Сделай Сам Свою Работу на 5
Главная | Контакты

УПРОЩЕННЫЙ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

12




Различные виды энергии имеют неодинаковую ценность с точки зрения возможности их практического использования. Способность совершения механической работы принята в качестве всеобщего показателя качества энергии различных видов. Чем больше отличаются параметры системы от параметров окружающей среды, тем выше энергетическая ценность данной системы. Практическая энергетическая ценность вещества или системы равна нулю, если их параметры соответствуют параметрам окружающей среды.

Максимальная работа, совершаемая системой при ее взаимодействии с окружающей средой, получила название эксергии. «Эксергия» материи является максимальной работой, которую эта материя может совершить в обратимом процессе с окружающей средой, если в конце этого процесса все участвующие в нем виды материи приходят в состояние термодинамического равновесия со всеми компонентами окружающей среды»[19]. Эксергию наглядно можно изобразить графически (рисунок 13).

 

 

Т

 

 

То

 

S1 S2 S

Рисунок 13 - Эксергия теплоты

 

В произвольном процессе 1-2 к телу подводится теплота (площадь 12S2S1). Эксергия подводимой теплоты изображается заштрихованной площадью еq=q – To(S2-S1) . Площадь под линией To=const равна To=(S2-S1), представляет собой часть теплоты, которую невозможно использовать для практических целей. Та часть энергии, которая не может быть превращена в механическую энергию, называется энергией А, следовательно, q=eq+A, где А=То(S2-S1).



Различают эксергию теплоты, эксергию вещества в замкнутом объеме, эксергию вещества в потоке. Для расчета удельных эксергий используются зависимости:

- эксергия теплоты eq=q(1-(To/T));

-эксергия вещества в замкнутом объеме

ev=(U-Uo)-To(S-So)+Po(V-Vo);

-эксергия вещества в потоке eh=h-ho-To(S-So),

где То,Т – абсолютные температуры окружающей среды, вещества или потока соответственно; Uo,ho,So,Vo – внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, удельный объем при То; U,h,S,V – то же при Т; Ро – давление окружающей среды.

Приведенные зависимости не всегда позволяют просто рассчитать эксергию, поэтому используют другие упрощенные зависимости. В частности, это относится к топливам. Их химическую эксергию рассчитывают по формулам:



- для жидких топлив e=0,975 Qв;

- для твердых топлив e=Qв(1-Wp);

- для газообразного топлива e=1,04Qв, где

Qв – высшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м3; Wp- влажность твердого топлива.

Каждая анализируемая система характеризуется материальным, тепловым и эксергетическим балансами. Всякий реальный необратимый процесс сопровождается потерями эксергии и уравнение потоков эксергии имеет вид неравенства ΣЕ’› Σ Е”, т.е. сумма эксергий на входе в систему всегда больше суммы эксергий на выходе из нее. С учетом потерь эксергий вследствие необратимости процессов( ∑Д = ТоΔS - уравнение Гюи-Стодолы), происходящих в системе, получим уравнение эксергетического баланса

∑Е” = ∑Е’ – ∑Д = ∑Е’ – То ΔS.

 

На рисунке 14 изображена диаграмма Грассмана для процесса сжигания топлива.

 

 

внешние потери

внутренние потери

 

Рисунок 14 - Эксергетическая диаграмма Грассмана для процесса сжигания топлива

Установка состоит из подогревателей топлива и воздуха ВП, камеры сжигания КА и элемента ПП, где происходит использование эксергии топлива. В установку поступают потоки топлива и воздуха с эксергиями ехт и Δехвоз соответственно. В результате подогрева топлива и воздуха в подогревателе ВП за счет эксергии продуктов сгорания Е5 их эксергия возрастает от Е1 до Е’1. Процесс подогрева сопровождается потерей эксергии dехвоз , вызванной необратимым теплообменом между продуктами сгорания, топливом и воздухом. Далее подогретое топливо и воздух с эксергией Е2 поступает в камеру сгорания КА, где осуществляется процесс превращения эксергии топлива и воздуха в продукты сгорания высокой температуры. Процесс сгорания топлива в камере сгорания сопровождается потерей эксергии dехгор. Продукты сгорания с эксергией Е3 поступают в элемент ПП, которым является парогенератор (пароперегреватель). Процесс использования эксергии продуктов сгорания Е4 в ПП сопровождается эксергетическими потерями dехп, вызванными необратимым теплообменом. Остаточная эксергия Δехвоз частично используется для подогрева топлива и воздуха в топливо- и воздухоподогревателях. Эксергия выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания ехгор используется в котлах-утилизаторах. Δехпп является полезно использованной эксергией перегретого пара.



 

5.1 Эксергия топлива с достаточной точностью для приближенных практических расчетов может быть принята равной теплоте сгорания топлива:

 

(25)

 

3.2 Эксергия тепла продуктов сгорания определяется по зависимости

 

(26)

 

где Т0 = 273 °С – температура окружающего воздуха, К;

Ттеор – теоретическая температура горения, К;

 

3.3 Потери при адиабатном горении (без учета потерь эксергии за счет теплообмена топки с окружающей средой):

 

(27)

 

или в %:

 

(28)

 

Подставив числовые значения, получим

.

3.4 Определяем уменьшение эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена в нагревательно–испарительной части:

(29)

 

3.5 Приращение эксергии в процессе превращения воды в перегретый пар:

 

, (30)

 

где Sп.п. = 6,1845 кДж/м3- удельная энтропия перегретого пара, определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [3,9];

Sп.в. = 1,0662 кДж/м3 - удельная энтропия питательной воды, определяется по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [3,9];

 

или в %:

; (31)

 

3.6 Потери эксергии от теплообмена по водопаровому тракту:

 

(32)

или в %:

; (33)

3.7 Уменьшение эксергии продуктов сгорания за счет теплообмена в воздухоподогревателе:

 

(34)

 

3.8 Увеличение эксергии воздуха в воздухоподогревателе:

 

(35)

 

 

3.9 Потери эксергии за счет теплообмена в воздухоподогревателе:

 

(36)

 

или в %:

(37)

 

 

3.10 Составим эксергетический баланс котельного агрегата и определим эксергию уходящих газов:

(38)

 

(39)

 

или в %:

 

(40)

Подставив числовые значения в формулу (39), получим

или в %:

 

3.11 Эксергетический КПД котельного агрегата оценим через среднетермодинамическую температуру при теплоподводе:

 

(41)

 

 

3.12 Эксергетический КПД котельного агрегата:

3.12.1 С воздухоподогревателем:

 

(42)

 

 

3.12.2 Без воздухоподогревателя:

 

(43)

 

3.13 Диаграмма потоков эксергии котельного агрегата строится в масштабе (рисунок 14).

 


1 – здание котельной; 2 – дутьевый вентилятор; 3 – воздухоподогреватель; 4 – горелки; 5 – топка котла; 6 – водяной насос; 7 – бак питательной воды; 8 – золоулавливающее устройство; I – водяной тракт; II – перегретый пар;
III – топливный тракт; IV – путь движения воздуха;

 

Рисунок 1 - Схема котельной установки с барабанным котлом с естественной циркуляцией

 

 



12




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.