Расход теплоты на единицу продукции

Сущность энергосберегающих мероприятий при эксплуатации печей состоит в сокращении расхода энергии на единицу продукции, который мы называем удельным расходом энергии "b". Чтобы вычислить "b" в печи непрерывного действия, нужно М_общ разделить на производительность

b , Дж/кг. (8.1)

Для печей циклического действия

, поскольку ,

где Е ‑ садка печи, т.е. масса металла находящегося на подине печи; Q_общ ‑ количество энергии, затраченное на тепловую обработку садки печи; ‑ средняя тепловая мощность печи за время тепловой обработки садки; t ‑ время тепловой обработки садки (время полного цикла обработки садки).

Нам известно, что

,

поэтому

. (8.2)

Полученная формула дает возможность проанализировать пути уменьшения удельного расхода энергии. Для печей циклического действия формула для "b" запишется аналогично (8.2)

,

где ‑ КИТ, усредненный за время тепловой обработки садки; , , – усредненные значения удельной энтальпии подогретого воздуха, топлива и уходящих газов за время тепловой обработки садки; ‑ тепловая мощность холостого хода печи, усредненная за время тепловой обработки садки.

Формула (8.2) показывает, что удельный расход энергии состоит из двух слагаемых, которые представляют собой "прямые расходы энергии" на технологический процесс и "накладные расходы" на содержание печи в рабочем состоянии. Первое слагаемое выражает прямой расход энергии. Он не зависит от производительности печи и всецело определяется тепловым дефицитом: чем меньше тепловой дефицит, тем меньше энергии требуется на нагрев материалов. Возможности уменьшения Di весьма велики: использование жидкого чугуна при выплавке стали, горячий посад слитков, литейно-прокатные комплексы, "транзитная" прокатка, обогащение руд для получения металла, уменьшение количества шлака, предварительный обжиг флюсов.

Второе слагаемое – "накладные расходы энергии" –– зависит от производительности печи. Во время простоя печи, когда Р = 0, а М_хх ¹ 0, удельный расход энергии стремится к бесконечности. Чем больше производительность печи, тем меньше "накладные расходы", если рост Р достигается уменьшением простоев печи на холостом ходу. Если же рост производительности происходит за счет увеличения общей тепловой мощности, то удельный расход топлива сокращается до тех пор, пока в дроби b производительность (знаменатель) растет быстрее, чем мощность (числитель).

Однако с ростом М_общ рост производительности постепенно затухает (см. рис. 8.1), так как с повышением мощности увеличивается температура печных газов и, следовательно, возрастают потери М_прп, которые пропорциональны температуре печных газов и уменьшается h_кит. Это значит, что при некоторой критической (оптимальной) производительности рост мощности холостого хода превышает прирост производительности печи и происходит увеличение удельного расхода энергии. Чтобы минимизировать "b", нужно эксплуатировать печь при оптимальной производительности и соответствующей оптимальной тепловой мощности.

Рис. 8.1 – Зависимость производительности печи от ее тепловой мощности

Формула (8.2) показывает также, что сокращение М_прп и повышение h_кит однозначно приводят к снижению удельного расхода энергии. Снижение потерь теплоты в рабочем пространстве достигается путем изготовления тепловой изоляции из современных волокнистых изделий. Поверхности водоохлаждаемых балок и труб изолируются легкими волокнистыми муллитокремнеземистыми изделиями с оболочкой из огнеупорного бетона.

Особенно эффективно применение шамотных волокнистых плит для футеровки термических печей циклического действия, так как при регулярно повторяющемся разогреве печи в начале каждого цикла уменьшаются потери теплоты, которую поглощает (аккумулирует) футеровка. Так, замена шамотной футеровки на волокнистую в закалочной печи с выкатным подом площадью 14 м² уменьшает расход природного газа, которым отапливается эта печь, на 43%.

В топливных печах существенную экономию энергии можно получить путем повышения коэффициента использования теплоты КИТ.