8. Розрахунки ексергії горіння палива. Визначення термічного та ексергетичного коефіцієнта корисної дії

Ексергія рідких вуглеводнів дорівнює

е/W = 1,0406+0,144(Н/С)

Ексергія суміші газоподібних зуглезоднів:

е/W = 1,0334 + 0,0183·(Н/С) – 0,0694·(1/С)

Ексергія технічного твердого палива:

Є/W = 1,0437 + 0,0158 (Н/С) + 0,0823 (О/С) + 0,0499 (N/C)

де Є - нормальна хімічна ексергія ;

Н,0,С- відповідно кількість атомів водню, кисню, вуглецю;

W - нормальна теплота згоряння.

Цілевий к.к.д. визначаємо як відношення одержаної корисної ексергії Σ Ек до витраченої ексергії Σ Ев.

η_е = (Е_поч. - Е_в)/ Е_поч.·100 %

де Епоч - ексергія початкових продуктів на вході в апарат;

Ев - втрати ексергії з ході технологічного процесу.

8.1. Приклади розрахунків.

8.1.1 Розрахунок ексергії вихідного палива.

Для зручності розрахунку характеристику вихідного палива (його склад) приведена в табл.8.1. В завданні на курсову роботу склад палива приведений в %. Проте для розрахунків ексергії та інших величин потрібні концентрації окремих елементів в долях одиниці, молях/кг та кг/кг полива. Приймаємо склад (%) твердого палива слідуючим:

С - 82,9 ;Н -6,2 ;N- 1,1 ; S - 1,8 ; 0-1 ; Н2О - 7.

Підрахуємо концентрацію елементів у паливі в вищевказаних одини­цях і записуємо результати з табл. 9.1.Таблиця

8.1 -Склад початкового палива

Речовина	Склад
	% моль/кг		кг/кг	долі одиниці
С	82,9	69,08	0,829	0,829
Н	6,2	31,00	0,062	0,062
N	1,1	0,393	0.011	0,011
S	1,8	0,563	0,018	0.018
О	1,0	0,313	0,01	0,01
Н2О	7,0	3,89	0,07	0.07

Для розрахунку мольної концентрації моль/кг необхідно кількість елементу в грамах розділити на його молекулярну вагу. Наприклад, для вуглецю 829/12=69,08

Для розрахунку ексергії органічних речовин Шаргут запропонував ряд емпіричних формул. Деякі з них приведені в [ 1, с. 259-260 ].

Так як взяте для прикладу технічне тверде паливо містить крім вугле­цю та водню, азот та кисень, то для розрахунку його ексергії придатна формула:

E/W = 1,0437 + 0,0158 (Н/С) + 0,0823 (О/С) + 0,0499 (N/C)

де С,Н,0, N - відносно число атомів вуглецю, водню, кисню і азоту (можна приймати кількість г- атомів в 1 кг палива);

W - теплота згоряння палива.

Для різних вуглеводів, які містять крім вуглецю і водню, сірку та ки­сень, ексергію розраховують по формулі:

Е = W- {1,0407 + 0,0154 ( Н/С) + 0,0562 (О/С) +0,5904 (S/C)

•{1-0,175(Н/С)] } , кДж/кг

Для газоподібного палива :

Е = W • [ 1,0334 + 0,183 (Н/С) - 0,0694 (N/C)], кДж/кг

При відсутності даних про експерементальне визначення теплоти згорян­ня даного палива, її можна з достатньою точністю підрахувати по фор­мулі Менделєєва:

Wb = 33193 С + 125604Н + 10885,7 S - 10885,7 О, кДж/кг

де C,H,S і О - ваговий вміст відносно вуглецю, водню, сірки та кисню в паливі, к/кг (див. Табл. 8.1,4 стовпчик).

Якщо водяні пари, які знаходяться в продуктах згоряння, сконден­сувати, то може бути використана захована теплота конденсації, в цьому Випадку говорять о вищій теплоті згоряння Wb. Якщо ж вода залишаєть­ся в пароподібному стані, то кількість тепла, яка отримана від згоряння палива характеризується нищою теплотою згоряння Wh.

Wh = Wb-2514(9H + Wн2О)

де Wb - вища теплота згоряння палива підрахована по формулі Менделєєва; Н і Wн2О - вміст водню та води в паливі відносно (кг/кг). Використання нищої або вищої теплоти згоряння для розрахунку ексергії залежить від температури продуктів горіння на виході з апарату. При температурі продуктів горіння нище 373 К при розрахунках викорис­товують вищу теплоту згоряння. В останніх випадках використовують ни­щу теплоту згоряння.

Вища теплота згоряння взята для прикладу палива складається

Wb = 33193-0,829+125604-0,062+10885,7-0,018- 10885,7-0,01 =

= 35391,5 кДж/кг

Ексергія палива

Е= 35391.5 [ 1,0437+0,0158(31,0/69,08)+ 0,0823( 1,125/69,08)+0,0499 ( 0,393/69,08)] = 37246,5