Удельный расход электрической энергии

Удельный расход электроэнергии W _2у за энергетический период можно определить, разделив расходную часть баланса (12) на массу металла m _o:

W _2у = W _2у.т + P _2т.пτ_эн/ m _о + Р _2э.пτ_эн/ m _o =
= (W _2у.т + P _2т.пτ_эн/ m _o)/η_2э = W _2у.т/η_2общ. (19)

При неизменных значениях W _2у.т и η_2э удельный расход электроэнергии обратно пропорционален тепловому КПД η_2т, т. е. графическая зависимость (19) представляет собой гиперболу, для которой

W _2у.т/η_2э. (20)

Правильно спроектированная электроплавильная печь должна работать в энергетический период в теплотехнических условиях, соответствующих пологой ветви гиперболы, что также требует выполнения условия (17), когда удельный расход электроэнергии W _2у превышает значение W _2у.т/η_2э на 25…33 %.

Расход электрической энергии на плавку в проектируемой ЭПУ периодического действия можно определить из частных балансов энергии за энергетический и технологический периоды аналогично выражению (2):

W _2c = W _2у.т m _o + P _2т.пτ_эн + P _2э.пτ_эн = (W _2у.т m _o + P _2т.пτ_эн)/η_2э; (21)

W _3c = W _3у.т m _o + P _3т.пτ_тхн + P _3э.пτ_тхн = (W _3у.т m _o + P _3т.пτ_тхн)/η_3э, (22)

где W _3у.т, Р _3т.п и Р _3э.п – соответственно удельный теоретический (по- лезный) расход энергии, мощность тепловых и электрических потерь в технологический период;
η_3э – электрический КПД ЭПУ за технологический период.

Удельный расход электрической энергии за плавку W _уравен сумме расходов за отдельные периоды, деленной на массу металла m _o.

Приняв для упрощения η_2э ≈ η_3э ≈ η_э, выразив P _3т.п = q _3т.п s _то через соответствующее значение плотности потока тепловых потерь q _т.п = P _т.п/ s _то (на 1 м² площади теплоотдающей поверхности печи) и подставив вместо отношения τ_эн/ m _o его значение из формулы (15) с учетом выражения (14а), получим искомую зависимость удельного расхода электроэнергии от основных параметров ЭПУ:

W _у = φ(S _ном, m _o) = [(W _2у.т + W _3у.т) +
+ W _2у.т/(k _исп S _номλη_эн/ P _2т.п – 1) + q _3т.пτ_тхн s _то/ m _о]/η_э, (23)

Из формулы (23) и частных балансов энергии (21) и (22) следует, что удельный расход электроэнергии может быть уменьшен как за счет снижения удельных тепловых и электрических потерь ЭПУ, так и в результате совершенствования технологического процесса, поскольку сумма зависит от изменения удельной энтальпии выплавляемого металла, величины тепловых эффектов химических реакций и энергозатрат других технологических операций.

Удельные тепловые потери за энергетический период

P _2т.пτ_эн/ m _о = W _2у.т/(k _исп S _номλη_э/ P _2т.п – 1)

при прочих неизменных условиях и с учетом (8) зависят от удельной поверхностной мощности ЭПУ, определяемой соотношением S _ном /m _o^0,67.

Как уже отмечалось ранее [см. условие (17)], для энергетического периода рациональным является условие

k _исп S _номλη_э/ P _2т.п 4…5,

обеспечивающее рациональное значение удельной продолжительности этого периода τ_эн/ m _o (см. рис. 2).

Удельные тепловые потери за подготовительный τ_пдг и технологический τ_тхн периоды при прочих неизменных условиях пропорциональны s _то/ m _o, т.е. удельной (на единицу вместимости ЭПУ) площади теплоотдающей поверхности печи, что следует учитывать при конструировании рабочего пространства.

При геометрическом подобии печей удельная площадь теплоотдающей поверхности s _то/ m _o, согласно уравнениям (8), с увеличением вместимости m _o уменьшается по гиперболе (рис. 3, кривая 1) обратно пропорционально m _o^0,33, вызывая соответствующее снижение W _2у (рис. 3, кривая 2). Поэтому на более крупных печах, имеющих меньшую удельную площадь теплоотдающей поверхности, при прочих равных условиях получают более низкие удельные расходы электроэнергии.

Рис. 3. Зависимость удельных величин от вместимости ЭПУ (на примере ДСП); кривая 1 построена по уравнению s _то/ m _o = 8 m _о^–0,33; точками отмечены фактические значения для отечественных ДСП s _то/ m _o по данным И.Ю. Зинурова и др.;
кривая 2 – W _2у по данным Л.Е. Никольского и др.

Кривые рис. 3 позволяют классифицировать электроплавильные печи типа ДСП по размерам на следующие группы:

1) малые вместимостью до 6 т, у которых s _то/ m _o и W _2урезко изменяются с изменением вместимости и геометрических размеров рабочего пространства (участок АВ);

2) средние вместимостью до 50 т, у которых s _то/ m _o и W _2уизменяются менее резко с изменением размеров печи (участок ВС);

3) крупные вместимостью более 50 т, у которых с изменением размеров абсолютное изменение s _то/ m _o и W _2у незначительно (участок CD).

Из уравнения (23) видно, что удельный расход электроэнергии за плавку определяют следующие факторы:

1) основные параметры ЭПУ – мощность S _ном и вместимость m _o;

2) технологические показатели – W _2у.т, W _3у.т и τ_тхн;

3) организационный показатель τ_пдг, влияющий на уменьшение энтальпии футеровки ∆W _ак из-за тепловых потерь за подготовительный период;

4) электротехнические показатели в энергетический период (k _исп, λ, η_2э) и в технологический период (η_3э);

5) конструктивные и теплотехнические показатели – s _то, q _3т.п и η_2т.