Построение эксергетических диаграмм

Наглядное представление результатов эксергетического баланса можно получить из эксергетических диаграмм.

В качестве примера рассмотрим простую термодинамическую систему с регенеративным контуром (рис.1.6). Жидкость с расходом : G1, Т1 поступает в рекуперативный теплообменник регенеративного контура, где нагревается до температуры Т2 , после чего догревается до температуры Т паром ТЭЦ с температурой Т2 в рекуперативном теплообменнике активного контура.

 
 

 

 

Рис.1.6. Термодинамическая система с регенеративным контуром и ее эксергетическая диаграмма

 

 

На рис.1.6. приведена диаграмма эксергетичеких потоков рассматриваемой системы. На этой диаграмме

       
   
 
 

 

 


(Δехзр + Δехза) / Δехз

 

относительная величина суммы приращений затраченных эксергий в регенеративном Δехзри Δехза активном контурах;

γр , γа - доля затраченной эксергии в регенеративном и активном контуре к суммарному приращению эксергии в системе, соответственно;

λр, λ а - доля приобретенной эксергии в регенеративном Δехп р и активном (Δехпа) контуре к суммарному приращению эксергии в системе, соответственно.

ηр, ηа, ηс –эксергетический к.п.д. регенеративного, активного контуров и термодинамической системы, соответственно;

Основные соотношения метода эксергетического анализа на диаграмме представлены в виде

 

(1.23.)

(1.24.)

 

Таким образом, диаграмма эксергетических потоков позволяет в наглядной форме представить степень термодинамического совершенства отдельных теплоиспользующих узлов, а также их удельный вклад в общий к.п.д. системы.

 

Некоторые вопросы практического использования эксергетического анализа в технологических процессах.

Одним из основных параметров в расчетах по определению эксергетического КПД теплопередачи является среднетермодинамическая температура нагрева (охлаждения) материальных потоков в процессе их энергетического взаимодействия. Среднетермодинамическая температура равна отношению изменения (приращения) энтальпии нагреваемого (охлаждаемого) потока к соответствующему приращению энтропии этого потока.

В большинстве практических случаев при термодинамическом анализе тепловых схем технологических процессов среднетермодинамические температуры отдельных потоков могут быть выражены через их истинные температуры следующими приближенными формулами:

для процессов без фазовых превращений

(1.25)

для процессов при фазовом переходе первого рода (конденсация)

(1.26)

где Тн, Тк — температуры потока в начале и конце теплового процесса; Т s— температура фазового перехода.

Относительные погрешности по приближенным формулам, полученные путем разложения в ряд Тейлора точных формул, равны: для формулы (1.25) и

(1.27)

(1.28)

для формулы 1.26) с учетом фазовых переходов при наличии перегрева пара и переохлаждения конденсата. В этой формуле С1, С2 теплоемкость конденсата и перегретого пара; ΔТ2, ΔТ1 — перегрев пара и переохлаждение конденсата; r — удельная теплота фазового перехода.

В теплообменниках рекуперативного типа при определении эксергетического к. п. д. определение приращения эксергии нагреваемых и охлаждаемых потоков не представляет труда. Некоторое затруднение вызывает определение приращения эксергии в процессах, осложненных массообменом. Можно привести тепловой процесс с массообменом к процессу в рекуперативном теплообменнике и идеальном смесителе (разделителе),

которые работают последовательно. Эта условная схема (при сохранении материальных и энергетических балансов) позволяет относительно просто рассчитать приращения эксергий материальных потоков в тепловом процессе, осложненном массообменом.

Рассмотрим типовые процессы в типичных теплоиспользующих установок производства целлюлозы и бумаги, где тепловые процессы осложнены массообменом.

 

Теплообменник смешения. Пусть имеется теплообменник смешения (рис. 1.7.), в котором рабочее тело нагревается теплоносителем (насыщенный пар).

На рис. 1.7. приняты следующие обозначения: G1,c1 с Т1 — соответственно расход, удельная теплоемкость и температура нагреваемого потока на входе в теплообменник; G2,c2, Т2 — расход, удельная энтальпия, температура охлаждаемого потока на входе в теплообменник;

 

 

Рис. 1. 7. Тепловые схемы теплообменника смешения:

а - структурная; б — эквивалентная

G3,c3, Т3 - расход, удельная теплоёмкость, температура потока на выходе; св — удельная теплоемкость воды.

Для приведения рассматриваемого процесса теплообмена (рис. 1 а) к процессу в рекуперативном (поверхностном) теплообменнике условно разобьем выходной (нагретый) поток (рис. 1,7 - б) на два: один по массе, равной нагреваемому потоку, другой - по массе, равной охлаждаемому. При этом для обоих потоков Т3 - idem. Так как при определении приращения эксергии используются балансы массы и энергии потоков, практически удобно, нагретый поток разделить не по массам, а по их водяным эквивалентам.

Эксергетический К. П. Д. такого процесса равен:

(1.29)

 

где ТТ , ТТ1 – среднетермодинамическая температура нагрева воды при превращении ее в водяной пар и охлаждении нагретого потока.

Адиабатический самоиспаритель. Другим типичным теплоиспользующим элементом, предназначенным для концентрирования и охлаждения алюминатного раствора, является адиабатический самоиспаритель (рис.1.8).

Процесс в этом элементе относится к процессу дросселирования перегретого алюминатного раствора с внутренним энергообменом. Эти самоиспарители нашли широкое применение в аппаратурно-технологических схемах варки щепы в производстве целлюлозы, производстве бумаги, в котельной практике в качестве расширителей продувки и других теплоиспользующих процессах.

Для приведения теплопроцесса (рис. 1.8 - а) к процессу в рекуперативном теплообменнике разобьем (условно) выходящий поток на два: один по массе равен нагреваемому потоку (пару), другой - охлаждаемому.

 

 

Рис. 1.8. Тепловые схемы адиабатического самоиспарителя:

а — структурная; б - эквивалентная ; в-совмещенная эквивалентная

а/и — адиабатический испаритель; т/о — рекуперативный теплообменник; G1и1и1и — соответственно расход, удельная теплоемкость и температура перегретого раствора на входе в испаритель; G2и2и2и — то же, на выходе из испарителя; G3и , i, Ts - _соответ ственно расход, удельная энтальпия и температура пара вскипания раствора.

 

Так как Т1и > Т2и, то возможность приведения рассматриваемого теплопроцесса к процессу в поверхностном теплообменнике не очевидна. Тогда представим, что условно разбитые материальные потоки обмениваются энергией в рекуперативном подогревателе (т/о №1) и в рекуперативном холодильнике (т/о №’2) (рис. 1.8 - 6). Однако, для практических целей такая локализация процесса не нужна. Нетрудно видеть, что, совместив т/о №. 1 и т/о №2, эквивалентную схему (по рис. 2 6) легко привести к эквивалентной схеме ( рис. 2 в). Последняя и представляет интерес для практического анализа; К. П. Д, такого процесса

( 1.30)

где ТТ, ТТ 1 - среднетермодинамическая температура нагрева воды при превращении ее в водяной пар и охлаждения нагретого потока.

Выпарной аппарат. Выпарной аппарат является основным теплообменным устройством для концентрирования растворов в производстве целлюлозы. В этом аппарате протекают процессы теплообмена с массообменом. В общем случае удаление воды из раствора происходит за счет как внутреннего энергообмена (адиабатического дросселирования перегретого раствора), так и внешнего - путем теплопередачи энергии пара к раствору через теплообменную поверхность.

Пусть имеем изотермический процесс концентрирования черного щелока, поступающего в выпарной аппарат при температуре кипения в нем (рис.1.9.).

 

 

Рис.1.9. Тепловая схема выпарного аппарата:

G1в1в1в— соответственно расход, удельная теплоемкость и температура черного щелока, поступающего.в выпарной аппарат; g, iпв, tsв — расход, удельная энтальпия и температура пара испарения; D, iпг, tsг — расход, удельная энтальпия, температура фазового перехода конденсации греющего пара.

 

С целью приведения рассматриваемого теплового процесса к процессу в рекуперативном теплообменнике входной поток разделим на два: один — равный по массе образующемуся вторичному пару, другой — равный по массе концентрированному раствору. Тогда (рис.1.9 - б) процесс выпаривания может быть приведен к процессу в рекуперативном теплообменнике. Так как поток с (G1в с1— g св) и Т1в проходит через теплообменник, не претерпевая никаких изменений, то имеют место два потока: один нагреваемый, который превращается из воды с температурой Т1в Т в водяной пар, другой — охлаждаемый, энергия фазового перехода которого используется для выпаривания. Теперь нетрудно определить эксергетический к. п. д. такого процесса:

 

(1.31)

где Тт, Тт1 среднетермодинамическая температура образования пара испарения и конденсации греющего пара.

Задачу обоснования технологического процесса с минимальными затратами энергии можно сформулировать как достижение максимального эксергетического КПД при оптимально определенных из технико-экономических соображений технологических, термических и конструктивных параметрах.








Дата добавления: 2016-02-20; просмотров: 772; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2019 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.008 сек.