Енергетичний баланс електротермічних установок

Загальні положення

Енергетичний баланс печі є основою для теплового розрахунку установки та оцінки ефективності її роботи. Рівняння енергетичного балансу відтворює рівновагу приходу тепла W _пр у простір печі і його витрати W _витр:

W _пр = W _витр

Джерела тепла у робочому просторі печі:

· електрична енергія, що перетворюється у тепло,

· енергія екзотермічних (з виділенням тепла) реакцій, що проходять у матеріалах у процесі нагрівання,

· енергія додаткових джерел тепла.

Спожита з мережі електрична енергія витрачається на:

· нагрівання садки та здійснення у ній усіх необхідних фізико-хімічних перетворень – корисна енергія – W _кор,

· нагрівання допоміжних засобів, з якими садка завантажується у піч (тара, транспортні засоби, тиглі, коробки тощо) – W _доп,

· нагрівання футерування (стін, склепіння, подини, дверей тощо) – W _ак,

· покриття втрат тепла через стіни, отвори, теплові короткі замикання, з охолоджувальною водою, змінною атмосферою
тощо – W _втр,

· покриття втрат у електричних колах системи електропостачання печі – W _ел.втр.

Таким чином формула складових витрат енергії набуває такого вигляду:

W _витр = W _кор + W _доп + W _ак + W _втр + W _ел.втр

Складова витрат W _ак, яка визначає кількість акумульованої енергії обладнанням та стінами печі більше характерна для печей періодичної дії, у яких названі елементи періодично розігріваються і охолоджуються.

Коефіцієнт корисної дії печі

, %

Питомі витрати енергії на технологічний процес у печі

,

де: G – маса корисного завантаження (садки) печі.

Кількість енергії, що споживається з мережі, а також встановлена потужність печі залежать від температурного режиму термооброблення, або циклу роботи печі. На рис. 3.1. наведені характерні цикли роботи печей.

У циклі роботи печей розглядають час циклу τ _ц, який у загальному випадку складається з

· часу розігрівання – τ _роз,

· часу витримування при сталій робочій температурі – τ _витр,

· часу охолодження у просторі печі – τ _ох,

· часу виробничої паузи – τ _п.

 

Рис. 3.1. Характерні цикли роботи печей: а – нагрівання без витримування; б – нагрівання з витримуванням; в – нагрівання з витримуванням і охолодженням у печі

Цикл термічного оброблення садки задається технологічними умовами:

· розігрівання без витримки – для вирівнювання температури металевих виробів з високим коефіцієнтом теплопровідності,

· розігрівання з витримуванням – для вирівнювання температури в об’ємі садки, отримання необхідних перетворень у матеріалі (гартування, відпуск, нормалізація, перед штампуванням, куванням тощо),

· розігрівання з витримуванням і охолодженням у просторі печі – відпал металів, кераміки, спікання металокерамічних виробів, отримання кристалів тощо.

У процесі термічного оброблення найбільша кількість енергії вноситься у завантажену піч протягом часу розігрівання – τ _роз. Від тривалості τ _роз залежить установлена електрична потужність печі (трансформатора, нагрівника):

де: k – коефіцієнт запасу потужності, значення якого приймається у межах:

- k =1.2÷1.4 – для печей потужністю понад 300 кВт,

- k =1.25÷1.5 – для печей потужністю від 100 до 300 кВт,

- k =1.3÷1.6 – для печей потужністю до 100 кВт.