Эксергетический анализ печи перегрева водяного пара

Введение

   Эксергия – это свойство термодинамической системы или потока энергии, определяемое (характеризуемое) количеством работы, которое может быть получено внешним приемником энергии при обратимом их взаимодействии с окружающей средой до установления полного равновесия.

Таким образом, при определении эксергии объект рассмотрения включает саму систему или поток энергии, затем окружающую среду, меру эксергии (работу), отдаваемую внешнему приемнику энергии, и те объекты внешней среды, которые могут служить приемником энергии.

Система может быть как закрытой (без обмена с внешней средой и находящимися в ней объектами), так и открытой (при существовании такого обмена), стационарной (с параметрами, не изменяющимися во времени) и нестационарной.

Эксергетический метод термодинамического анализа ЭХТС основан на широком использовании эксергии.

Эксергетический метод является универсальным способом термодинамического исследования различных процессов преобразования энергии в ЭХТС. Все реально протекающие процессы – необратимые, и в каждом случае необратимость является причиной снижения совершенства процесса. Это происходит не из-за потери энергии, а из-за понижения ее качества, т.к. в необратимых процессах энергия не исчезает, а обесценивается. Таким образом, каждое необратимое явление – это причина безвозвратной потери энергии. Универсальность эксергетического метода термодинамического исследования ЭХТС следует рассматривать в том смысле, что характер процессов анализируемой системы не имеет принципиального значения: подход к решению задачи и метод ее решения не изменяются. В эксергетическом методе термодинамического анализа ЭХТС каждый ее элемент рассматривается как самостоятельная термодинамическая система. Таким образом, при определении потерь эксергии в каждом элементе исследуемой ЭХТС выявляются и количественно оцениваются причины несовершенства протекающих в них процессов, что дает информацию о возможности повышения совершенства во всех элементах и позволяет создать наиболее совершенную ЭХТС. Это является основной целью эксергетического метода ЭХТС.

При термодинамическом анализе теплоэнергетических установок во многих случаях приходится оценивать работоспособность той теплоты, которая преобразуется в работу в циклах. Максимальное количество полезной работы, которую можно получить в цикле при заданных температурах источников теплоты, называется работоспособностью (эксергией) теплоты.

Эксергия будет тем больше, чем менее необратим процесс. Тем больше в этом случае будет получено полезной работы. Все это позволяет ввести понятие так называемой эксергетической эффективности процесса или эксергетического КПД. Он определяется отношением использованной эксергии к подведенной:

[pic 3]

Из этого следуют два принципиально важных свойства КПД:

1. Для идеального, полностью обратимого процесса, где потери отсутствуют, значение [pic 4](или 100%). В реальных процессах, занимающих промежуточное положение, всегда [pic 5]; чем выше КПД, тем система преобразования термодинамически совершеннее.
2. Разность между Еотв и Еподв, т.е. эффектом и затратами, всегда равна суммарной потере от необратимости.

Эксергетический КПД позволяет учесть потери только из-за необратимости процессов, т.к. лишь в необратимых процессах происходит потеря эксергии. Поэтому для анализа всех обратимых циклов (теоретически обратимые циклы, цикл Карно) он неприменим – во всех этих случаях [pic 6].

Эксергетический метод анализа необратимых тепловых процессов получил в последнее время широкое распространение. Особое значение он приобрел при оценке эффективности технологических процессов.