Эксергетический метод

Эксергия (максимальная полезная работа) любой изолированной термодинамической системы, состоящей из источника работы и окружающей среды:

, где U – внутренняя энергия; s – энтропия; V – объем источника работы; величины без индекса относятся к начальному (неравновесному) состоянию системы, величины с индексом 0 – к её конечному (равновесному) состоянию; и – температура и давление среды источника работы, находящиеся в термодинамическом равновесии со средой.

Понятие эксергии удобно применять для анализа работы паросиловых установок, поскольку в них имеется непрерывный поток рабочего тела (воды и пара). Эксергия потока (удельная работоспособность) однозначно определяется, если известны параметры потока и параметры среды

. Если эксергия потока на входе в аппарат равна , а на выходе из аппарата , то разность величин

расходуется на совершение работы и на необратимые потери . Отсюда потеря работоспособности потока вследствие необратимости процессов внутри аппарата:

.

Т. о., эксергетический метод позволяет судить о степени необратимости процессов внутри аппарата по его внешней характеристике – разности эксергий на входе в аппарат и на выходе из него.

Котлоагрегат

Эксергия воды на входе в котлоагрегат

кДж/кг.

Эксергия воды на выходе из котлоагрегата

кДж/кг.

Эксергия сжигаемого топлива в топке котла

кДж/кг.

Потеря работоспособности в котлоагрегате

кДж/кг.

Паропровод

Пар из котла поступает в паропровод, поэтому его эксергия на входе в паропровод равна эксергии на выходе из котла

кДж/кг.

Эксергия пара на выходе из паропровода

кДж/кг.

Потеря работоспособности пара в паропроводе

кДж/кг.

Турбогенераторная установка

Эксергия пара на входе в турбину равна его эксергии на выходе из паропровода

кДж/кг.

Эксергия на выходе из турбогенераторной установки

кДж/кг.

Потеря работоспособности в турбогенераторной установке

кДж/кг.

Конденсатор

Эксергия пара на входе в конденсатор равна его эксергии на выходе из турбогенераторной установки

кДж/кг.

Эксергия на выходе из конденсатора

кДж/кг.

Потеря работоспособности в конденсаторе

кДж/кг.

Насос

Эксергия пара на входе в насос равна его эксергии на выходе из конденсатора

кДж/кг.

Эксергия на выходе из насоса равна эксергии на входе в котлоагрегат

кДж/кг.

Для привода насоса извне поступает электрическая энергия, величина которой, приведенная к единице топлива,

кДж/кг.

Потеря работоспособности в насосе

кДж/кг.

Потери работоспособности (эксергии) вычисляются по отношению к работе цикла Карно .

Расчеты относительных потерь эксергии в каждом элементе ПСУ, приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Относительные потери эксергии в котлоагрегате		0,5236
Относительные потери эксергии в паропроводе		0,0065
Относительные потери эксергии в турбогенераторной установке		0,1057
Относительные потери эксергии в конденсатор		0,0380
Относительные потери эксергии в насос		0,0006

Суммарные потери паросиловой установки согласно эксергетическому методу:

кДж/кг или в относительных единицах:

.

Относительная работоспособность паросиловой установки:

.

Эффективный абсолютный КПД паросиловой установки:

Потери работоспособности и абсолютный КПД паросиловой установки, рассчитанные методами коэффициента полезного действия, энтропийным и эксергетическим должны совпадать.

Результаты расчета потерь работоспособности энтропийным и эксергетическим методами приводятся в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Элемент	Метод расчета потерь, кДж/кг
	энтропийный	эксергетический
Котлоагрегат	1748,1804	1748,1804
Паропровод	21,7111	21,7399
Турбина	352,7501	352,7501
Конденсатор	127,0197	127,0231
Насос	1,9228	1,9495
Сумма	2251,5842	2251,6430

По результатам расчета строится диаграмма потерь работоспособности.

В выводах выявляются элементы, вносящие наибольший вклад в величину потери работоспособности системы; приводятся мероприятия по снижению потерь работоспособности и повышению эффективности паросиловой установки.

Рис. 1.3. Диаграмма теплового баланса.

Рис. 1.4. Диаграмма потерь эксергии (работоспособности).

Выполненный анализ показал.

1. Абсолютный эффективный КПД паросиловой установки . 53,1% теплоты теряется в конденсаторе.

2. Для повышения коэффициента использования топлива в городах с большой тепловой нагрузкой необходимо комбинированное выработка электрической и тепловой энергии.

3. Элементом конструкции паросиловой установки с наибольшими потерями работоспособности является котлоагрегат.

4. Для снижения необратимых потерь необходим переход на суперкритические параметры пара.