ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 172
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
где – полезно использованная эксергия; – затраченная эксергия.
Баланс эксергии является условным, так как эксергия во всех реальных необратимых процессах безвозвратно теряется и, следовательно, суммарная эксергия потоков вещества и энергии на выходе всякого устройства меньше, чем на входе. Для получения равенства к эксергии на выходе добавляют ее суммарные потери :
Эксергетический баланс записывают также в виде
Из сопоставления последнего равенства с выражением следует, что
то есть чем больше безвозвратные потери эксергии, тем ниже эксергетический КПД.
где ????затр, Еисп — соответственно затраченная и использованная эксергии;
????тр — транзитная эксергия, то есть эксергия, которая проходит от входа в установку до
выхода из нее, не участвуя в процессах преобразования энергии. Для котла–утилизатора в
данном случае к транзитной эксергии относятся эксергии потоков питательной воды и
воздуха , а также физическая эксергия потока отходящих газов сажевого производства.
21. Определение эксергетических КПД для сложных ЭХТС
ЭХТС представляет собой комплекс взаимосвязанных технологических и энергетических устройств, в котором изменение термодинамического совершенства процессов, протекающих в любом из элементов, приводит к изменению показателей термодинамического совершенства ЭХТС в целом.
В ЭХТС структура потоков эксергии оказывается весьма сложной. Потоки эксергии могут поступать извне одновременно в несколько элементов. Часть потоков эксергии внутри системы оказываются замкнутыми вследствие циркуляции вещества и регенерации теплоты.
Для того, чтобы получить зависимость между показателями термодинамического совершенства отдельных элементов и ЭХТС в целом, рассмотрим ее обобщенную схему (рисунок 17.1). Сплошными линиями со стрелками на схеме показаны потоки эксергии.
Среди общего числа N0 элементов системы всегда могут быть выделены N1 головных элементов, через которые в систему поступают потоки эксергии, и N2 концевых элементов, через которые потоки эксергии уходят из ЭХТС. Через систему могут также проходить транзитные потоки эксергии. Суммарный транзитный поток каким-либо образом распределен, с одной стороны, между элементами, через которые эксергия поступает в систему, и, с другой стороны, между элементами, через которые эксергия из системы отводится. В соответствии с определением эксергетического КПД имеем для всей ЭХТС
Потери в k -ом элементе ЭХТС равны
где
‒ эксергетический КПД k -ого элемента, а коэффициент.
выражает отношение эксергии, затраченной в k -ом элементе, к эксергии, затраченной во всей ЭХТС.
Таким образом, влияние эксергетического КПД элемента на эксергетический КПД системы зависит от того, какую долю составляет эксергия, затрачиваемая в данном элементе, по отношению к общей затраченной в системе эксергии. Количественно указанное влияние определяется коэффициентом .
Для оценки эксергетического КПД ЭХТС, отнесенного к производству конкретного вида продукции, можно воспользоваться формулами (17.5) и (17.6), рассматривая только элементы системы, связанные с производством данного продукта.
В частном случае эксергетический КПД ЭХТС может быть выражен как произведение эксергетических КПД элементов
Однако этой формулой можно пользоваться только при соблюдении следующих условий:
‒ транзит эксергии через систему отсутствует;
‒ вся затраченная эксергия поступает извне только в один из элементов системы;
‒ внутри системы поток эксергии последовательно проходит через все элементы системы от первого до последнего, из которых отводится в виде полезной эксергии.
При соблюдении указанных условий диаграмма Грассмана-Шаргута имеет линейную структуру.
22. Источники теплоты в химическом производстве. Виды органических топлив, их состав и теплотехнические характеристики.
Источники теплоты различаются по их размерам, закону распределения плотности тепловых потоков, скорости перемещения, времени функционирования и др. Всего выделяются четыре группы источников: точечный, линейный, плоский, пространственный.
Основой является точечный мгновенный источник, в качестве которого можно рассматривать источник, все размеры которого во много раз меньше размеров тела. Именно точечный мгновенный источник используется для построения других типов источников: линейный источник рассматривается как бесконечное множество точечных источников, расположенных параллельно какой-либо координатной оси; плоский источник рассматривается как бесконечно большое число одновременно действующих линейных источников; пространственный источник – это совокупность одновременно действующих линейных источников, заполняющих пространство.
Большую часть теплоты, необходимой для энергетики и технологических нужд, например для нагрева металла, получают в настоящее время путем сжигания органических топлив, в которых основными горючими компонентами являются углерод и водород.
Существует много горючих веществ, но к топливам относят лишь те из них, которые удовлетворяют следующим требованиям:
– их получение или добыча, а также использование должны быть целесообразными по технико–экономическим соображениям;
– продукты сгорания должны легко удаляться из зоны горения;
– процесс горения должен быть легко управляем;
– продукты сгорания должны быть максимально безвредными для окружающей среды и оборудования.
Органические топлива в полной мере удовлетворяют перечисленным требованиям.
В зависимости от агрегатного состояния различают твердые, жидкие и газообразные топлива.
По происхождению топлива подразделяют на естественные и искусственные. К первым относят все ископаемые виды топлив, ко вторым – топлива, полученные в результате переработки ископаемых топлив или образовавшиеся в результате того или иного технологического процесса.
| | естественные | искуственные |
| Твердые | Дрова, торф, бурый уголь, каменный уголь, антраци– ты, горючие сланцы | Древесный уголь, кокс, термоантрацит, брикеты, угольная пыль и др. |
| жидкие | Нефть | Бензин, керосин, мазут, спирты, масла, коллоидное топливо, смолы и другие жидкие продукты переработки нефти, твердых и газообразных топлив |
| газы | Природный газ | Коксовый, доменный, генераторный, водяной, подземной газификации и другие газы |
Свойства топлив, целесообразность их использования в значительной мере определяются их химическим составом.
Основными составляющими топлив органического происхождения являются углерод и водород. Эти элементы содержатся в топливе в виде различных соединений. Кроме них в состав топлива входят кислород, азот, сера, зола и влага. Негорючие минеральные примеси, или, по-другому, зола, влага топлива, азот, а также диоксид углерода и другие продукты полного окисления горючих элементов составляют балласт топлива.
Содержание горючих элементов, а также золы и влаги в твердых и жидких топливах задают массовыми долями в процентах.
Топливо в том виде, в каком оно поступает потребителю, называется рабочим, а вещество, составляющее его, – рабочей массой. Состав рабочей массы твердых и жидких топлив записывают так:
.
(16.1)Величина включает в себя серу, входящую в состав органических соединений и колчеданов. Сера, содержащаяся в сульфатах, в горении не участвует и относится к золе топлива. Кислород и азот называют внутренним балластом топлива.
Горючая сера является нежелательным компонентом топлива, так как образует в результате сгорания диоксид , который в соединении с водой дает сильную кислоту. В металлургическом производстве наличие серы в топливе не только интенсифицирует окисление металла при его нагреве, но и попадает в поверхностный слой металла, значительно ухудшая его качество.
Содержание влаги и минеральных примесей в рабочей массе даже одного и того же сорта топлива может различаться в достаточно широких пределах, например вследствие попадания в топливо грунтовых вод или атмосферной влаги. По этой причине для сопоставления теплотехнических характеристик различных топлив пользуются понятиями сухой и горючей масс.
Сухой называется обезвоженная масса топлива. Ее состав записывается следующим образом:
.
(16 .2)Если, кроме влаги, удалить также золу, то остается горючая масса топлива:
.
Газообразное топливо по сравнению с твердым и жидким обладает рядом преимуществ, обусловливающих широкое использование этого вида топлива в промышленности и в быту:
1) возможность лучшего смешивания с воздухом, что обеспечивает высокую полноту сгорания;
2) отсутствие золы в топливе;
3) транспортабельность и удобство учета расхода;
4) простота обслуживания горелочных устройств и др.
Состав газового топлива указывают для его сухой части в виде выраженных в процентах объемных долей компонентов. В общем случае это выглядит так:
= 100 %. (16.4)Содержание влаги в газообразном топливе определяют отдельно и выражают массой влаги в 1 нм3 газа.
В качестве газообразного топлива на металлургических предприятиях широко используют природный газ, основным компонентом которого является метан . Например, природный газ из газопровода Лог–Волгоград имеет следующий состав: CH4 = 96,1 %; C2H6 = 0,7 %; C3H8 = 0,1 %; C4H10 = 0,1 %; N2 = 2,8 %; CO2 = 0,2 %. Кроме того, в металлургии используются искусственные газы, являющиеся побочными продуктами производства: коксовый газ и доменный газ.
Коксовый газ является побочным продуктом коксования угля. Его состав колеблется в широких пределах в зависимости от вида коксуемых углей и режима коксования: H2 = 46…61 %; CH4 = 21…28 %; CmHn = 1,4…3,0 %; CO = 4,2…8,5 %; CO2 = 2,1…3,1 %; N2 =3,7…14 %; O2 =0,3…1,7 %.
Доменный газ получается как побочный продукт доменного производства. Примерный состав доменного газа выглядит так: CO = 29…30 %; C2H4 = 0,1…0,4 %; H2 = 1,5…2,5 %; CO2 = 10…12 %; N2 = 56…58 %.
Вариации состава доменного газа зависят от ряда факторов: от температуры дутья, обогащения его кислородом, состава и расхода кокса, состава шихты, применения природного газа и др.