Основы эксергетического анализа топливоиспользующих установок. Учебное пособие

где sшл – энтропия золы, кДж/кг · К. Определяется по табл. П3 при температуре шлака tшл .

Потери эксергии вследствие необратимости горения Eгор опреде-

ляются из баланса эксергии адиабатической топки, т. е. топки, в которой нет передачи тепла к рабочему телу и внешних потерь, МВт:

Уравнение (4.46) рассчитывается по адиабатической температуре топки, т. е. такой температуре, которую имели бы продукты сгорания при отсутствии теплообмена в топке.

Адиабатическая температура в топке определяется из уравнения энергетического баланса топки в предположении адиабатического горения:

51

Свp 0,3266 , ккал/(м3 · °С);

СpCO2 0,4977 , ккал/(м3 · °С);

СpSO2 0,4944 , ккал/(м3 · °С);

СpN2 0,3378 , ккал/(м3 · °С);

СpH2О 0,4383 , ккал/(м3 · °С);

СpО2 0,3568 , ккал/(м3 · °С);

Сp з Сp шл 0,4202 , кДж/(кг · °С)

Эксергия продуктов сгорания при адиабатической температуре складывается из физической и химической эксергий, МВт:

Химическая эксергия продуктов сгорания не изменится.

Физическая эксергия продуктов сгорания при адиабатной температуре, кДж/кг,

i 1

где Cpi – изобарная теплоемкость компонента, кДж/(м3 · К). Определяется по табл. П2 при адиабатической температуре сгорания tад; tад –

адиабатическая температура горения, °С; si – энтропия компонента

продуктов сгорания, кДж/(м3 · К). Определяется по табл. П2 при адиабатической температуре горения tад.

52

Эксергия шлака при адиабатическом сгорании, МВт,

Eшл=10 3BтGшл Cp шлtад Tо.сsшл 1,0437QнрCГшл . (4.51)

Потери эксергии Eокр , вызванные необратимостью теплопередачи к окружающей среде, МВт,

Потери эксергии Eвн.т , вызванные внутренним теплообменом в котле,

По результатам расчета энергетического баланса строится диаграмма Сенки.

По результатам расчета эксергетического баланса строится диаграмма потоков эксергии, которая впервые была введена в практику П. Грассманом и в дальнейшем усовершенствована Я. Шаргутом и Г. Баером, а в настоящее время носит название диаграмма Шаргута– Грасмана.

В обеих диаграммах потоки энергии и эксергии изображаются полосами, ширина которых в масштабе пропорциональна их величине, а направление указывается стрелками. Отличие диаграммы потоков энергии от диаграммы потоков эксергии в том, что потоки энергии постоянны и их ширина не может измениться без внешнего ее подвода или отвода.

Из анализа схемы потоков энергии Сенки видно, что происходящие в технической системе потери энергии и качественные ее изменения в диаграмме не находят отражения. Ширина полос изменяется только в случае подвода или отвода энергии к отдельным подсистемам. Ho баланс поступающих и удаляемых потоков энергии сохраняется. В каждой подсистеме и всей технической системе суммарная ширина полос на входе равна ширине полос на выходе.

53

На схеме Шаргута–Грассмана видны все потери, возникающие в результате необратимых процессов в каждой подсистеме. Ширина полос уменьшается при прохождении потоков через подсистемы. Уменьшается также и общая, суммарная, ширина полос, указывающая на потери эксергии в реальной технической системе по мере осуществления в ней технических процессов. Величина каждой потери в подсистеме характеризуется уменьшением ширины полосы эксергии.

54

РЕШЕНИЕ

Материальный баланс котлоагрегата

Расчет процесса горения топлива.

Теоретически необходимое количество воздуха для горения газообразного топлива, м3/ м3:

Действительное количество воздуха, м3/ м3:

Vв V 0 ,

где 1,04 – коэффициент избытка воздуха для котлов с камерной топкой при сжигании природного газа (определяется по табл. 5).

Vв 1,04 9,44 9,82 .

Теоретический объем азота VN02 , м3/ м3:

VN02 0,79V 0 0,01Nр;

VN02 0,79 9,44 0,01 0,9 7,47.

Объем трехатомных газов VRO2 , м3/ м3:

VRO2 0,01 СO2 CO H2S mCmHn ;

VRO2 0,01(0,06 0 0 1 98,9 2 0,12 3 0,02 4 0,01) 0,993 .

56

Теоретический объем водяных паров VH02O , м3/ м3:

Теоретический объем дымовых газов Vг0 , м3/кг:

Vг0 VRO2 VN02 VH02O ;

Vг0 0,993 7,47 2,43 10,893 .

Действительный объем азота, м3/кг:

VN2 VN02 0,79( 1)V 0 ;

VN2 7,47 0,79(1,04 1)9,44 7,768 .

Действительный объем водяных паров, м3/кг:

VH2O VH02O 0,0161( 1)V 0 ;

VH2O 2,43 0,0161(1,04 1)9,44 2,436 .

Объем свободного кислорода, м3/кг:

VO2 0,21( 1)V 0 ;

VO2 0,21(1,04 1)9,44 0,0793 .

Действительный объем продуктов сгорания, м3/кг:

57

Vг 10,893 1,0161(1,04 1)9,44 11,277 .

в 98066,5 28,96 1,25 . 8314,7 273

Зола и шлак при сжигании газообразного топлива не образуются.

58

Дебаланс между входящими и исходящими потоками

Энергетический баланс котельного агрегата

Энергетический баланс котельного агрегата выражается уравнением

Qт Qв = Q1 +Q2 +Q3 +Q4 +Q5 +Q6 .

Теплота, выделяющаяся при сжигании топлива, кВт:

Qт BтQнр ;

Qт 35 590Bт .

Теплота, вносимая с атмосферным воздухом, кВт:

Qв Vв вBтСвptв ;

Qв 9,82 1,25 1,3 30Bт 478,725Bт.

Теплота, потраченная на приращение энтальпии рабочего тела, кВт:

тел; hп.в f (140 бар; 230 °С) 992,7 кДж/кг – энтальпия питательной воды; Dпр 0,025 88,89 2,22 кг/с – расход продувочной воды; hпр = f (160 бар; х 0) 1650 кДж/кг – энтальпия продувочной воды.

Подставляем значение для расчета Q1 :

Q1 (88,89 3488 91,11 992,7 + 2,22 1650) 223266,423 .

59

Потери теплоты с уходящими газами Q2 , кВт:

Так как рассчитанные продукты сгорания не содержат CO, то потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива Q3 0 , кВт.

Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива Q4 , кВт:

Q4 BтQнрC (GшлГшл GзГун) ;

Q4 0 .

Потери теплоты в окружающую среду Q5 , кВт:

Q5 0,0043BтQнр;

Q5 0,0043Bт 35 590 153,037Bт .

Потери теплоты с внутренней термической энергией шлака и золы Q6 , кВт:

Q6 Bт(GшлСp шлtшл GзСp зtух) ;

Q6 0 .

Подставляя рассчитанные значения в энергетический баланс котельного агрегата, определяем расход топлива, кг/с:

35590Bт 478,725Bт = 223266,423+ 2387,15Bт + 0+ 0+153,037Bт + 0 ;

60