Эксергетическая производительность (мощность) и потребление различных технических систем.

 

Эксергия позволяет оценить потоки всех видов энергии, получить обобщенные характеристики технических систем.

Обобщенной характеристикой может служить производительность (мощность) рассматриваемой технической системы, выраженная в единицах эксергии.

Она применима к любому виду продукции, выдаваемой в виде работы, теплового потока, потоку рабочего тела при заданных параметрах, которыми являются Т, P, агрегатное состояние, состав.

В частности, оценка в эксергетических величинах теплового потока позволяет сопоставить потоки холода и тепла при любых температурах, т.к. величина e_q одновременно содержит как и количественную, так и качественную их характеристику.

Становится так же возможным сопоставление установок, выдающих продукцию в виде горячей или охлажденной воды, водяного пара, ожиженного или замороженного газа, с теми, которые для аналогичных целей производят тепловой поток любого знака и параметров, поскольку величина e_q и е полностью сопоставимы.

Для оценки и сопоставления производительности технических систем может использоваться величина ΣE^″, в состав которой входят все отводимые потоки.

Величина ΣE^″,отнесенная к единице времени, характеризует мощность системы. Таким образом, эксергетическая мощность определяется по формуле:

                              P^″_е = ΣE^″ / τ,

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

где τ – время в секундах, минутах, часах.

Практически производительность и мощность системы понятия сходные. В дальнейшем будем использовать понятие мощность.

Для установок, выдающих одновременно несколько видов продукции, производительность определяется суммированием эксергии всех получаемых продуктов.

Производительность установки, выраженная через эксергию, отнесенная к затраченной энергии, дает КПД установки, η_э.

Точно так же как и мощность, можно определить потребление системы – суммарное количество эксергии, которую она потребляет в единицу времени. Для этого суммируются все эксергетические потоки на входе в систему

                               P_e^′ = ΣE^′ / τ.

 

Рассмотрим величины эксергетической производительности и потребления применительно к наиболее часто встречающимся техническим системам.

 

Система ТЭЦ

Продукцией ТЭЦ являются электроэнергия и тепло, полученные путем использования химической энергии топлива. Она должна оцениваться по сумме эксергетической мощности и энергии отводимых потоков пара (или воды), конденсата.

Мощность ТЭЦ определяется по формуле

                             Р_е^″ = Р_эл  + Σ (М_п,iе_n,I  - М_к,je_k,j) ,

где Р_эл - электрическая мощность нетто,

 М_п,iе_n,I  - кол-во пара, отбираемое на тепловое потребление и его эксергия,

 М_к,je_k,j - кол-во возвращаемого конденсата и его эксергия

Потребление определяется эксергией топлива и окислителя – кислорода атмосферы. Поскольку эксергия окислителя равна нулю,

                            P_e^′ = М_т е_х ,       

где М_T – расход топлива,

e_x – химическая эксергия топлива

 

Компрессор

Назначение – повышение давления сжимаемого газа. Производительность компрессора оценивается по возрастанию эксергии Δе газа в процессе сжатия

 

                                      Р_е^″ = Σ М_i ∆е_i    ,

где М – расход сжимаемого газа.

Если тепло сжатия используется, то его эксергию также необходимо учесть. Тогда

                                    Р_е^″ = Σ М_i ∆е_i   + М_в ∆е_в ,

где ∆е_в - возрастание эксергии охлаждающей воды (или воздуха),

 М_в – расход охлаждающей среды.

     Потребление мощности определяется мощностью привода компрессора. Для электрического привода Р ^′_е = Р_эл , для парового - Р ^′_е = М_п ∆е_п , где М_п – расход пара, ∆е_п – изменение его эксергии.                                   

 

Холодильные и теплонаносные установки

Эти установки выпускают продукцию в виде теплового потока заданной температуры. По принятой терминологии, если

 T>T₀ – установки называются тепловыми насосами,

 T<T₀ – холодильными машинами.

В ТН мощность измеряется величиной приведенной теплопроизводительности, равной эксергии E_q полезно используемого теплового потока. Эта величина характеризует тепловой поток как с количественной, так и с качественной стороны. Её значения всегда меньше тепловой мощности, т.к.  .

В холодильных машинах мощность измеряют величиной эксергетической холодопроизводительности E_q, равной величине производимого теплового потока. В отличие от теплового насоса тепловой поток не отводится, а подводится к системе. Это обуславливает две особенности эксергетической холодопроизводительности:

1. Направление потока эксергии – приведённой холодопроизвоодительности - и тепла в холодильных машинах противоположны. Эксергетическая холодопроизводительность направлена от установки к охлаждаемому объекту.

Т. о. направления потоков эксергетической холодопроизводительности и теплопроизводительности ТН одинаковы. Совпадение направлений эксергетической производительности обеспечивает необходимую общность анализа, исключая необходимость введения искусственного понятия «холод.»

2. Абсолютная величина эксергетической холодопроизводительности может быть как больше, так и меньше величины теплового потока, отводимого от охлаждаемого объекта, поскольку │ τ_e │_<^> 1 при Т<T₀. При низких (криогенных) температурах абсолютная величина эксергетической холодопроизводительности во много раз больше теплового потока.

 

Комбинированные установки, сочетающие функции теплового насоса и холодильной установки, характеризуются теми же формулами, что и холодильная машина и тепловой насос в отдельности:

                                 Р_е^″ =  ,                                          

где и - сумма эксергетической тепловой и холодильной мощностей.

Часто тепловой поток отводится потребителю или подводится к нему не непосредственно, а через тепло- или хладоноситель (воду, рассол, и т.д.), идущие через теплообменники при p=idem. Тогда величины  и  могут быть выражены через изменение эксергии тепло- или хладоносителя. Например, для теплоносителя:

 

                             = М (е₂ – е₁),

где М– расход теплоносителя,

(е₂-е₁) – разность эксергий на выходе из установки и на входе в неё.

Эксергетическое потребление определяется либо подводимой электрической мощностью, либо эксергией подводимой теплоты, если установка имеет тепловой привод, P_e^′ = E_q^′.

Установки, выдающие охлажденное рабочее тело.

Эксергетическая производительность определяется возрастанием эксергии выводимого холодного продукта по сравнению с эксергией её продукта или сырья, поступающего в установку.

                                Р_е^″ = Σ М_i ∆е_{i ,}

где М_i – выход продукта,

 - возрастание эксергии.

 

Установки разделения газовых смесей

Эксергетическая мощность соответствует сумме эксергий получаемых продуктов разделения при параметрах выхода из установки за вычетом эксергии исходной смеси.

 

                          Р_е^″ = Σ М_i е_i ,

где М_{i ,} е_i – соответственно расход и эксергия i- го получаемого продукта.

Данная методика подсчета эксергетической производительности может быть использована и при анализе других технологических систем, вырабатывающих продукцию, качество которой может быть оценено эксергией. Эксергетическая мощность не только дает возможность определить эксергетический КПД, но и является основой для термодинамической и технико-экономической их оптимизации.

 

                                          

Лекция №5

                                                          

---

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 172; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!