2020年 問13(2)電気加熱 搬送加熱炉の効率と改善

(2) 被加熱材を一定の速度で連続して搬送しながら、\(25°C\) から\(1250°C\)に加熱する加熱炉がある。加熱炉の入力端における電力は\(315kW\)で一定であり、1時間当たり\(855kg\)の被加熱材が搬送されている。ここで、被加熱材の比熱は温度に関わらず一定とする。なお、加熱炉は熱的に安定した状態であり、熱損失は\(62kW\)で一定である。

1) この加熱炉の電力原単位は\(\fbox{11}[kWh/kg]\)である。

2) 被加熱材の単位質量当たりの加熱正味熱量が\(720[kJ/kg]\)の場合、この加熱炉の全電気効率は\(\fbox{12}[\%]\)である。

3)この加熱炉で、1時間当たりの処理量を\(900kg\)に増加したい。ここでは、加熱炉の電力を増加する方法、及びこの加熱炉の前工程で加熱材を予熱する方法について考える。なお、被加熱材は\(1250°C\)まで昇温するものとし、搬送速度が変化しても被加熱材の均熱には影響しないものとする。また、電気効率及び熱損失も変らないものとする。

i) 加熱炉の電力の増加が可能であれば処理量の増加ができる。被加熱材の初期温度が\(25°C\)で変わらないものとすれば、加熱炉の入力端における電力を\(\fbox{13}[kW]\)に増加すればよい。

ii) 加熱炉の電力の増加ができないときは、被加熱材を予熱することができれば処理量の増加ができる。入力端における電力が\(315kW\)で一定であるとすれば、加熱炉に入れる被加熱材の初期温度を\(\fbox{14}[°C]\)に予熱すればよい。