Энергетический баланс. Энергетический баланс любого технического объекта (аппарата, установки, технологической линии, производства) или экологи­ческой системы может быть описан

Энергетический баланс любого технического объекта (аппарата, установки, технологической линии, производства) или экологи­ческой системы может быть описан уравнениями, связывающими приход и расход энергии.

Энергетический баланс составляется на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна:

Епр - Ерасх = 0.

Для технических, геотехнических и экологических систем составляется тепловой баланс, который для непрерывных процессов рассчитывается на единицу времени, а для периодических — на время цикла, процесса.

Основой для расчета служит материальный баланс с учетом тепловых эффектов экзотермических и эндотермических химических реакций, а также физических процессов испарения, конденсации, сублимации, растворения и др.

Подобно материальному балансу тепловой баланс может быть представлен в виде таблиц, диаграмм в соответствии с уравнением:

Qт/ + Qж/ + Qг/ + Qр/ + Qф/ + Qп/ =

= Qт// + Qж// + Qг// + Qр// + Qф// + Qп//,

• где Qт/, Qж/, Qг/ — количество теплоты, вносимое в систему твердыми, жидкими, газообразными веществами,

• Qт// , Qж// , Qг// — количество теплоты, выносимое твердыми, жидкими, газообразными веществами,

• Qф/ — теплота физических процессов, протекающих с выделением тепла,

• Qф// — теплота физических процессов, протекающих с поглощением тепла,

• Qр/ — количество теплоты, выделяющееся в экзотермических процессах,

• Qр// — количество теплоты, поглощаемое в эндотермических процессах,

• Qп/ — количество теплоты, подводимое к системе,

• Qп // — количество теплоты, отводимое от системы.

Величины Qт , Qж , Qг рассчитываются для каждого ве­щества с учетом его количества, удельной теплоемкости с (Дж/кмоль-К) и температуры:

Теплоемкость смеси веществ рассчитывается по правилу аддитивности:

Ссм = (G₁c₁+ G₂c₂+ ….+ G_nc_n )/ G₁+G₂+….+ G_n

Суммарная теплота физических процессов может быть опре­делена по уравнению:

Q_ф =G₁ r₁ + G₂ r₂ +….+ G_i r_i ,

где r₁, r₂, …… r_i —теплота фазовых переходов.

Тепловой эффект химической реакции можно определить как сумму изобарных теплот образования продуктов реакции:

ΔH=Σ (ΔHобр)исх - Σ (ΔHобр)прод.

• Подвод теплоты к системе Qр/ можно учесть по потере количества тепла теплоносителем:

• водой Q_п/ = G_в с_в (t₁ – t₂);

• паром Q_п/ = G_r;

• теплопередачей через стенку

• Q_п/ = k_τ F (t₁ – t₂)τ,

• где k_τ- коэффициент теплопередачи,

• F- поверхность теплообмена,

• t₁ и t₂ –температура теплоносителя,

• τ – время.

Пример энергетического баланса для котла

Котел использует в качестве топлива природный газ, с которым подводится химическая энергия в количестве 659,86 ГДж/ч.

С паром отводится 82,2 % тепловой энергии. Остальная часть отводится с отходящими газами и тепловыми потерями в окружающую среду в соотношении 21:1.

Результаты расчета теплового баланса представлены в табличной форме.

В левой части таблицы – приход.

В правой части таблицы –расход.

Размерность прихода и расхода должна быть выражена в ГДж/ч и в %.

Таблица 1- Энергетический баланс котла