Теплотехника

Бурханова Наталья

Представим себе печь как сочетание зон технологического процесса ЗТП и генерации тепла ЗГТ, огражденных от окружающей среды кладкой (футеровкой) К. В зоне технологического процесса сосредоточен материал М. Согласно первому закону термодинамики может быть записано следующее уравнение:

Q_эK.И.Э =Q_M + Q_k

где Q_э – введенная мощность, Вт/кг;

_K.И.Э – коэффициент использования энергии в пределах рабочего пространства печи;

Q_M, Q_k –

соответственно мощность, усвоенная материалом М и кладкой К, Вт/кг.

Все величины в уравнении (1) отнесены к 1 кг массы материала М.

Коэффициент использования энергии _K.И.Э зависит прежде всего от вида энергии. Так, электрическая энергия может полностью превращаться в тепло, усвоенное материалом (полезное) и кладкой, поэтому _K.И.Э = 1. При использовании в печах химической энергии топлива коэффициент использования энергии _K.И.Э всегда меньше единицы. В топливных печах этот коэффициент называют коэффициентом использования тепла _K.И.Т Коэффициент характеризует важнейшее понятие о работоспособности энергии в конкретных условиях. В общем виде значение Ькиэ может быть записано следующим образом:

_K.И.Э = (Q_э – Q'_э)/Q_э =1 – Q'_э/Q_э,

где Q3– мощность, которая в виде химического и физического тепла газовой фазы уходит за пределы рабочего пространства печи, Вт/кг.

Величина _K.И.Э определяется, с одной стороны, полнотой сжигания топлива при данном коэффициенте расхода кислорода, т. е. быстротой смешиваний топлива и кислорода, и, значит, совершенством процессов мас-сообмена. С другой стороны, величина _K.И.Э зависит от температуры уходящих из печи газов, т. е. от совершенства процессов теплообмена.

Работоспособность тепла и химической энергии зависит от заданных условий протекания технологического процесса и организации процессов тепло– и массопереноса и поэтому представляет собой величину, значение которой не может быть найдено с помощью термодинамики обратимых процессов, так как связано с кинетикой тепло– и массообмена.

9. Температурный и тепловой режимы

Внутренняя энергия системы слагается из кинетической и потенциальной энергий. Кинетическая энергия – энергия беспорядочного движения атомов и молекул, потенциальная энергия – энергия их взаимного притяжения и отталкивания.

В соответствии с кинетической теорией газов (закон Максвелла-Больцмана) термодинамическое понятие равновесной температуры для идеального газа может быть расшифровано с помощью уравнения:

T = 2NE_n /3R = Nmw_n² / 3R,

где Е_п – энергия nчастиц с массой m в узком диапазоне значений их скоростей;

N –

число Авогадро;

R– газовая постоянная.

Эффективная температура представляет собой некоторую условную (приведенную) температуру греющей части печи, при которой обеспечивается такая же плотность теплового потока излучения на поверхность нагрева только от греющей части печи, какая в действительности имеется в рассматриваемой печи.

Действительные температуры пламени (нагревателя) и внутренней поверхности футеровки зависят от температуры поверхности нагрева и теплогенерации и в общем случае, кроме того, от месторасположения в печи и от времени. Изменение этих величин по длине печи и во времени Т = f (l, t) характеризует температурный режим печи.

Величина теплогенерации, выражаемая в ваттах, называется тепловой мощностью Q_Т.М.. При стационарном режиме тепловая мощность является величиной постоянной, не зависящей от времени (Q_Т.М. = const). При нестационарном режиме Q_Т.М. = f (t). Отношение максимальной тепловой мощности к средней мощности иногда называют коэффициентом форсирования:

_ф= (Q_Т.М.)_max/(Q_Т.М.)_cp

Если через Dt обозначить длительность технологической операции:

(Q_Т.М.)_ср = Q/ t.

Сочетания температурного и теплового режимов.

1. Практически постоянные во времени температурный и тепловой режимы

(T_n(t) = const; Q_Т.М.(r) = const).

2. Переменный температурный и постоянный во времени тепловой режимы

(T_n(t) = const; Q_Т.М.(t) = const).

3. Переменные во времени температурный и тепловой режимы

(T_n(t) = const; Q_Т.М. (t) = const), например нагревательные колодцы для слитков.

4. Постоянный во времени температурный и переменный тепловой режимы

(T_n(t) = const; Q_Т.М. (t) = const).

10. Тепловой баланс. Приходные статьи баланса

Тепловой баланс, составляемый на малые промежутки времени, иногда называют мгновенным. Назначение мгновенного баланса – выяснение динамики расхода энергии на технологический процесс, если процесс происходит в нестационарных тепловых условиях (печи периодического действия).

Для печей периодического действия составление тепловых балансов отличается тем, что у них все статьи теплового баланса изменяются во времени (у печей непрерывного действия постоянны во времени), поэтому при составлении баланса за какой-то отрезок времени приходится брать средние значения за указанный период. Второй особенностью является наличие в статье потерь тепла составляющей на аккумуляцию тепла кладкой Qakk, которая может иметь различный знак: положительный – при увеличении температуры в печи и отрицательный – при ее уменьшении в ходе технологического процесса.