Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей

Предложена теорема о предельном значении коэффициента использования топлива при нагреве металла. С ее помощью можно оценить эффективность тепловой работы конкретных агрегатов и определить перспективы и целесообразность проведения мероприятий по повышению реальных значений коэффициента использования...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Бирюков, А.Б., Кравцов, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2009
Назва видання:	Металл и литье Украины
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104283
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей / А.Б. Бирюков, В.В. Кравцов // Металл и литье Украины. — 2009. — № 6. — С. 18-21. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-104283
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1042832016-07-07T03:02:18Z Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей Бирюков, А.Б. Кравцов, В.В. Предложена теорема о предельном значении коэффициента использования топлива при нагреве металла. С ее помощью можно оценить эффективность тепловой работы конкретных агрегатов и определить перспективы и целесообразность проведения мероприятий по повышению реальных значений коэффициента использования топлива. Запропонована теорема про граничне значення коефіцієнта використання палива при нагріванні металу. З її допомогою можна оцінити ефективність теплової роботи конкретних агрегатів і визначити перспективи та доцільність проведення заходів по підвищенню реальних значень коефіцієнта використання палива. The theorem about the fuel use factor limit value during the metal heating is supposed. Using it you can estimate the efficiency of heat activity of specified sets and determine the aspects and expediency of procedures for increase the real values of fuel use factor. 2009 Article Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей / А.Б. Бирюков, В.В. Кравцов // Металл и литье Украины. — 2009. — № 6. — С. 18-21. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104283 662.9(083) ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Предложена теорема о предельном значении коэффициента использования топлива при нагреве металла. С ее помощью можно оценить эффективность тепловой работы конкретных агрегатов и определить перспективы и целесообразность проведения мероприятий по повышению реальных значений коэффициента использования топлива.
format	Article
author	Бирюков, А.Б. Кравцов, В.В.
spellingShingle	Бирюков, А.Б. Кравцов, В.В. Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей Металл и литье Украины
author_facet	Бирюков, А.Б. Кравцов, В.В.
author_sort	Бирюков, А.Б.
title	Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей
title_short	Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей
title_full	Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей
title_fullStr	Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей
title_full_unstemmed	Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей
title_sort	новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2009
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104283
citation_txt	Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей / А.Б. Бирюков, В.В. Кравцов // Металл и литье Украины. — 2009. — № 6. — С. 18-21. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT birûkovab novyepodhodykanalizuéffektivnostiteplovojrabotyvysokotemperaturnyhnagrevatelʹnyhpečej AT kravcovvv novyepodhodykanalizuéffektivnostiteplovojrabotyvysokotemperaturnyhnagrevatelʹnyhpečej
first_indexed	2025-07-07T15:09:51Z
last_indexed	2025-07-07T15:09:51Z
_version_	1837001334539157504
fulltext	18 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6’2009 А. В. Васєкін Моделі формозмінення кінців товстих широких розкатів у плані при прокатці в системі горизонтальних і вертикальних валків Розглянуто змінення форми кінців товстих широких розкатів при гарячій листовій прокатці в системах горизонтальних і вертикальних валків стосовно різних умов деформації. Отримані моделі, що характеризують нерівномірність деформації кінців розкатів в плані залежно від параметрів прокатки. Надані рекомендації по використанню отриманих моделей. Анотація УДК 662.9(083) А. Б. Бирюков, В. В. Кравцов (ДонНТУ) Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей Предложена теорема о предельном значении коэффициента использования топлива при нагреве металла. С ее помощью можно оценить эффективность тепловой работы конкретных агрегатов и определить перспективы и целесообразность проведения мероприятий по повышению реальных значений коэффициента использования топлива Д ля анализа эффективности тепловой работы нагрева- тельных печей принято использовать величину коэф- фициента использования топлива. По своему физическому смыслу коэффициент использования топ- лива представляет собой долю химической энергии единицы топлива, оставленной в рабочей камере (это тепло идет на нагрев материала и покрытие теплопотерь рабочей камеры). В процесе нагрева различают текущие и средние значения коэффи- циента использования топлива. Текущие значения коэффициента использования топлива определяются следующим образом [1]: ( )ухр н ух ух р н 1t rQ V c t k Q − − η = , (1) Vух – выход продуктов сгорания с 1 м3 топлива, м3/м3; ctух – средняя теплоемкость продуктов сгорания, по- кидающих рабочую камеру при их температуре, Дж/(м3·°С); tух – температура продуктов сгорания, покидающих рабочую камеру, °С; kr – коэффициент рекуперации (доля теплоты уходящих из рабочей камеры продуктов сгорания, возвращаемая в нее с подогретым в рекуператоре воздухом, идущим на сгорание топлива). В качестве среднего за процесс нагрева ко- эффициента использования топлива авторами предложено понимать средневзвешенное значение, которое зависит от распределения во времени текущих значений коэффициента использования топлива и тепловых потоков, падающих на по- верхность материала, и определяется следующим образом: нсв м 0 τ ∆ η = ⋅ τ η∫ m c t qF d , (2) m – масса нагреваемого материала, кг; с – средняя теплоемкость нагреваемого материала, Дж/(кг·°С); ∆t – требуемое повышение среднемассовой тем- пературы, °С; q – текущее значение плотности теплового потока, Вт/м2; η – текущее значение ко- эффициента использования топлива; Fм – наружная поверхность нагреваемых заготовок, м2. При заданных параметрах нагрева расход топлива будет определен средневзвешенным зна- чением коэффициента использования топлива за весь период нагрева: пот н р св н m c t QV Q ∆ + τ = η , (3) Qпот – средняя мощность потерь тепла рабочей камерой, Вт; τн – время нагрева, с; Qн р – теплота сгорания топлива, кДж/м3. 1�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6’2009 Как видно из зависимости (3) задача сокраще- ния расхода топлива может решаться за счет повышения средневзвешенного коэффициента ис- пользования топлива за процесс нагрева и сокращения потерь тепла рабочей камерой. Если учесть, что для современных агрегатов, в которых для футеровки и тепловой изоляции рабочих камер используют керамоволокнистые материалы, доля потерь тепла рабочей камерой незначительна, то, очевидно, что сегодня самым мощным фактором сокращения расхода тепла на нагрев является увеличение коэффициента использования топлива. Из зависимости (2) следует, что влияние теку- щих значений коэффициентов использования топ- лива на средневзвешенное значение определяется соответствующими им значениями тепловых потоков. Однако очевидно, что для увеличения средневзвешенного значения коэффициента ис- пользования топлива необходимо стремиться в каждый момент времени к росту текущих значений коэффициента использования топлива. На практике для анализа эффективности принимаемых технических решений по совер- шенствованию тепловой работы нагревательных печей удобно иметь информацию о предельном значении коэффициента использования топлива, которое может быть теоретически достигнуто в кон- кретных условиях. Подобный подход имеет место в технической термодинамике, когда для анализа эффективности работы тепловых двигателей их реальные термические коэффициенты полезного действия сравниваются с предельным значением, определенным при помощи теоремы Карно [2]. В данной работе предложена и доказана теоре- ма о предельном значении коэффициента исполь- зования топлива при нагреве металла. Ее роль для анализа процессов нагрева такая же, как роль теоре- мы Карно для анализа работы тепловых двигателей. Суть теоремы: при нагреве материала в печи с заданным коэффициентом рекуперации наибольшее возможное значение коэффициента ис- пользования топлива будет достигнуто при нагреве постоянным тепловым потоком const 0dq = → и оно равно коэффициенту использования топлива, подсчитанному для значения температуры продук- тов сгорания, равного среднему арифметическому от начальной и конечной температур металла. Доказательство: из анализа зависимости (1) видно, что для роста значения коэффициента использования топлива при заданном коэффициен- те рекуперации и заданном выходе продуктов сгорания с единицы топлива необходимо снижать температуру продуктов сгорания, покидающих ра- бочую камеру. Однако в каждый момент времени температура продуктов сгорания не может быть ниже температуры поверхности заготовки: ух пов( ) ( )t tτ ≥ τ . Рассматривая предельный случай, когда ух пов( ) ( )t tτ → τ имеем бесконечно длительный на- грев материала постоянным потоком const 0dq = → ; при этом температура уходящих продуктов сгора- ния линейно меняется от начальной tп н до конечной tп к температуры поверхности нагреваемых тел. То есть средний за процесс коэффициент использова- ния топлива определяется как ( )ух н к р п п н ухн к п п св р н 1 2 2 t r max t tQ V c k t t Q  + − −  +  η = η =    . На рис. 1 при помощи зависимости (1) и предложенной теоремы проанализировано соотно- шение предельно возможного и реального сред- невзвешенных значений коэффициента использо- вания топлива при нагреве металла в зависимости от значения коэффициента рекуперации. Для рассматриваемого случая приняты следующие исходные данные: Из анализа информации, представленной на рис. 1, видно, что наиболее существенная разница между предельным теоретическим и реальным значениями коэффициента использования топлива Рис. 1. Зависимость значений коэффициента исполь- зования топлива от коэффициента рекуперации: 1 – пре- дельное значение, определенное при помощи предложен- ной теоремы; 2 – реальное значение  ух н к р п п н ухн к п п св р н 1 2 η η 2 t r max t tQ V c k t t Q             . Из анализа информации, представленной на рис. 1, видно, что наиболее существенная разница между предельным теоретическим и реальным значениями коэффициента использования топлива имеет место при полном отсутствии рекуперации. По мере роста значения коэффициента рекуперации эта разница уменьшается и становится равной нулю при достижении полной рекуперации (kr=1). Если принять за базовый расход топлива при обычной технологии нагрева, то при помощи формулы (3) получим зависимость экономии топлива при достижении теоретического предельного значения коэффициента использования топлива в зависимости от коэффициента рекуперации, приведенную на рис. 2. Эта экономия наиболее существенна при низких значениях коэффициента рекуперации. При отсутствии 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0.2 0.36 0.52 0.68 0.84 Рис. 1. Зависимость значений коэффициента использования топлива от коэффициента рекуперации: 1 – предельное значение, определенное при помощи предложенной теоремы; 2 – реальное значение kr св 1 2 – теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м3 35000 – зависимость теплоемкости продуктов сгорания от температуры, кДж/м3∙°С) 1,348+ +1,651∙10-4t – выход продуктов сгорания с единицы топлива, м3/м3 12 – начальная температура поверхности металла, °С 20 – конечная температура поверхности металла, °С 1250 – средняя за нагрев температура продуктов сгорания, покидающих рабочую камеру при классической технологии нагрева металла, °С 1220 20 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6’2009 имеет место при полном отсутствии рекуперации. По мере роста значения коэффициента рекуперации эта разница уменьшается и становится равной нулю при достижении полной рекуперации (kr = 1). Если принять за базовый расход топлива при обычной технологии нагрева, то при помощи форму- лы (3) получим зависимость экономии топлива при достижении теоретического предельного значения коэффициента использования топлива в зависимос- ти от коэффициента рекуперации, приведенную на рис. 2. Эта экономия наиболее существенна при низких значениях коэффициента рекуперации. При отсутствии рекуперации для рассмотренного при- мера она составляет 48 %, при полной рекуперации – равна нулю. На практике достижение значений коэффициен- та использования топлива, приближенных к max свη , затруднительно, так как нагрев получается очень растянутым из-за низкой величины подводимых к поверхности нагреваемых тел теплового потока. С другой стороны, увеличение потока сопряже- но с ростом температуры дымовых газов, покида- ющих рабочую камеру, и приводит к снижению величины коэффициента использования топлива. Из анализа зависимости (1) видно, что для по- вышения значения средневзвешенного коэффици- ента использования топлива необходимо разраба- тывать мероприятия по снижению температуры уходящих продуктов сгорания, повышению зна- чения коэффициента рекуперации и сокращению количества дымовых газов. Так, снижение тем- пературы уходящих продуктов сгорания при со- хранении скорости нагрева может быть достигнуто только при повышении интенсивности теплообме- на в печи и росте итоговых коэффициентов тепло- отдачи от продуктов сгорания к поверхности на- греваемого металла. Очевидно, что на современном этапе наиболее весомым шагом в данном направле- нии является значительное усиление конвектив- ного теплообмена в печи. Повышение коэффициента рекуперации содер- жит значительные резервы повышения эффектив- ности нагрева. Так, для теоре- тического случая, при котором коэффициент рекуперации равен единице, коэффициент использо- вания топлива также равен еди- нице независимо от температуры продуктов сгорания, покидающих рабочую камеру. На практике работа в этом направлении за- ключается в совершенствовании конструкций рекуператоров. За- частую рекуператоры отечествен- ных нагревательных печей поз- воляют достичь значений коэф- фициентов рекуперации на уровне не более 0,2-0,3. Значение предложенной теоремы заключается в том, что она позволяет в каждом конкретном случае (начальная и конечная температура металла, значение коэффициента рекуперации) определить предельно достижимое значение средневзвешен- ного коэффициента использования топлива за весь период нагрева и определить целесообразность усилий по повышению реальных значений коэф- фициента использования топлива. Выводы Предложена теорема о предельном значении коэффициента использования топлива при на- греве материала. С ее помощью можно оценить эффективность тепловой работы конкретных агре- гатов и определить перспективы и целесообраз- ность проведения мероприятий по повышению реальных значений коэффициента использова- ния топлива. ЛИТЕРАТУРА 1. Тайц Н. Ю. Технология нагрева стали. – М.: Металлургия, 1962. – 568 с. 2. Нащекин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высш. шк., 1980. – 470 с. , (3) , . 2. . 48 %. . , max , , - . , , , . (1) , , . , 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.12 0.24 0.36 0.48 0.6 . 2. kr Рис. 2. Теоретически возможная предельная экономия топлива в зависимости от значения коэффициента рекуперации 21МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6’2009 Коэффициент рекуперации, конвективный теплообмен, нагревательные печи, рекуператор, коэффициент использования топлива Ключевые слова А. Б. Бірюков, В. В. Кравцов Новітні підходи до аналізу ефективності теплової роботи високотемпературних нагрівальних печей Запропонована теорема про граничне значення коефіцієнта використання палива при нагріванні металу. З її допомогою можна оцінити ефективність теплової роботи конкретних агрегатів і визначити перспективи та доцільність проведення заходів по підвищенню реальних значень коефіцієнта використання палива. Анотація A. Biryukov, V. Kravtsov New approach to analysis of high-temperature heating furnaces efficiency of heat activity The theorem about the fuel use factor limit value during the metal heating is sup- posed. Using it you can estimate the efficiency of heat activity of specified sets and determine the aspects and expe- diency of procedures for increase the real values of fuel use factor. Summary УДК 621. 771. 06 В. А. Николаев, С. В. Жученко (ЗГИА) Профилирование обводных роликов для повышения плоскостности полос при холодной прокатке Предложена рациональная профилировка обводных роликов прокатных станов, позволяющая уменьшить неравномерность продольных растягивающих напряжений по ширине полосы и снизить неравномерность деформации по ширине очага деформации следующей клети Х олодную прокатку на непре- рывных станах выполняют с натяжением полосы на межклетевых участках и при смотке ее на моталку. Практически во всех случаях прокатки имеет место неравномерное распределение продольных напряжений по ширине полосы. Экспериментальные исследования [1-5] показывают, что различие между величинами напряжений по ширине полосы может достигать δσн = 100-160 МПа. При этом наибольшие величины напряжений натяжения σн имеют место на кромках полосы, а минимальные – по оси полосы. Такой процесс холодной прокатки полос обусловлен необходимостью центровки полосы по оси валков за счет большего натяжения кромок. Неравномерность распределения растягива- ющих напряжений перед входом в последующую клеть создается благодаря разности вытяжек и неравномерности скоростей вблизи очага де- формации по ширине полосы [1]. Неравномер- ность напряжений σн оказывает соответствующее влияние на распределение нормальных контакт- ных напряжений, упругих деформаций валков, пластических деформаций по ширине полосы и ее планшетность. При этом большие величины на- пряжений растяжения на краевых участках полосы обуславливают снижение средних нормальных контактных напряжений, утонение кромок и уве- личение поперечной разнотолщинности полосы. Для снижения неравномерности распределения напряжений σн по ширине полосы и повышения качества ее профиля и формы используют различные устройства и способы, в том числе известные устройства гидравлического изгиба и осевого сдвига рабочих валков, которые, в определенной степени, позволяют регулировать поперечную форму межвалкового зазора, компенсируя тем самым влияние неравномерности растягивающих напряжений σн перед клетью. На неравномерность распределения вытяжек и напряжений растяжений по ширине полосы можно также воздействовать

Новые подходы к анализу эффективности тепловой работы высокотемпературных нагревательных печей

Репозитарії

Схожі ресурси