Термодинамический анализ эффективности агрегатов энерготехнологических систем (стр. 5 из 7)

, (7.1)

где

, – удельные значения энтальпии и энтропии вещества в состоянии, характеризуемом параметрами , ; , – значения указанных величин в состоянии равновесия с окружающей средой.

Уравнение (7.1) отражает единственно возможный путь обратимого перехода вещества из состояния

, к состоянию , , обеспечивающий достижение : сначала обратимый адиабатный процесс до момента, когда температура становится равной , а затем изотермический процесс при . Указанная последовательность процессов позволяет избежать потерь из-за внутренней и внешней необратимости, связанной с теплообменом при конечной разности температур.

В частном случае, когда давление в потоке близко к давлению окружающей среды

, а вещество близко по свойствам к идеальному газу, расчет разностей и можно выполнить на основе средних удельных теплоемкостей, выраженных эмпирическими уравнениями типа . При этом расчетные формулы для однородного вещества имеют вид:

, (7.2)

, (7.3)

где

– среднелогарифмическая температура в интервале от до :

. (7.4)

К такому именно случаю можно отнести движение воздуха и продуктов сгорания в газоходах котельной установки.

Поскольку, как уже отмечалось ранее, расчеты котельной установки принято вести по отношению к единице количества топлива, отходящих газов или их смеси, соответственно будем иметь:

, (7.5)

, (7.6)

. (7.7)

Следует указать также на возможность приближенного вычисления эксергии потока вещества для указанного частного случая р₁» р₀ по формуле

. (7.8)

Установлено, что погрешность при использовании этой формулы в диапазоне температур Т = 273–2500 К составляет <3%, что допустимо для таких расчетов.

7.1.2 Химическая эксергия

Химическая (нулевая) эксергия

– это та максимальная работа, которая может быть получена в результате преобразования какого-либо вещества, т. е. определенного соединения химических элементов, в другие соединения этих элементов, наиболее распространенные в окружающей среде и находящиеся с ней в равновесии. Такое преобразование должно осуществляться в ходе обратимой химической реакции при , с участием дополнительных веществ (окислителя, катализатора).

Приближенно можно считать, что химическая эксэргия представляет собою теплоту реакции, взятую с обратным знаком. В частности, для топлива удельное значение ее можно брать примерно равной высшей теплоте сгорания

.

Для газообразного топлива, а также горючих отходящих газов:

, (7.9)

где

– низшая теплота сгорания.

7.2 Эксергетический баланс котла-утилизатора

Содержание эксергетического анализа составляют расчеты составляющих эксергетического баланса и эксергетического КПД.

В отличие от баланса энергии, баланс эксергии для любой установки может быть сведен лишь условно, если включить в число его составляющих эксэргию, потерянную в процессах преобразования энергии. Баланс эксергии может быть записан в двух формах, одна из которых имеет вид

, (7.10)

где

– суммарная эксергия, поступающая в установку с потоками вещества и энергии; – суммарная эксергия, уходящая из установки; – сумма потерь эксергии в установке.

Суммарная эксергия, поступающая в котел-утилизатор складывается из следующих составляющих:

, (7.11)

где

– химическая эксергия смеси отходящих газов с природным; – физическая эксергия потока указанных газов; – эксергия потока воздуха, поступающего в котел (на входе в воздухоподогреватель); – эксергия потока питательной воды, поступающей в котел (на входе в экономайзер).

Величина химической эксергии смеси отходящих газов с природным, поступающей за единицу времени в котел-утилизатор, приближенно вычисляется по формуле:

. (7.12)

Физическая эксергия смеси отходящих газов с природным:

. (7.13)

Поскольку природный газ поступает из окружающей среды, его физическая эксергия равна нулю. Тогда

, (7.14)

где

; – энтальпии отходящих газов, соответственно, при и .

Эксергия воздуха на входе в котел

, (7.15)

где

, , – энтальпии воздуха при и .

Эксергия питательной воды, поступающей в котел, находится в случае ее предварительного подогрева как

, (7.16)

где

, – энтальпия и энтропия воды при и заданном давлении в котле (находятся по таблицам воды и водяного пара); , – энтальпия и энтропия воды при , .