Топлинен баланс на промишлени пещи

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 5, 2006

 

Мероприятията за повишаване КПД на пещите са важна част от одитите за енергийна ефективност

Широкият обхват от дейности, при които се извършва топлинна обработка на различни материали и детайли, предопределя и масовото разпространение на различни като конструктивни и функционални характеристики пещи в промишлеността. Спектърът на приложението им е широк - от тежката промишленост (металургия, леярска индустрия и др.) до почти всички направления на леката промишленост (стъкларска, керамична, хранително-вкусова). Ориентацията на българската икономика преди 1989 г. обуславя съществуването на изградени преди десетилетия промишлени пещи в редица заводи у нас. Част от тези пещи са реконструирани основно и днес се използват доста успешно. Някои са в недобро техническо състояние и се нуждаят от основен ремонт. Инвестициите в нови промишлени пещи са основно в различни производствени дейности от леката промишленост, което се обяснява с преориентацията в развитието на българската икономика през последното десетилетие. Днес, нови промишлени пещи има в предприятия от дървопреработвателната промишленост, хранително-вкусовата индустрия и др. Всяка пещ, независимо от огромното разнообразие от видове и модели с различно предназначение, захранване, използвано гориво, конструктивни и технически характеристики, период на работа, подлежи на проверка за установяване на нейния

енергиен баланс

Процедурата за определяне на топлинната мощност на една промишлена пещ се базира на анализ на всички входящи и изходящи топлинни потоци. Входящи са топлинните потоци, внасяни от горивото, с което работи съоръжението, консумираната електроенергия, подлежащите на топлинна обработка материали и др. Изходящи са топлинните потоци от топенето на материалите, от отпадъчни продукти, от топлообмен през стените на пещта, изходящите газове и др. Чрез съпоставяне на входящите и изходящите потоци се пресмята коефициентът на полезно действие на промишлената пещ. Енергийният баланс на една пещ се определя най-често за 1 кг. гориво. Възможно е ефективността на една промишлена пещ да се определи за 1 кг. обработен в пещта материал, за един цикъл на работа или за 1 kWh консумирана електроенергия. Определящата роля, която има

ефективността

на една промишлена пещ за формирането на общата енергийна ефективност на производствения процес налага нов, съвременен прочит на анализа на енергийния й баланс. Причините са повече от очевидни - превръщането на енергийната ефективност не просто в моден термин, а в задължително условие за конкуретноспособността на дадено производство. Борбата за по-голям пазарен дял в съвременния бизнес налага необходимостта от инвестиране в нискоенергоемки технологии, включително пакет от технически решения за оптимизиране работата на промишлени пещи. В тази връзка, през последните години на българския пазар работят редица компании, специализирани в извършването на енергиен мениджмънт на индустриални обекти. Прецизният анализ на всички входящи и изходящи енергийни потоци в едно производство, който включва одитирането за енергийна ефективност, се прави с цел разработване на програми за повишаването й. Производствените процеси, които включват топлинна обработка на различни материали и детайли, са сред енергоемките дейности в рамките на един завод. По тази причина, задължителен етап от одитирането на заводи, в които работят промишлени пещи е изследване на енергийния им баланс и набелязване на мероприятия за повишаване на енергийната им ефективност. В най-общ вид уравнението, чрез което се описва топлинният баланс на една промишлена пещ представлява равенство между

входящите и изходящите топлинни потоци.

Следователно, за топлинния баланс е в сила равенството:

Qд + Qекз + Qел + Qвх.м + Qв + Qг + Qп = Qенд + Qизх.м. + Qизп. + SQ.

В лявата страна на уравнението са описани входящите топлинни потоци, включително Qд е долната топлина на изгаряне на горивото, Qекз е топлината от екзотермични реакции в пещта, Qел - консумираната електроенергия, Qвх.м - топлинната енергия, постъпваща в пещта с подлежащия на топлинна обработка материал, Qв - топлинната енергия, съдържаща се в подавания в пещта въздух, Qг - топлинната енергия с постъпващото гориво, Qп - топлинната енергия на парата, в случаи, че промишлената пещ е оборудвана с мазутна горелка. В лявата страна са равенството са изходящите топлинни потоци - Qенд е топлинната енергия за ендотермичните реакции в пещта, с Qизх.м. е означен топлинният поток, който напуска пещта с обработения материал, Qизп. - топлината, която е оползотворена за вторични цели извън пещта, а с SQ са означени загубите на поплина. От своя страна загубите на топлина могат да се представят във вида:

SQ = Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6,

където с Q2 е означена загубата на топлина с изходящите от пещта газове, Q3 и Q4 са съответно загубите на топлинна енергия, дължаща се на химично и механично недоизгаряне, Q5 са топлинните загуби, вследствие топлообмена през стените на промишлената пещ, а Q6 са топлинните загуби от отпадъчните продукти, изхвърляни от съоръжението. Представените зависимости описват общия случай при определянето на топлинния баланс на промишлени пещи. За всеки конкретен случай се вземат само входящите и изходящите топлинни потоци, които имат отношение към изследваната промишлена пещ.

КПД на промишлена пещ

се пресмята по зависимостта:

h = Q1/Qp.100%,

където Q1 е оползотворената топлинна енергия, а Qp е разполагаемата топлина в пещта за 1 кг гориво. Оползотворената топлинна енергия Q1 може да се представи чрез израза:

Q1=Qизх.м.-Qвх.м.+Qизп-Qекз+Qенд.

Между характеристиките Q1 и Qр съществува следната зависимост Qp= Q1+SQ. Коефициентът на полезно действие на една промишлена пещ би могъл да се представи чрез израза:

h = (1 - SQ/Qр).100%.

Видно е, че колкото по-малка е стойността на съотношението между разполагаемата топлина в пещта Qр и общите загуби на топлина SQ, толкова по-висок ще бъде коефициентът й на полезно действие. Следователно, мероприятията, насочени към повишаване ефективността на работа една промишлена пещ, би следвало да са насочени в посока разработване на програма от технически мероприятия, чрез която да се намалят загубите от топлообмен през стените на пещта, понижаване температурата на изходящите газове, постигане на пълно химично и механично изгаряне и др.

Какви са най-съвременните и ефективни техники и технологии за намаляване на всяка от описаните загуби, ще ви представим в следващи броеве на Инженеринг ревю. Очакваме коментарите ви за изпълнени проекти, свързани с повишаване на енергийната ефективност на промишлени пещи в заводи от българската индустрия.




Новият брой 8/2017

брой 8-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top