Energetická a ekonomická analýza průmyslové pece

Krok 1: Výpočet užitečného výkonu pece ($P_{\text{užitečný}}$)

Toto je tepelný výkon, který je skutečně předán oceli a způsobí její ohřátí z pokojové teploty na vysokou teplotu 1200°C. Jedná se o "čistý" výkon pece bez ztrát.

Výpočet teplotního rozdílu:

$$\Delta t = t_2 - t_1 = 1\,200 - 25 = 1\,175 \text{ °C} \text{ (= 1\,175 K)}$$

Výpočet užitečného výkonu:

$$P_{\text{užitečný}} = 0{,}5 \cdot 0{,}46 \cdot 1\,175 = 270{,}25 \text{ kW}$$

Krok 2: Výpočet celkového příkonu pece ($P_{\text{příkon}}$)

Pec má energetické ztráty (účinnost není 100%), takže musíme spálit více paliva, než odpovídá užitečnému výkonu. Příkon je celkový výkon, který musíme do pece dodat ve formě spalovaného zemního plynu.

Výpočet:

$$P_{\text{příkon}} = \frac{270{,}25}{0{,}75} = 360{,}33 \text{ kW}$$

Krok 3: Výpočet spotřeby zemního plynu ($\dot{m}_{\text{ZP}}$)

Na základě celkového příkonu a výhřevnosti paliva spočítáme, kolik kilogramů zemního plynu musíme kontinuálně spalovat každou sekundu pro udržení požadovaného výkonu.

Výpočet:

Příkon je v kW (kJ/s) a výhřevnost v kJ/kg, takže jednotky jsou konzistentní:

$$\dot{m}_{\text{ZP}} = \frac{360{,}33 \text{ kJ/s}}{50\,000 \text{ kJ/kg}} = 0{,}007207 \text{ kg/s}$$

Převody na praktičtější jednotky:

• Za minutu: $0{,}007207 \times 60 = 0{,}432$ kg/min
• Za hodinu: $0{,}007207 \times 3\,600 = 25{,}9$ kg/h
• Za směnu (8h): $25{,}9 \times 8 = 207$ kg/směnu
• Za den (24h): $25{,}9 \times 24 = 622$ kg/den

Krok 4: Výpočet nákladů na provoz

Provozní náklady vypočítáme z celkového příkonu a ceny energie. Celkový příkon v kW přímo udává spotřebu energie v kWh za jednu hodinu.

Výpočet hodinových nákladů:

$$\text{Cena za hodinu} = 360{,}33 \times 2 = 720{,}66 \text{ Kč/h}$$