Введение (по [4], [5], [6])

Энерготехнологией называется раздел, изучающий закономерности взаимосвязи технологических и энергетических процессов производства с целью экономии топливно-энергетических ресурсов и создания практически безотходного производства.

Наиболее перспективной считается создание энерго-химико-технологических схем (ЭХТС), в которых энергетическое оборудование входило бы в прямое соединение с химико-технологическим оборудованием, составляя единую систему; большая потенциальная возможность в экономии первичных энергоресурсов (ПЭР): (топливо, теплоты, энергии) заложена в эффективности использования вторичных энергоресурсов (ВЭР): (физические теплоты печных и технологических газов, теплоты сгорания отходов химических производств, энергии избыточного давления, продуктов и сырья химических производств).

В сочетании с элементами системного подхода схемы образовали инженерный метод, получивший название эксергетического.

Эксергия – это свойство термодинамической системы или потока энергии, определяемое (характеризуемое) количеством работы, которое может быть получено внешним приемником энергии при обратимом их взаимодействии с окружающей средой до установления полного равновесия.

Таким образом, при определении эксергии объект рассмотрения включает, прежде всего, саму систему (или поток энергии), затем окружающую среду, меру эксергии (работу), отдаваемую внешнему приемнику энергии, и, наконец, те объекты внешней среды, которые могут служить приемником энергии.

Система может быть как закрытой (без обмена с внешней средой и находящимися в ней объектами), так и открытой (при существовании такого обмена), стационарной (с параметрами, не изменяющимися во времени) и нестационарной.

Эксергетический метод термодинамического анализа ЭХТС основан на широком использовании эксергии.

Эксергетический метод является универсальным способом термодинамического исследования различных процессов преобразования энергии в ЭХТС. Все реально протекающие процессы - необратимые, и в каждом случае необратимость является причиной снижения совершенства процесса. Это происходит не из-за потери энергии, а из-за понижения ее качества, т.к. в необратимых процессах энергия не исчезает, а обесценивается. Таким образом, каждое необратимое явление – это причина безвозвратной потери энергии.

В эксергетическом методе термодинамического анализа ЭХТС каждый ее элемент рассматривается как самостоятельная термодинамическая система. Таким образом, при определении потерь эксергии в каждом элементе исследуемой ЭХТС выявляются и количественно оцениваются причины несовершенства протекающих в них процессов, что дает информацию о возможности повышения совершенства во всех элементах и позволяет создать наиболее совершенную ЭХТС. Это является основной целью эксергетического метода ЭХТС.

При термодинамическом анализе теплоэнергетических установок во многих случаях приходится оценивать работоспособность той теплоты, которая преобразуется в работу в циклах. Максимальное количество полезной работы, которую можно получить в цикле при заданных температурах источников теплоты, называется работоспособностью (эксергией) теплоты.

Эксергия будет тем больше, чем менее необратим процесс. Тем больше в этом случае будет получено полезной работы. Все это позволяет ввести понятие так называемой эксергетической эффективности процесса или эксергетического КПД. Он определяется отношением использованной эксергии к подведенной:

Из этого следуют два принципиально важных свойства КПД:

1. Для идеального, полностью обратимого процесса, где потери Д отсутствуют, значение (или 100%). В реальных процессах, занимающих промежуточное положение, всегда ; чем выше , тем система преобразования термодинамически совершеннее.

2. Разность между Е_отв и Е_подв, т.е. эффектом и затратами, всегда равна суммарной потере от необратимости.

Эксергетический КПД позволяет учесть потери только из-за необратимости процессов, так как лишь в необратимых процессах происходит потеря эксергии. Поэтому для анализа всех обратимых циклов (теоретически обратимые циклы, цикл Карно) он неприменим – во всех этих случаях .

Тем не менее, эксергетический метод анализа необратимых тепловых процессов получил в последнее время широкое распространение. Особое значение он приобрел при оценке эффективности технологических процессов.

Цель работы:

эксергетический анализ печи перегрева.

Задачи:

1. Рассчитать эксергетический КПД процесса горения.

2. Рассчитать эксергетический КПД печи перегрева водяного пара.

3. Составить эксергетический баланс установки.

4. Вычислить эксргетические потери печи перегрева водяного пара.

5. Построить диаграмму Грассмана-Шаргута.

6.Изобразить на T-S и Р-Н диаграммах изменение состояния продуктов сгорания и водяного пара в печи перегрева.