10.7.Эксергетический баланс коксовых печей

Оценку эффективности использования теплоты в теплотехнических установках независимо от их сложности основывают обычно на первом законе термодинамики, т.е. составляют энергобаланс, отражающий количественную сторону тепловых процессов в этих установках. Однако все большее применение находит метод анализа работы теплоиспользующих установок с учетом качественных различий, располагаемых энергоресурсов и необратимости реальных рабочих процессов на основе совместного использования первого и второго закона термодинамики, получивших название эксергетического.

Эксергетический анализ позволяет учесть не только количественные, но и качественные характеристики, располагаемых энергоресурсов в различных элементах оборудования, степень их совершенствования и необратимости отдельных процессов в этих элементах установки в целом.

Термодинамическая оценка эффективности теплоиспользующих установок основывается на двух системах коэффициентов эффективности:

- энергетический (тепловой) к. п. д.

- эксергетический к. п. д.

Если энергетическая система коэффициентов эффективно характеризует работу, которой располагает система, то эксергетическая эффективность - максимальную работу, которая может быть получена в системе.

В общем случае эксергия (работоспособность), располагаемой теплоты Q, при температуре Т

Е_тепл = Q(1 – Т_о/Т) (161)

где (1 – Т_о/Т) - коэффициент качества теплоты при температуре окружающей среды Т_о, зависящий от Т. Он показывает какая часть полного количества теплоты Q может быть превращена в работу (эксергия теплоты при температуре окружающей среды).

Эксергетический баланс описывается выражением:

Е_топл+Е_ф..+Е_ф.м.+Е_экз. =

= Е_тп..+Е_энд.+Е_о.с.+Е_ог.+SUM(Е_г.о.)+Е_гор.+Е_т (162)

где Е_топл = В * е(топл) –эксергия топлива кВт, здесь В - расход топлива м³/с (кг/с); е(топл) = Q_н^р- удельная эксергия топлив кДж/м³ (кДж/кг).

Приближенное равенство е(топл) = Q_н^р справедливо лишь для углей, метана и коксового газа, для жидкого топлива е(топл) = 0,975* Q_н^р. Для газов, имеющих более одного атома углерода е(топл) = 0,95* Q_н^р.

Е_ф.. = Е_ф.в. + Е_ф.г. = В*(V_в*е(ф.в.)+е(ф.г.)) - физическая эксергия компонентов топлива и воздуха.

здесь V_в - расход воздуха для сжигания топлива м³/м³ (м³/кг);

е(ф.в.),е(ф.г.)- удельные эксергии соответственно нагретого воздуха и газа

Е_ф.м. = SUM(Gмi*е(mi)) - физическая эксергия исходных технологических (шихтовых) материалов, поступающих в агрегат, здесь Gмi - массовый расход i - го компонента шихтовых материалов, е(мi) - удельная эксергия i - го компонента.

Е_экз. = SUM(Gmi * e(экз.i)) - эксергия экзотермических реакций компонентов, загружаемых материалов, поступающих агрегат, здесь е(экз.i) - удельная эксергия экзотермических реакций i-го компонента.

Е_тп. - расход эксергии для нагрева технологического продукта.

Е_энд. = SUM(Gmi*е(энд.i) - расход эксергии на эндотермические реакции.

Е_о.с. = Q_о.с.*(1-Т_о/Т_п.с.) - потери эксергии в камере печи, вследствие теплообмена с внешней средой, здесь Q_о.с.- суммарный отвод теплоты в окружающую среду (принимают по энергетическому балансу), кВт; Т_о - температура окружающей среды; Т_п.с. - средняя термодинамическая температура продуктов сгорания.

Т_п.с= (Т_гор.г. - Т_отх.)/ln(Т_гор.г./Т_отх.) (163)

Q_н^р + Q_ф

где Т_гор.г.= ----------------- - температура горения топлива при на-

V_п.с.*С_п.с. гретых компонентах горения;

Т_отх. - температура продуктов сгорания на выходе из рабочей камеры;

(1 – Т_о/Т_п.с.) - коэффициент качества теплоты при температуре окружающей среды;

Е_о.г.= В*V_п.с.*е(п.с.) - потеря эксергии с отходящими продуктами сгорания;

E_т.о.= SUM G_т.о.*е(т.о.) - расход эксергии на нагрев технологических отходов;

Е_гор.= В*(е(топл.) + V_в*е(в) - V_п.с.*е(п.с.) - потеря эксергии из-за необратимости процесса горения топлива, м³/ м³ (м³/кг);

е(п.с.) - удельная эксергия продуктов сгорания, кДж/ м³;

Е_т = Е'_п.с. – Е''_п.с. – Е_т.п. – Е_о.с. = В * V_п.с.(е'(п.с.) – e''(п.с.)) – Е_т.п. – Е_о.с. - потеря эксергии вследствие теплообмена продуктов сгорания с нагреваемым материалом.