Термодинамический анализ эффективности агрегатов энерготехнологических систем (стр. 6 из 7)
С достаточной степенью точности
и 
для воды могут быть вычислены по формулам 
и 
, где 
– теплоемкость воды: = 4,19 кДж/(кг×К).Суммарный поток эксергии, уходящий из установки, складывается следующим образом:
, (7.17)где
– эксергия потока перегретого пара; 
– эксергия продуктов сгорания, покидающих котел (на выходе из экономайзера); 
– эксергия продуктов неполного окисления (химический недожог) смеси отходящих и природного газов в топке котла; 
– эксергия несгоревшего (физический недожог) топлива (для газообразных горючих = 0); 
– эксергия потока теплоты, теряемой через стенки котла в окружающую среду.Эксергия потока перегретого пара
, (7.18)где
, 
– энтальпия и энтропия перегретого пара; , – энтальпия и энтропия воды при условиях окружающей среды.Эксергия потока уходящих из котла продуктов сгорания
, (7.19)где
.Эксергия продуктов неполного окисления
. (7.20)Эксергия потока теплоты в окружающую среду
, (7.21)где
.Потери эксергии обусловлены необратимостью процессов горения
, теплообмена 
, трения и др., причем наибольший вклад вносят 
и 
, поэтому можно принять: 
. (7.22)Потери эксергии из-за необратимости процесса горения
, (7.23)или
, (7.24)где
– эксергия продуктов сгорания в топке при адиабатной температуре горения: 
. (7.25)Здесь
.Потери эксергии из-за конечной разности температур при теплообмене
между продуктами сгорания, с одной стороны, и водой, паром, воздухом, с другой
. (7.26)7.3 ЭксергетическийКПДкотла-утилизатора
Эксергетический КПД
характеризует долю полезно использованной эксергии 
, (7.27)где
, 
– соответственно затраченная и использованная эксергии; 
– транзитная эксергия, то есть эксергия, которая проходит от входа в установку до выхода из нее, не участвуя в процессах преобразования энергии. Для котла-утилизатора в данном случае к транзитной эксергии относятся эксергии потоков питательной воды 
и воздуха 
, а также физическая эксергия потока отходящих газов сажевого производства.В случае, когда отсутствует “вторичная” утилизация, т. е. не используются потенциалы работоспособности продуктов сгорания, уходящих из котла,
, теплоты наружного охлаждения и теплоты сгорания продуктов неполного окисления , последние могут рассматриваться как потери эксергии. Тогда формула (7.27) преобразуется к виду 
. (7.28)8. РАСЧЕТ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ
Продукты сгорания удаляются из котла в атмосферу через дымовую трубу. Необходимая высота дымовой трубы при естественной тяге должна обеспечивать решение двух задач – достижение определенной скорости движения продуктов сгорания по газоходам котла, от которой зависит эффективность теплообмена в элементах котла, и вынос продуктов сгорания в более высокие слои атмосферы.
В современных промышленных котельных установках с помощью трубы решается, как правило лишь вторая задача, поскольку для получения требуемых скоростей потоков в газовых и воздушных трактах могут использоваться дутьевые вентиляторы и дымососы. Выбор последних осуществляется на основе результатов аэродинамического расчета котельной установки, который в данной работе не рассматривается.
При эвакуации продуктов сгорания из высотных дымовых труб их концентрация может быть снижена до нормативных значений за счет турбулентного перемешивания с большими объемами окружающего воздуха.
Особую опасность представляют вредные (токсичные) примеси. Для газообразного топлива при полном сгорании основными токсичными составляющими являются оксиды серы SО2, SО3 и оксиды азота NО, NО2. Около 99% оксидов серы составляет SО2 и в расчетах выбросов условно принимается, что вся сера переходит в SО2.
Оксиды азота образуются в зоне высоких температур (в ядре факела пламени) в предтопке в результате окисления азота, входящего в состав как смеси горючих газов, так и подаваемого воздуха. На выходе из дымовой трубы NО составляет до 95% от суммы NО + NО2. Однако в процессе распространения дымового факела в атмосфере происходит доокисление NО в NО2 кислородом воздуха. Поэтому массовый выброс оксидов азота из котлов рассчитывается по NО2.
Высота дымовой трубы должна обеспечивать такое рассеивание токсичных веществ в атмосфере, при котором их концентрация у поверхности земли будет меньше предельной допускаемой санитарными нормами. Разовая предельно допускаемая концентрация (ПДК) в атмосферном воздухе населенных мест не должна превышать по SО2 – 0,5 мг/м3, по NО2 – 0,085 мг/м3.
Минимально допустимая высота трубы, при которой выполняется указанное выше требование, рассчитывается по формуле (без учета фоновой загазованности от других источников):
Нmin³
, (8.1)где
– коэффициент, учитывающий характер атмосферных течений ( для Нижнего Поволжья принимают = 200); 
– безразмерный коэффициент, учитывающий скорость осаждения загрязняющих веществ в атмосфере (для газообразных веществ =1); 
, 
– безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода дымовых газов из устья трубы; 
, 
– массовые выбросы вредных веществ, г/с; 
– максимальная разовая предельно допускаемая концентрация диоксида серы, мг/м3; 
– объем всех выбрасываемых продуктов сгорания, м3/с: 
; 
– разность между температурой выбрасываемых из трубы продуктов сгорания и температурой атмосферного воздуха.