4. Эксергетический баланс (эб)

ТБ котла дает количественную картину распределения располагаемой теплоты, в том числе и распределение тепловых потерь, без учета качества теплоты в составляющих баланса. Качество вырабатываемой теплоты оценивается по отношению к параметрам окружающей среды с использованием параметра эксергии.

Эксергией (работоспособностью) называется максимальная работа, которую может совершить система в обратимом процессе при переходе от данного состояния до равновесия с окружающей средой.

Эксергетический баланс отражает равенство подведенной к системе эксергии и отведенной от нее эксергии и потерь.

Основными задачами Эб являются:

- оценка всех ЭР и ЭН, в том числе и вторичных, в пределах одного технологического процесса, цеха, предприятия, отрасли, нар.хоз;

- определение степени термодинамического совершенства технических систем, установок, аппаратов по проектным и эксплуатационным данным;

- определение на всех этапах преобразования и использования энергии, потерь эксергии во всех элементах систем и установок;

- термодинамическая оптимизация систем, установок, их элементов.

Эксергия потока вещества определяется двумя составляющими: физической и химической эксергией. Физическая эксергия определяется разностью параметров вещества (Т, Р) и окружающей среды (Т₀, Р₀). Химической эксергией называется эксергия вещества с параметрами Т₀ и Р₀.

Для рабочей системы можно записать Эб:

Σ Е’_э + Σ Е’_q + Σ Е_топ + Σ С’_тi ℮’_i = Σ Е”_э + Σ Е”_q + Σ С”_тi ℮”_i + Σ D (4)

где Σ Е’_э и Σ Е”_э – эксергия энергетических потоков на входе и выходе системы; Σ Е’_q и Σ Е”_q – эксергия теплоты на входе и выходе системы; Σ С’_тi ℮’_I и Σ С”_тi ℮”_I – эксергия потоков вещества на входе (сырье) и выходе (продукты) системы; Σ Е_топ – эксергия топлива на входе в систему; Σ D – потери эксергии в системе.

Удельную эксергию потока вещества определяют:

Δ₀℮ = ℮_ф + ℮₀, (5)

℮_ф – физическая и ℮₀ – химическая эксергии.

Эксергию теплового потока определяют:

E_q = Q(1-T0/Ť), (6)

℮_I – удельная эксергия вещества, С_т – расход вещества,

Е_топ = ℮_т.х.В, (7)

℮_т.х. – удельная химическая эксергия топлива, В – расход топлива.

Для оценки совершенства системы используются эксергетические КПД, который должен соответствовать следующим условиям: 1) КПД должен представлять собой отношение, у которого числитель (полезный эффект) и знаменатель (затраты) выражены в качественно однородных величинах полностью превратимой энергии, т.е. эксергии. 2) Разность между знаменателем и числителем должна быть равна потере полностью превратимой энергии (эксергии) от необратимости в системе. 3) КПД должен отражать степень реализации цели, поставленной перед технической системой

η_экс = (Э_пол/Э_затр)100%, (8)

Энергетический КПД однозначно определяет эффективность работы каждой технической системы. Поэтому вводится классификация технической системы с точки зрения получаемых в них полезных эффектов. 1) S, полезные эффекты которых сводятся к увеличению одних видов эксергии за счет снижения других видов или к получению одних веществ из других в результате химических реакций. 2) S, полезные эффекты которых сводятся к передаче одного и того же вида эксергии от одной подсистемы к другой. 3) S, полезные эффекты которые сводятся и к преобразованию эксергии, и к передаче эксергии от одной подсистемы к другой (т.е. получаются полезные эффекты, свойственные системам первой о второй групп одновременно).