Приходные статьи теплового баланса

Рассмотрим физическую сущность каждой статьи приходной части теплового баланса, представленной слагаемыми записанных уравнений.

1.2.1 Химическая теплота горения топлива

Эта статья соответствует основному источнику тепловой энергии (кВт), обеспечивающему технологическую обработку материалов.

. (1.5).

1.2.2 Теплота, вносимая подогретым воздухом

В приходной части теплового баланса эта статья занимает второе место по значимости. Подогретый воздух в топливных печах может удовлетворить до 40% потребности в теплоте, расходуемой на процесс, и тем самым уменьшить количество теплоты, получаемой за счет сгорания топлива. В конечном итоге благодаря подогреву воздуха удается снизить как общий, так и удельный расходы топлива. Подогрев воздуха осуществляется в теплообменниках-рекуператорах или регенераторах за счет теплоты уходящих из печи газов. Нагретый воздух, используемый для горения топлива, обеспечивает также повышение рабочих температур в печи и интенсификацию процессов теплообмена. Количество теплоты (кВт), определяемое этой статьей баланса, зависит от расхода воздуха на единицу сжигаемого топлива L_n, теплоемкости воздуха с_р, температуры его подогрева t_в:

(1.6).

где В — расход топлива, м³/с;

L_n - фактический расход воздуха, м³/м³;

i_в — энтальпия воздуха, кДж/м³.

Величина L_n подсчитывается при расчете горения топлива.

Энтальпия воздуха i_в определяется по формуле.

где — объемная доля водяных паров, содержащихся в одном кубическом метре влажного воздуха;

t_в — температура подогрева воздуха, °С.

(1.8).

где d_B — влагосодержание, отнесенное к сухому воздуху, г/м³.

1.2.3 Теплота, вносимая подогретым топливом

Определение этой статьи баланса аналогично предыдущей. Теплота топлива — обычно газообразного — позволяет снизить расходы топлива на процесс, поднять температуры в печи. Необходимо заметить, что значимость этой статьи больше для относительно бедных горючих газов и увеличивается с ростом температуры подогрева топлива t_т и его теплоемкости с_т. Численное определение этой статьи производится по формуле.

(1.9).

При нагреве газа до 500 С расчет энтальпии топлива i_т проводится по интерполяционной формуле.

(1.10).

где t_т — температура подогрева топлива, С;

CH₄, C₂H₄… — содержание компонентов во влажном газе, %.

Теплота, вносимая в зону горения твердым и жидким топливом, весьма мала, и ею можно пренебречь.

1.2.4 Теплота, вносимая подогретыми материалами

Учет этой статьи необходим, когда в печь загружаются подогретые или неостывшие материалы. Например, в прокатных цехах при нагреве заготовок последовательно в двух печах. В первой печи материал нагревается до 700−900 °С, а во второй до 1200 °C. При такой схеме металл во вторую печь будет поступать уже нагретым, имея запас теплоты. То же самое наблюдается при прокатке металла с промежуточным подогревом для поддержания температуры металла на необходимом уровне.

Количество теплоты (кВт), которое вносят нагретые материалы в печь, будет определяться их количеством, теплоемкостью и температурой, с которой загружаются материалы.

(1.11).

где Р — производительность печи, кг/с;

• -теплоемкость технологического материала при начальной температуре, кДж/кг*К;
• — начальная температура материала, °С;
• — энтальпия материала в начале нагрева, определяемая по его средней по массе температуре, кДж/кг.
• 1.2.5 Теплота экзотермических реакций

Эту теплоту необходимо учитывать, когда в металле или материале развиваются химические реакции, идущие с выделением теплоты, — экзотермические. К ним относятся, например, реакции окисления железа при его нагреве перед прокаткой, ковкой. Реакция окисления металла протекает с положительным тепловым эффектом 5650 кДж/кг.

кВт, (1.12).

где 5650 — тепловой эффект экзотермической реакции, кДж/кг;

— угар металла, доли;

Р — производительность печи, кг/с.