» » Определение расходов топлива и тепловой баланс печи
02.06.2015

Расчетный тепловой баланс, составляемый при проектировании пламенной печи, позволяет найти расход топлива, потребность печи в воздухе, объем продуктов сгорания и пр. Результат, полученный аналитическим путем, должен быть сопоставлен с практическими данными по аналогичным печам, работающим с такой же интенсивностью и на топливе, мало отличающемся по теплотворной способности от принятого в проекте.
Расход топлива В (кг/час или нм3/час) находится из основного уравнения теплового баланса рабочего пространства, отнесенного к одному часу:
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

Подсчет всех величин, входящих в левую, приходную и правую расходную части теплового баланса, не сложен: величину ηтепл берут из диаграммы, относящейся к данному топливу, значение j находят в справочнике или определяют экспериментальным путем, величины удельных потерь кладки (q5, ккал/м2*час) и ξ — из таблиц и т. д.
Применявшаяся ранее форма расчетного теплового баланса в печи в общем случае имела вид
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

Из сопоставления выражений (37) и (38) видно, что первое значительно проще и удобнее, так как
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

И как суммарный тепловой эффект реакции может быть взято из справочника или определено экспериментально; это позволяет избежать ряда подсчетов, для которых к тому же часто нет необходимых данных. Поэтому тепловые балансы пламенных, шахтных и электрических печей проще составлять в соответствии с выражением (37).
Тепловой баланс действующей печи, полученный в результате соответствующего ее испытания, позволяет проанализировать относительные и абсолютные значения отдельных статей баланса и, сопоставив их с этими же статьями теплового баланса других печей, работающих с более высокой удельной производительностью и с меньшим удельным расходом топлива (электроэнергии), наметить пути улучшения конструкции и режима испытанной печи. Вместе с тем очевидно, что экспериментальное сопоставление тепловых балансов дает ценный исходный материал для проектирования новых печей. К сожалению, исследователи ограничиваются иногда лишь составлением теплового баланса и, выполнив самую трудоемкую часть работы, не делают из нее всех возможных выводов.
Тепловой баланс, снятый с натуры, также лучше составлять по формуле (37), с той лишь разницей, что в правой части выражения появляется еще один положительный член — невязка баланса ΔQ, ккал/час. Если величина ΔQ получается относительно большой (например, около 15—20%), то тепловой баланс нельзя считать достоверным и следует найти причину полученной погрешности.
Величина невязки естественно зависит от класса точности тех при боров и аппаратов, посредством которых ведутся наблюдения величин необходимых для составления теплового баланса, т. е. от так называемых систематических ошибок; наряду с этим на точности баланса сказываются случайные ошибки, обусловленные индивидуальными особенностями наблюдателей.
К сожалению, при составлении тепловых балансов, как впрочем и при многих других технических расчетах, не исключают систематических ошибок и не оценивают влияние случайных ошибок. Если взять в отдельности какое-либо одно измерение (например, температуры уходящих газов), то меру точности h данного измерения в соответствии с теорией Гаусса находят из выражения
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

Значения ошибок: вероятной средней и средней квадратичной, обратно пропорциональные мере точности, выражаются соответственно формулами
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

Тепловой баланс печи, снятый с натуры, позволяет предугадать, как изменятся абсолютный В и удельный (b=B/P) расходы топлива, если производительность данной печи Р изменится в ту или иную сторону и печь будет переведена с холодного дутья на горячее или будут введены другие улучшения.
В тепловом балансе любой печи, который может быть упрощенно представлен в виде
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

первый член правой, расходной части, представляющий полезный расход тепла в рабочем пространстве печи, зависит от производительности печи, второй (потеря тепла с отходящими газами) — от расхода топлива, т. е. от объема газов. Третий член (потери тепла наружу) практически почти не зависят ни от производительности, ни от расхода топлива.
Если производительность печи изменить от Р до Р', то и часовой расход топлива изменится от В до В'. Тепловой баланс печи при новом режиме будет иметь вид
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

откуда легко вывести соотношение между новым и старым часовым расходом топлива
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

а также между новым и старым удельными расходами топлива:
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

Из формул (45) и (46) видно, что, например, с увеличением производительности от Р до P' часовой расход топлива изменяется тем меньше, чем больше роль потери q5 и чем меньше роль потери тепла с отходящими газами q2. Поясним сказанное примером. Отражательная печь одного из медеплавильных заводов, отапливаемая мазутом, работала на холодном дутье. Средние показатели ее работы за июнь 1954 г. были таковы; производительность Р=545 т шихты в сутки, расход условного топлива В = 93 mу.т./сутки, удельный расход топлива b=B/P 170,7 кг у. т./m шихты. Тепловой баланс печи, средний за тот же период, имел следующий вид:
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

Если производительность печи поднять на 40%, т. е. довести до 763 т/сутки, то новый суточный расход топлива составит [формула (45)]:
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

т. е. увеличился не на 40, а только на 24%. Соответственно новый удельный расход топлива [формула (46)] будет равен
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

т. е. снизится на 11%.
На рис. 19 изображено подсчитанное таким образом изменение часового и удельного расхода топлива при увеличении или уменьшении производительности данной печи, причем для наглядности принято, что Р=545 т шихты в сутки равно 100%, В = 93 mу.т./сутки = 100% и В = 170,7 кг у.т./mшихты = 100%. Из рис. 19 хорошо видно, как благотворно сказывается на теплотехнических показателях печи форсирование ее работы и как плохо влияет недогрузка. Это справедливо при условии, что 1) форсирование печи не достигает такой степени, когда ухудшаются условия горения топлива в газовом объеме печи и возникает значительный недожог и 2) теплопередача в печи усиливается вместе с возросшим расходом топлива; если это не произойдет, то увеличится температура уходящих газов (а не только их количество). В обоих случаях нарушаются условия, положенные в основу вывода (45) и (46), а поэтому форсирование печи уже не даст ожидаемых результатов.
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

Кривая В рис. 19 при экстраполировании отсекает на оси ординат отрезок, равный 40% В, т. е. 37,2 т у. т./сутки. Это — минимальный расход топлива, необходимый для поддержания печи в рабочем состоянии при нулевой производительности (Р = 0), т. е. так называемый расход топлива при холостом ходе.
Расчетные зависимости, приведенные на рис. 19, хорошо подтверждаются на практике.
Если рассматриваемую печь переводят на горячее дутье с температурой 400° и подсчитанная экономия топлива при этом равняется 22%, то тепловой баланс печи примет иной вид. Соответственно указанной экономии уменьшится потеря с отходящими газами и составит
Определение расходов топлива и тепловой баланс печи

Потери через кладку в абсолютных цифрах останутся теми же, а в процентах составят q5'' = 15,5 (100/100-22) = 20%. Полезно затраченное тепло, т. е. к. п. д. печи, будет равно q1'' = 100,0—47,6—20,0 = 32,4%.