Связь эксергетических потерь с расходом топлива в энергетическом котле.

Определение эксергетических потерь в отдельном элементе энерготехнологической системы пропорционально расходу топлива в энергетическом котле, но не совпадает с ним. Это связано с тем, что возникшие эксергетические потери в локальной части термодинамической системы можно компенсировать затратами энергетического топлива, если учесть все преобразования энергии топлива (эксергетические потери) от его сжигания до этого элемента. Однако, часто приходится оценивать эксергетические потери в локальной части термодинамической системы в условиях ограниченной информации от предыдущих преобразований энергии топлива.

Эксергетические потери от энергетического котла до рассматриваемого теплоиспользующего элемента определяются в основном потерями от необратимости при теплообмене продуктов сгорания и производством водяного пара. С учетом этого примем допущение, о том, что остальные эксергетические потери, возникающие в котельном агрегате и по пути к рассматриваемому элементу отсутствуют.

Аппаратурно-технологические схемы процессов целлюлозно – бумажного производства следует рассматривать как комбинированную энерготехнологическую систему совместно с работой ТЭЦ. Пар, вырабатываемый котлами ТЭЦ, направляют в паровую турбину, где путем изменения его внутренней энергии совершается работа (выработка электроэнергии).

Отборы пара турбин используют для предварительного нагрева питательной воды, поступающей в котел, на другие собственные нужды ТЭЦ, а также для снабжения технологического потребителя. В этом случае расход топлива в энерготехнологическую систему, для поддержания непрерывного ее функционирования, определяет количественное выражение энергии, которую необходимо подвести в систему от внешнего источника для компенсации необратимости теплопроцесса и работы, совершаемой системой.

Тогда для рассматриваемой энерготехнологической системы

B∙ Q_Н^Р= Пк + Псн +L + Σ Пim

( 1.32)

где В, Q_Н^Р — расход, низшая теплота сгорания топлива; Пк, Псн, Σ Пim — эксергетические потери в котле, при передаче энергии в форме тепла на собственные нужды ТЭЦ (регенеративный подогрев питательной воды, потери от не изоэнтропического расширения пара в турбине и др.), при передаче энергии в теплопроцессах технологического потребителя; L — работа, совершаемая в турбине (выработка электроэнергии).

Анализ эксергетических потерь на ТЭЦ и в теплопроцессе технологического потребителя показывает, что основная составляющая расхода топлива — эксергетические потери в котельной установке (Пк) и обусловлены большой необратимостью теплопроцесса при передаче энергии от продуктов сгорания к водяному пару.

При выработке только электроэнергии на ТЭЦ составляющая расхода топлива должна быть полностью отнесена к выработке электроэнергии, при снабжении технологического потребителя от централизованной котельной — к технологическому потребителю.

При комбинированной выработке тепла и электроэнергии на ТЭЦ, очевидно эксергетические потери в котле должны быть распределены пропорционально эксергетическим потерям возникающим в теплопроцессах технологического потребителя и полезной работе совершенной системой по выработке электроэнергии. Так как эксергетические потери определяют разностью подведенной и отведенной эксергий, эксергетические потери в котле приближенно можно выразить

Пк = Q' – Q [1 – Tх / Т] ;

(1.33)

Q = B∙ Q_Н^Р ∙ φ = Dп (i _п - i_{п в});

(1.34)

Q' = B∙ Q_Н^Р

(1.35)

где Т — среднетермодинамическая температура парообразования (приближенно температура насыщения водяного пара при давлении в котле); Тх— термодинамическая температура окружающей среды; iп, iпв — расход пара из котла, энтальпия перегретого водяного пара и питательной воды; Q'— химическая энергия топлива, затраченная в котельном агрегате; φ — коэффициент отвода теплового потока к окружающей среде.

Тогда уравнение (1.32) с учетом уравнений (1.33 - 1.35) приводится к виду:

B∙ Q_Н^Р ∙ φ ∙ (1 – Tх / Т) =Псн +L + Σ Пim

(1.36)

B∙ Q_Н^Р =( Псн +L) / (1 – Tх / Т) ∙ φ +

+ Σ Пim / (1 – Tх / Т) ∙ φ

(1.37)

Распределение основной составляющей топливно-энергетических затрат (эксергетические потери от необратимости процесса в котельной установке) на выработку электроэнергии и технологию позволяет научно обоснованно подойти к энергетической оценке технологического процесса при ограниченной информации о термодинамической системе источника теплоснабжения.