Теплотехнические характеристики работы печей

Работа каждой печи характеризуется рядом показателей, наи­более важными из которых являются температурный и тепловой режим, коэффициент полезного теплоиспользования и произво­дительность.

Температурный режим. Температура печи - важный теплотехнический показатель работы печи, хотя термин «температура печи» имеет несколько условный характер. Дело в том, что в топливных печах в состоянии взаимного теплообмена находятся пламя (раскаленные газы), металл, кладка, температура которых различная. Причем темпе­ратура всей печи не может определяться ни одним из этих значе­ний температуры, а представляет собой какую-то осредненную величину, применительно к которой обычно и применяют термин «температура печи».

Температура зависит от ряда факторов, важнейшие из кото­рых - температура горения топлива и характер потребления тепла (включая тепловые потери), свойственные данной конструк­ции печи. Иногда для ориентировочного определения пользуются весьма приближенным соотношением

t_д = η·t_к

где t_д - действительная температура печи;

t_к - калориметрическая температура горения топлива;

η -пирометрический коэффициент, зависящий от конструк­ции печи и меняющийся обычно в пределах 0,65—0,80.

Температура печи зависит прежде всего от ее назначения, в зависимости от этого изменяется допустимая разность между температурой печи и температурой нагрева металла. Эта разность определяется в основном соображениями равномерности нагрева металла и составляет для нагревательных прокатных и кузнеч­ных печей 150-300 и для термических печей 50-70° С. Понятно, что температура может изменяться во времени и по объему печи.

Изменение температуры печи во времени называется темпе­ратурным режимом печи. Обычно его представляют соответству­ющим графиком t = f (τ). Печи, температура которых не меняется со временем, называются печами постоянного действия (например, методические печи), с переменной во времени температурой - печами периодического действия (печи с выкатным подом). Изме­нение температуры по объему и длине печи также может иметь различный характер. Нагревательные печи, в которых темпера­тура по всему объему приблизительно одинакова, называют ка­мерными. Печи с изменяющейся по длине температурой назы­ваются методическими.

Тепловой режим. Работа печи в значительной мере определяется тем, какое количество тепла поступает в нее. Количество тепла, которое отдают в печь в каждый данный момент времени, называется тепловой нагрузкой. То наибольшее количество тепла, которое печь может нормально (без недожога топлива в рабочем простран­стве) усвоить, называется тепловой мощностью.

Тепловой режим печи представляет собой изменение тепловой нагрузки во времени и может быть представлен графиком зависи­мости тепловой нагрузки от времени. Тепловой режим теснейшим образом связан с температурным режимом. Печи периодического действия, работающие с переменной во времени температурой, имеют переменную во времени тепловую нагрузку, тогда как печи постоянного действия работают при неизменной тепловой нагрузке.

Качество работы печи, ее совершенство как теплового агрегата характеризуется коэффициентом полезного теплоиспользования (кпт) и коэффициентом использования тепла (кит).

В общем виде к. п. т. определяют следующим образом:

Учитывая,что

к.п.т. может быть выражен также в следующей форме:

, (1)

где В - часовой расход топлива, м³/(кг ч);

- химическое тепло топлива, кДж/ч; =В

- тепло соответственно металла и шлака, кДж/ч;

- тепло эндотермических и экзотермических (кроме

горения топлива) реакций, кДж/ч;

- физическое тепло топлива и воздуха, отне­сенное к еди –

це количества топлива, кДж/м³, кДж/кг;

- тепло уходящих газов, отнесенное к единице количества

топлива, кДж/м³; кДж/кг;

- тепловые потери, кДж/кг.

Для электрических печей можно написать равенство

= 860Р,

где Р - мощность печи, кВт.

Из выражения (1) легко получить

(2)

Если = 0, т. е. в печь поступает только тепло топлива, то коэффициент полезного теплоиспользования (к. п. т.) превра­щается в коэффициент полезного топливоиспользования.

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 (2) следует, что увеличение подогрева топлива и воздуха, а также снижение температуры уходящих дымовых газов (по­скольку ) и тепловых потерь благоприятно влияет на печи.

Тепловые потери в печах в большей мере зависят от факторов, связанных с конструкцией печи, поэтому, чтобы характеризовать только топливо и условия его сжигания, применяют

кит.

Сопоставляя выражения (1) и (3), можно видеть, что кпт всегда меньше кит, поэтому при проектировании и эксплуатации печей следует стремиться к тому, чтобы к. п. т. по своей величине максимально приближались к кит, для чего необходимо добиваться снижения тепловых потерь.

Производительность печей - важнейший показатель их ра­боты, так как именно в производительности, как в фокусе, схо­дятся все положительные и отрицательные стороны конструкции и тепловой работы печи. В плавильных печах производительность сильно зависит от характера проплавляемой шихты, в нагрева­тельных печах — от начальной температуры металла. Как в том, так и в другом случаях на производительность большое влияние оказывает температура в рабочем пространстве печи и темпера­тура отходящих дымовых газов, а также интенсивность и характер теплопередачи от печи к нагреваемому (проплавляемому) мате­риалу. Все это свидетельствует о том, что производительность зависит от очень многих технологических, теплотехнических и конструктивных факторов, поэтому производительность печей различного вида рассматриваться опи­сании конкретных конструкций.

Обычно различают общую и удельную производительность. Общая производительность характеризует размеры, масштабы агрегата и измеряется в т/ч, или т/сутки. Удельная производи­тельность, выражаемая в кг/(м²-ч), или т/(м²-ч), характеризует интенсивность работы печи и служит для оценки качества работы и сравнения печей. Удельную производительность часто называют напряженностью пода печи. Различают напряженность активного пода и напряженность габаритного пода. В первом случае производительность отнесена только к площади пода, занятой металлом, во втором - ко всей площади пода печи.