8. Использование энергии
Некоторые положения в области тепловой работы печей могут быть получены непосредственно из классической термодинамики обратимых процессов.
Под тепловой работой печи понимается совокупность происходящих в ней тепловых процессов, конечной целью которых является совершение того или иного технологического процесса.
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:
QэηK.И.Э =QM + Qk
где Qэ – введенная мощность, Вт/кг;
ηK.И.Э – коэффициент использования энергии в пределах рабочего пространства печи;
QM, Qk– 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 ηK.И.Э зависит прежде всего от вида энергии. Так, электрическая энергия может полностью превращаться в тепло, усвоенное материалом (полезное) и кладкой, поэтому ηK.И.Э = 1. При использовании в печах химической энергии топлива коэффициент использования энергии ηK.И.Э всегда меньше единицы. В топливных печах этот коэффициент называют коэффициентом использования тепла ηK.И.Т Коэффициент характеризует важнейшее понятие о работоспособности энергии в конкретных условиях. В общем виде значение Ькиэ может быть записано следующим образом:
ηK.И.Э= (Qэ – Q´э)/Qэ=1 – Q´э/Qэ,
где Q3– мощность, которая в виде химического и физического тепла газовой фазы уходит за пределы рабочего пространства печи, Вт/кг.
Величина ηK.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 ηK.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.