потери Q_н.у.. Как правило, или задаются в зависимости от ряда статей расхода тепла

, (кДж/ч; кВт).

Просуммировав отдельно приходные и расходные статьи теплового баланса , получим уравнение с одним неизвестным, которым является расход топлива В . Зная расход топлива В, можно окончательно определить все статьи приходной и расходной части теплового баланса.

Для сравнения качества работы однотипных печей пользуются удельными показателями расхода тепла и топлива.

- удельный расход топлива, (кДж/кг);

- общая тепловая мощность печи, (МВт);

- секундный расход материала, (кг/с);

- удельный расход топлива, (кг/кг, м³/кг);

В – секундный расход топлива, (кг/с, м³/с);

Для сравнения показателей работы печей работающих на разном топливе вводят сравнительные показатели, пересчитанные на условное топливо

- теплотворная способность используемого топлива, (кДж/кг, кДж/м³);

29330 – принятая теплотворная способность условного топлива.