кот / 7

Эксергетический баланс котла

Для оценки эффективности теплотехнических процессов, в том числе и в котлах, все большее применение находят методы, основанные на совместном использовании первого и второго законов термодинамики. Это связано с тем, что обычно применяемая система КПД, базирующаяся на первом законе термодинамики, в соответствии с уравнением теплового баланса учитывает лишь количество теплоты и не рассматривает ее качество.

Действительно, одинаковая энтальпия продуктов сгорания, например Q = V_rc_rt_r = 1000 МВт, может быть получеш. при температуре газов 50 °С и при температуре 1000 °С следовательно, при различных количествах

Для термодинамической оценки эффективности котла применим метод эксергетических балансов. Под эксергией, как известно, понимают максимальную работу, которая может быть совершена при обратимом переходе какой-либо термодинамической системы из состояния с заданными параметрами в состояние равновесия с окружающей средой.

Работоспособность (эксергия) теплоты Q, МВт, при температуре Т, К, может быть определена из соотношения, справедливого для обратимого цикла Карно:

 

где Т₀ - абсолютная температура окружающей среды.

Коэффициент (1-Т₀/Т) учитывает качество теплоты при температуре окружающей среды Т₀. При температуре теплоносителя Т = Т₀ эксергия ее равна нулю. Чем выше температура теплоносителя Т, тем больше эксергия, тем больше ценность этой теплоты.

Эксергия потока Е_м, МВт, при условии, что кинетической и потенциальной энергией можно пренебречь, определяется по формуле

 

где Н и Н₀ - энтальпии потока и окружающей среды; S-S_o - изменение энтропии горячего источника, равное приросту энтропии окружающей среды. Эксергетический КПД, %, представляет собой отношение полезно усвоенной эксергии к эксергии затраченной и определяется по формуле

 

Эксергетическнй баланс котла применительно к котлу дает возможность не только оценить качество полезно затраченной теплоты и всех потерь, найденных из теплового баланса, но и выявить потери, которые в тепловом балансе вообще не находят отражения

эксергетический баланс котла, определяемый отношением полезно использованной эксергии (эксергия пара) и затраченной (эксергия топлива), составляет

 

что значительно ниже коэффициента использования теплоты топлива (90,9 %) по тепловому балансу котла. Такой относительно низкий эксергетический баланс котла обусловлен значительными потерями, возникающими в процессе передачи теплоты от топлива, обладающего химической энергией высокого потенциала, к низкопотенциальному. Эксергетический баланс котла указывает, например, на пути повышения его термодинамической эффективности. Так, повышение температуры подогрева воздуха вызывает повышение температуры горения, что в свою очередь приводит к снижению потери эксергии при горении. Повышение параметров пара приводит к уменьшению потерь от необратимости теплообмена. При этом эксергетический баланс котла увеличится.