Главная Обратная связь

Дисциплины:






Эксергетический баланс и анализ



Так как закона сохранения эксергии не существует, то эксергетический баланс сводится искусственно, при этом учитываются в нем внутренние потери эксергии. Уравнение эксергетического баланса

,

где ЕТ- эксергия потока теплоты;

Еn- эксергия материального потока;

А- механическая либо электрическая работа, совершаемая системой;

Еэ- приращение эксергии в системе;

Ед- необратимые потери эксергии.

 

Эксергию материальных потоков можно рассчитать следующим образом:

,

где - химический потенциал ( = h - Ts); Ni- количество молей i-го компонента; Екин- кинетическая энергия материального потока; Епот- потенциальная энергия материального потока. Функции с индексом «0» относятся к условиям окружающей среды.

Эксергия потока теплоты:

ЕТ = Q(1-To/T).

Необратимые потери эксергии:

Ед = ТоDS,

где - изменение энтропии вследствие протекания в системе необратимых процессов.

Эксергетические потери бывают внешними и внутренними.

Внешние потеривозникают из-за несоответствия между процессом в целом и внешними условиями его проведения, а также из-за несоответствия между отдельными элементами системы, связанными в единую технологическую цепочку (потери через изоляцию, потери с побочными продуктами, покидающими установку без использования их эксергии, такими как дымовые газы, нагретая в теплообменниках вода и т.д.).

Внутренние потери связаны с необратимостью процессов внутри системы (химические реакции, дросселирование, гидравлическое сопротивление, трение, тепломассообмен при конечных разностях температур и концентраций, несовершенство аппаратов и машин и процессов в их отдельных элементах).

Часть Ед, связанная с необратимостью, органически присуща конкретному процессу, не может быть устранена либо снижена без радикального его изменения или замены другим. Другая часть Ед зависит от несовершенства оборудования: плохая теплоизоляция, трение, теплообмен при конечной разности температур (технические потери). Эту часть Ед можно уменьшить без изменения схемы процесса.

Энергетический баланс предприятия

ГОСТ 27322-87 «Энергобаланс промышленного предприятия» устанавливает общие требования к разработке и анализу энергобалансов промышленных предприятий.

Задачи энергобаланса:

1. Оценка фактического состояния энергоиспользования на предприятии, выявление причин возникновения и определение значений потерь ТЭР.

2. Разработка плана мероприятий, направленных на снижение потерь ТЭР.

3. Выявление и оценка резервов экономии топлива и энергии.

4. Совершенствование нормирования и разработка научнообоснованных норм расхода топлива и энергии на производство продукции.



5. Определение рациональных объемов энергетического потребления в производственных процессах и установках.

6. Определение требований к организации и совершенствованию учета и контроля расхода энергоносителей.

7. Получение исходной информации для создания нового оборудования, совершенствования технологических процессов с целью оптимизации структуры энергобаланса путем оптимизации направлений, способов и объемов использования подведенных и вторичных энергоресурсов.

Классификация энергобалансов:

1. По времени разработки:

- проектный (составляется во время разработки проекта);

- плановый (на ближайший планируемый период с учетом снижения норм расхода энергии);

- отчетный (по данным за прошлый период);

- перспективный (на прогнозируемый период с учетом коренных изменений в технологии).

2. По объектам энергопотребления: предприятие, производство, цех, участок, агрегат, установка.

3. По целевому назначению: технологический, отопление и вентиляция, освещение и т.д.

4. По совокупности энергопотоков:

- частный (по отдельным видам и параметрам энергоносителей);

- свободный (по суммарному потреблению ТЭР).

5. По способу разработки:

- опытный;

- расчетный;

- опытно-расчетный.

6. По форме составления:

- синтетический (показывает распределение подведенных и произведенных энергоносителей внутри предприятия);

- аналитический (определяет глубину и характер использования энергоносителей с разделением на полезный расход и потери энергии);

В частных энергобалансах количественное измерение энергоносителей производится в Гкал, кВт×ч, т.у.т, в свободных энергобалансах в т.у.т.

Состав первичной информации по разработке и анализу энергобалансов предприятия:

1) общие сведения о предприятии;

2) проектные и отчетные данные по энергоиспользованию (паспорт, энергопаспорт предприятия, технико-экономическое обоснование (ТЭО), действующие формы статистической отчетности);

3) технические и энергетические характеристики технологических процессов и установок (материальный баланс; расходы и параметры сырья, топлива, энергии и отходов; конструктивные особенности и режимы работы установок);

4) технико-экономические характеристики энергоносителей (стоимость, параметры энергоносителей, график годового и суточного потребления энергоносителей).

 

Анализ энергобаланса. Направления анализа:

1) исследование структуры поступления и потребления ТЭР на предприятии;

2) определение показателей эффективности энергоиспользования;

3) расчет обобщенных показателей состояния энергетического хозяйства;

4) исследование влияния качества энергоносителей на их рациональное использование;

5) оптимизация структуры энергобаланса.

Показатели использования энергоресурсов

в энергопотребляющих установках

 

Степень использования ТЭР определяется величиной энергетического КПД:

.

Для любого многостадийного технологического процесса можно записать

,

где - энергетический КПД процесса добычи и транспорта топлива;

- КПД процесса производства энергоносителя;

- КПД транспорта энергоносителя;

- КПД на привод механизмов;

- КПД технологического процесса.

Если в технологии используются несколько видов теплоносителей (электроэнергия, пар, сжатый воздух), то для КПД можно записать

,

где Ni- доля данного i-го энергоносителя в общем энергобалансе.

Для КПД технологической установки в общем случае можно записать

,

где Qn- полезно используемая теплота;

Qвэр- теплота вторичных энергоресурсов, потребляемая данной установкой;

QТ- теплота, вносимая топливом;

Qэкз- теплота экзотермической реакции;

DQ- теплота, подводимая другими энергоресурсами.

На повышение КПД влияет снижение потерь во всех элементах энергоцепи (особенно при генерировании и использовании энергии).

Важным направлением повышения КПД является регенерация энергии и более полное использование ВЭР. Снижению КПД способствует увеличение удельного веса электроэнергии в общем энергопотреблении, так как выработка электроэнергии имеет низкий КПД.

В промышленности (химия, металлургия, энергетика) широко распространены процессы и установки, в которых используются одновременно несколько видов энергоносителей. В этом случае необходимо учитывать качество этих видов энергоносителей, что можно сделать методами эксергетического анализа. В реальных необратимых процессах подведенная к установке энергия не теряется, а лишь снижается ее пригодность к совершению работы из-за безвозвратных потерь эксергии.

В самом общем виде эксергетический КПД выражается следующим уравнением:

,

где Езатр-затраченная в установке эксергия; - потери эксергии в установке.

При использовании в технологическом процессе нескольких видов энергоносителей и получении разнообразных видов продукции можно записать следующее выражение для эксергетического КПД:

,

где Еид- эксергия, которая теряется при идеальной работе установки при максимально возможном КПД; н- неизбежные потери эксергии, Т- технические потери.

Разделив правую часть предыдущего уравнения на , получим

.

Зависимость КПД от величины капитальных затрат определяется следующей формулой:

,

где - эмпирические коэффициенты, определяемые для конкретной установки; - капитальные затраты.

Аналитическая связь годовых эксплуатационных расходов с капитальными затратами и эксергетическим КПД выражается следующим образом:

,

где - коэффициент, учитывающий часть условно-постоянных эксплуатационных затрат (амортизационные отчисления, затраты на текущий ремонт и т.д.); Ио - остальные составляющие условно-постоянных затрат; Еид - минимальный расход энергоресурсов (при ) на единицу продукции; Иэк - средние затраты на единицу расхода энергоресурсов,V - годовой объем выпускаемой продукции.

Оптимальное решение при прочих равных условиях соответствует минимуму приведенных затрат:

.

Оптимальный эксергетический КПД установки

,

.

Оптимальные капитальные затраты решение уравнения

.

Наряду с КПД важной характеристикой энергоиспользования является удельный расход энергоресурсов (тепловая энергия, топливо) на единицу выпускаемой продукции

 





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...