Національний університет водного господарства і природокористування

Кафедра теплоенергетики та машинознавства

Лабораторна робота № 1

дослідження втрат ексергії та потенціалу енергозбереження при непроектному використанні теплообмінників

Варіант № ___

Студент(ки)а

ІІІ к. ТЕ гр. №_____

______________________

Перевірив доц. В. Кочмарський

______________________

Рівне, 2013

Лабораторна робота № 1

1 Тема: дослідження втрат ексергії та потенціалу енергозбереження при непроектному використанні теплообмінників.

2 Мета: визначити втрати ексергії, ексергічний ккд та потенціал енергозбереження.

3 Постановка задачі

Часто на виробництві через різні причини використовують теплообмінники в умовах, що не відповідають їх проектному режиму роботи. На перший погляд це не призводить до якихось особливих проблем, оскільки, навіть, працюючи в непроектному режимі, теплообмінники забезпечують потрібний нагрів вторин-ного теплоносія (того, що нагрівають), забезпечуючи технологічні потреби. Проте, детальніший аналіз такої ситуації виявляє значні втрати енергії, яких зазнає користувач у таких ситуаціях. Проаналізуємо непроектне використання ТО детальніше у наведеному нижче прикладі.

На підприємстві є пароводяний підігрівник для нагрівання q₁ кг/с води від температури t₁°C до температури t₂°C, розрахований за проектом на викорис-тання вологої насиченої пари з тиском Р₀ МПа. Проте, на підприємстві користуються парою з більшим тиском Р МПа. Дослідити:

• витрату пари через ТО у проектному та фактичному режимах;

• ентальпії пари та конденсату першого теплоносія;

• ексергії пари, конденсату і води;

• збільшення ексергії води при нагріванні;

• зменшення ексергії пари при теплопередачі;

• загальну втрату ексергії теплоносіїв при теплопередачі;

• збільшення втрати ексергії теплоносіїв через непроектний режим;

• перевитрату палива через непроектний режим;

• потенціал енергозбереження для даного режиму роботи ТО;

• ексергічний коефіцієнт корисної дії ТО;

• змінюючи тиск Р у вказаних межах, нарисувати графіки залежностей всіх згаданих величин від Р.

Дані для розрахунків взяти з таблиць стану пари і води та з "h-s" діаграми, або розрахуйте їх за спеціальною програмою. Нижча теплота згоряння умовного палива Q_у.п.= 29.3 МДж/кг, питома теплоємність води 4.18 кДж/(кг·К). Зовнішніми втратами знехтувати.

4 Теоретичний аналіз ситуації

4.1 Визначаємо витрату пари, необхідної для нагріву вторинного

теплоносія

Для визначення теплового навантаження ΔQ у теплообміннику, необхідного для ізобарного нагріву води від температури t₁ до t₂ використаємо рівняння балансу енергії,

ΔQ_р = ΔH = q·C_p·(t₂ – t₁) (1)

ΔH, q, C_p – зміна ентальпії вторинного теплоносія, його масова витрата і питома теплоємність води при сталому тиску.

Маючи теплове навантаження, знаходимо витрату пари, потрібну для забезпечення цього навантаження

, (2)

h_п, h_к – ентальпії пари і конденсату, відповідно.

Приймемо, що гріюча пара насичена, а конденсат пари охолоджується до температури на Dt градусів нижчої від температури насичення t_н(Р), тоді

, h_k[t_н(P)-Δt] = C_p·( t_н(P)-Δt), (3)

h_n(p.х), h_к(t_н - Dt) – ентальпія насиченої пари при тиску Р та ентальпія конденсату при t = t_н - Dt, Dt – температура охолодження конденсату. В подальшому будемо позначати витрату пари в проектному режимі через D(P⁰), а в реальному D(P).

4.2 Зміна ексергії другого теплоносія (води)

Нагадаємо, що ексергією називають частину енергії, яка за даних умов може бути перетворена в роботу. Ексергія маси М обчислюється за формулою

Eх(М) = H₁ – H₀ + (S – S₀)∙T₀ , (4)

H₀ , H₁ , S₀ , S, T₀ - ентальпія, ентропія маси M в станах 1 та 0.

Приріст ексергії води, що нагрівається (другий теплоносій), див. (4),

ΔEх_води = q·[Δh_води – T₀·Δs_води], (5)

Dh(води) – зміна питомої ентальпії та Ds(води) – зміна питомої ентропії води при нагріванні; Т₀ – температура зовнішнього середовища.