Г л а в а 10. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВА В ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧАХ
Вопросы эффективного сжигания топлива имеют исключительно важное значение при рассмотрении переменного режима работы печи, а также выполнении нормирования тепловой энергии на на грев металла при переводе печи на другое топливо. Эти вопросы должны быть положены в основу сопоставления вариантов, касаю щихся выбора сорта топлива.
10.1. КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВА
Уравнение теплового баланса зоны или печи в целом с некото рыми допущениями может быть записано в следующем виде:
Q HP+ Q B+ Q T+ Q 3K3= Q I+ S Qi ккал/нм3 (Мдж/нм3), |
( 10.1) |
где QBи QT — соответственно количество теплоты, вносимое в рабо |
чее пространство с подогретыми воздухом |
и |
топли |
вом, ккал/нм3 (Мдж/нм3); |
|
|
Q3кз — теплота, выделяющаяся при окислении |
металла, |
ккал/нм3 (Мдж/нм3); |
|
|
Е Q i — сум м а теплопотерь: |
|
|
Q2— физическое тепло продуктов сгорания, покидающих рабочее пространство печи;
Q3— потеря тепла от химической неполноты горения;
Q5 — потеря тепла через кладку, с охлаждающей водой и излучением через окна посада и выгрузки;
Qe — тепло, аккумулированное кладкой печи, ккал/нм3 (Мдж/нм3) .
Компоненты уравнения (10.1) имеют размерность, отнесенную к 1 нм3топлива. Если это уравнение почленно умножить на часовой расход топлива, то его составляющие будут выражены в ккал/ч (вт). Следует сказать, что при выполнении теплового баланса чаще используется размерность ккал/ч (вт).
Подставляя в выражение (10.1) значение 2 Qi и произведя перегруппировку его членов, записываем
Q H P + Q B + Q T — Q2— Qз = (Qi— <3экз) + (Qs+Qe). |
( 1 0 - 2 ) |
Принимая во внимание, что
|
|
|
4(5) |
|
|
|
4(5) |
|
|
4(5) |
|
4(5) |
Уі |
Quv=im JEj Vf, |
QB—Ів JEJ |
Уі\ QT= W JEJ Уу |
Q S = ь /EJ |
|
|
|
i — t |
|
|
|
г—I |
|
|
і= 1 |
|
г—1 |
|
|
|
|
4(5) |
|
|
|
|
|
* і |
— |
|
' t "• |
|
|
Q3—із |
Уг (где Іт — JEJ с'рг.ухЪ |
|
|
|
г, |
— |
|
сР п^в , |
|
|
|
|
г=і |
|
|
|
|
|
|
2 Уі |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
і’т — |
ѵ |
1 |
|
С р^т"; |
І2— с'р r.yxU.yx', |
h— (^J с'рT.yxtm)Я3^, |
т/ |
|
|
|
2 |
Ѵі ~ |
'"т |
|
|
|
|
|
|
|
|
будем иметь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(і7п“Мв~Мт) |
4(5) |
|
|
4(5) |
Уі— (Qi |
Qai«) + |
|
|
|
JEJ Уі— (І2“Н'з) |
/ £ |
|
|
|
|
|
|
|
і=і |
|
|
і=і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч- (Qs-f-Qe) ккал/нм3 (Мдж/нм3) . |
|
(10.3) |
Если для подогрева компонентов рабочей смеси в подогрева |
телях |
сжигается |
|
некоторое количество |
топлива, то в выражении |
(10.3) |
нужно учесть к. п. д. |
воздухо- |
и |
топливоподогревателей |
(соответственно %.в и %.т). |
|
|
|
|
|
|
|
В этом случае уравнение (10.3) принимает вид |
|
|
|
|
/ |
|
І в |
- + |
і т |
\ |
У і - ik+із) |
О Д |
Ѵі = |
|
|
|
( іт + |
|
- 2 |
- 2 - |
) £ |
2 |
|
|
|
|
|
|
Л п - В |
Т )п .Т |
f = 1 |
|
|
i—i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— (Qi |
QBJO) + Qs+Qe- |
|
|
(10.4) |
Разделив левую и правую части выражений |
(10.3) и (10.4) на |
|
|
4(5) |
Ѵі, получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
QHp=im JE |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
і=і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( i m + і ' в + і т — ( і 2 + і з ) |
Q l — Q B K 3 |
, |
Q 5+ Q 6 |
/ i n c r \ |
|
|
------------ д ------------ = ■ |
|
|
|
|
|
(ia5) |
|
i |
-f- |
|
|
_j_ |
|
І2 + І З |
_ Qi--Q BK3 |
I |
Qs+Qe |
(10 6) |
|
m |
|
Т ]п .В |
|
|
1ІП .Т |
|
|
|
im |
|
|
im |
|
QHP |
|
QHP |
|
В формулах |
(10.5) и (10.6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(im+Ів+іт) — (І2+ І3) |
— Т)п.т |
|
|
(10.7) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
4 |
Ів |
4 - |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tml------------Г |
|
^2~1 ^3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т]п.в |
TQH.T |
—Ли.т» |
|
( 10.8) |
|
|
|
|
|
|
Im |
|
|
Im |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где т]ц.т — коэффициент использования топлива, соответственно для случаев, когда воздух-окислитель и топливо подогревают ся за счет продуктов сгорания, покидающих печь (10.7), и за счет сжигания в подогревателях дополнительного ко личества топлива ( 10.8).
а
Уит
б
0,5
о,з
700 9 0 0 U y X ° C 0 200 400 t g ,°C
Рис. 10.1. Влияние температуры уходящих газов и подогрева воздуха на величину Т)„.т:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а — графики |
зависимости |
г,1( т = / (( г ух) (подогрев воздуха |
н топлива |
отсутствует); |
б — графики зависимости |
T,UT = h V ^ ) |
(подогрев |
топлива |
отсутствует. |
‘г ух = 900° С); |
1 — 5 — соответственно для коксовального (QP —4080, im = 857); |
мазута |
марки |
80 |
(QP |
= 9470, tm = |
857); природного газа (Q„ = |
8350, I = |
815); коксодоменного |
газа |
(QP = |
2200. |
|
im = 763) и доменного газа |
(Q j = 8 9 0 |
ккал/нмs, |
f |
= 567 ккал/нма) |
|
|
Подставляя выражения (10.7) и (10.8) соответственно в урав нения (10.5) и (10.6), записываем
|
Ql |
Фэкз |
, |
Qs+Qe |
(10.9) |
|
Т |ц .т---- |
QHP |
“* |
QHp |
|
|
|
|
или, приняв во внимание, что |
Qi |
|
(где ц — к. п. д. печи), пере- |
|
пишем |
QSK3 |
. |
Qs+Qe |
|
|
т ] и . т = т ] — |
|
|
QHP |
|
QHP |
|
|
|
|
|
|
|
Qs+Qe—Qaкз |
( 10. 10) |
|
Г]и.т — Л + |
QHP |
|
и |
|
|
|
Qs+Qe—QaK3 |
|
|
Т] — Т|и.т |
( 10. 11) |
|
|
QHP |
|
|
|
|
Если принять £в = 0 И £т= 0 (^В = 0 и /т= 0 ), то для различных
сортов топлив и разных температур дымовых газов, покидающих рабочее пространствд печи, могут быть получены графики г|,І.т = =f(tr.yx) (рис. 10.1, а). Из графиков видно, что при снижении тем пературы £г.ух величина г)и.т существенно возрастает. Аналогичное
заключение можно сделать, |
подвергая анализу |
формулы (10.7) |
и (10.8). График зависимости riII.T=fi(^B//) |
(рис. |
10.1,6) построен |
в соответствии с рис. 10.1, а. |
Перевод печи |
на высококалорийное |
топливо положительно сказывается на расходе тепла, идущего на нагрев металла. Также бесспорно заключение о том, что с переводом печи на подогретые воздух и топливо существенно увеличивается коэффициент использования топлива (10.7) и (10.8). Однако пра вильный выбор сорта топлива не может быть сделан руководствуясь лишь зависимостью 'ПіГ.т= / і (QÜp) .
Во всех случаях, когда приходится выбирать из ряда возмож ных вариантов сорт топлива, а также производить его нормирование, следует обратиться к уравнению нормирования [106].
10.2. НОРМИРОВАНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕГО СЖИГАНИЯ
Занимаясь вопросами нормирования топлива, всегда нужно помнить о том, что в промышленных печах сжигаются колоссальные количества наиболее ценных сортов топлива, экономия которого имеет исключительно важное народнохозяйственное значение.
Рассмотрим целесообразность перевода печи, работающей на топливе с теплотворной способностью Qнр', на топливо, имеющее низшую теплоту сгорания Qu13". При этом посмотрим, как изменится
расход теплоты топлива на 1 кг стали.
Полагаем, что Q/, Q'3K3, Qa' и Q6', а также Q", Q"3K3, Qa" и Qa"
отнесены к единице времени и имеют размерность ккал/ч (er), а qi, 9экз, Яъ и <7б относятся к весу нагреваемого металла, ккал/кг
(Мдж/кг).
Вводим обозначения
Ц і—<7экз |
. |
(Qa-pQe)' |
. |
Яь-\~Яъ |
’ |
(Qa+Qe)" |
|
Но так как Qa+Qa=P(£75+<76), то |
|
|
(Qa-TQe)' |
_ |
Р' (ga-j-ge)' |
|
(Q a+Q e)"- |
Р " ( Я 5+ Я * ) " ’ |
где Р' и Р" — производительность печи по металлу (согласно пер вому и второму вариантам), кг/ч (кг/сек).
Формулу для выполнения нормирования при переводе печи на новое топливо и изменении ее нагрузки по металлу запишем исходя из условия я/Ф я" . Также допустим, что q3K3 и q5 остаются без из менения.
