Расшифруем слагаемые уравнения теплового баланса печи, работающей в неизотермическом режиме реактора идеального перемешивания.
При составлении балансовых уравнений в качестве элементарного объема берут элементарный объем топки, работающий в режиме полного перемешивания. Тогда тепловые потоки за момент времени dt для объема топки (Vтоп) составят:
(5.14)
где –- объемная скорость топливно-воздушной смеси на входе в топку, м3/ч;
Ср(вх) – средняя теплоемкость топливно-воздушной смеси на входе в топку Дж/кг-град;
– средняя плотность топливно-воздушной смеси на входе в топку, кг/м3;
Твх— средняя температура топливно-воздушной смеси на входе в топку, °С.
(5.15)
где – объемная скорость продуктов сгорания топливно-воздушной смеси
на выходе из топки, м3/ч;
Ср(вых) – средняя теплоемкость продуктов сгорания топливно-воздушной смеси
на выходе из топки, Дж/кг-град;
– средняя плотность продуктов сгорания топливно-воздушной смеси на
выходе из топки, кг/м3;
Твых – средняя температура продуктов сгорания топливно-воздушной смеси на
выходе из топки, °С.
(5.16)
где ∆Нрг – энтальпия реакции горения 1 м3 топлива, кДж/м3;
VТОП – объем топки, м3;
rРГ – скорость реакции горения, ч-1 (м3/м3·ч).
(5.17)
где КТ – коэффициент теплопередачи, Дж/м2·°С;
FTO – поверхность теплообмена, м2;
∆T– средняя разность температур в топке и внешней среды, °С;
(5.18)
где Qфп – теплота фазового перехода топлива и/или продуктов сгорания, кДж;
∆Hфп – энтальпия фазового перехода топлива и/или продуктов сгорания, кДж/ч
(5.19)
Итак, уравнение теплового баланса топки для нестационарного режима примет вид:
В стационарном режиме правая часть уравнения (5.20) равна нулю. Если принять, что и и СР(Вх) = СР(Вых), то для стационарного режима можно записать:
(5.21)
Для последующего анализа уравнения (5.21) его удобнее записать в следующем виде:
(5.22)
Из уравнения (5.22) видно, что эффективность сжигания топлива в топке определяется энтальпией реакции горения топлива (∆Hрг*Vтоп*rрг). Чем энтальпия выше, т.е. чем полнее протекает реакция горения топлива, и чем оно калорийнее, тем больше тепла выделяется при сжигании единицы топлива и тем выше температура выходящих продуктов сгорания (ТВЫХ).
Эффективность сжигания топлива в печи уменьшается с ростом тепловых потерь через стенку (КТ*FТО*∆T).
В случае использования жидкого топлива эффективность снижается вследствие затрат тепла на испарение мазута, а повышается в случае конденсации водяного пара из продуктов сгорания. Поэтому знак (+) или (–) (+∆HФП) в уравнении определяется балансом, например, (+∆HФП)) – если тепло, выделившееся при конденсации водяного пара, превысит тепло, затраченное на испарение мазута, и (-∆HФП) – если наоборот.