Работоспособность (эксергия) тепла Q, МВт, при температуре Τ может быть определена из соотношения, справедливого для обратимого цикла Карно:
,
где Т0— абсолютная температура окружающей среды.
Коэффициент (1—Т0/Т) учитывает качество тепла при температуре окружающей среды Т0.
Эксергия потока EМ = I - I0 - T0×(S-S0),
где I и I0 — энтальпия потока и окружающей среды;
S-S0 — изменение энтропии горячего источника.
Эксергетический к. п. д. представляет собой отношение полезно усвоенной эксергии к эксергии затраченной и определяется по формуле, %,
Здесь Епот – потери эксергии.
Основными потерями эксергии являются: потери из-за необратимости горения топлива; потери из-за необратимости теплообмена; потери при смешении.
Потери эксергии вследствие необратимости процесса горения, МВт:
Егор. = Етоп. + Ев. – Еп.с.,
где Εтоп = е×В — эксергия топлива, поступающего в котельную установку. е » QpН, МДж/кг (или МДж/м3);
Ев - эксергия воздуха, выносимого из котельной установки;
Еп.с. - эксергия продуктов сгорания, уходящих из котельной установки.
Потери эксергии от необратимости теплообмена, МВт:
ЕТ = (Е1 – Е2) – (Е4 – Е3) – Ен.о.пот.,
где Е1и Е2— эксергия греющего потока теплоносителя на входе и на выходе рассматриваемого участка;
Е3 и Е4— эксергия нагреваемого потока на входе и на выходе рассматри-ваемого участка;
Ен.о.пот. = Qн.о.(1 — T0 /Tср.) — потери эксергии рассматриваемым участком от наружного охлаждения (т.е. от непереданной теплоты).
Потери эксергии при смешении потоков с различными температурами (Т1 и Т2) имеют место, например, при подсосе воздуха в парогенератор, МВт:
Eсм. = ETl+ET2 – Eсм.,
где ETl ,ET2— эксергии смешивающихся потоков;
Eсм.— эксергия потока после смешения.
При тепловом к. п. д, парогенератора hпг.=90%, эксергетический к, п. д., может составлять всего hэкспг.=46%. Такой низкий (эксергетический) к.п.д. объясняется значительными потерями при передаче тепла от топлива, обладающего химической энергией высокого потенциала, к низкопотенциальному пару.
ПРИКЛАДИ РІШЕННЯ ЗАДАЧ
Задача 1. Визначити склад робочої маси вугілля марки Д, якщо склад його горючої маси: Cг=80,0%, Нг=5,6%, Sгл=0,4%, Nг=2,5%, Ог=11,5%, зольність сухої маси Ас=12,0% і вологість робоча Wр=9,5%.
Рішення
Використовуючі формулу перерахунку, знаходимо зольність робочої маси палива:
Для знаходження складу робочої маси палива обчислимо коефіцієнт k:
Задача 2. Визначити теоретичний і дійсний об’єм повітря, необхідного для згоряння та об’єм продуктів повного згоряння на виході з топки, якщо склад природного газу: СО2=0,4%, СН4=97,8%, С2Н6=0,1%, С3Н8=0,5%, С4Н10=0,2%, N2=1,0%, коефіцієнт надлишку повітря αт=1,2.
Задача 3. Визначити теоретичний та дійсний об’єми продуктів згоряння (тобто об’єм продуктів повного згоряння) на виході з топки, якщо склад робочої маси вугілля: Cр=56,6%, Нр=6,7%, Sрл=0,4%, Nр=1,5%, Ор=11,8%, Ар=12,5%, Wр=10,5%, коефіцієнт надлишку повітря αт=1,2.
Задача 4. Визначити нижчу та вищу теплоту згоряння робочої маси вугілля марки Д, якщо склад його горючої маси: Cг=77,5%, Нг=5,6%, Sгл=0,4%, Nг=2,5%, Ог=14,0%; зольність сухої маси Ас=12,0% і вологість робоча Wр=11,0%.
Рішення
Пересчитываем горючую массу топлива в рабочую.
Коэффициент пересчета:
Состав рабочей маси топлива:
СР = СГ · k = 77,5 · 0,78 = 60,45%;
HР = HГ · k = 5,6 · 0,78 = 4,37%;
SРЛ= SГЛ· k = 0,4 · 0,78 = 0,31%;
NР = NГ · k = 2,5 · 0,78 = 1,95%;
OР = OГ · k = 14 · 0,78 = 10,92%.
Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива находим по формуле Менделеева: