Эксергетический баланс высокотемпературной технологической печи. Количественные оценки статей баланса.

Баланс есть уравнение, связывающее между собой статьи прихода и расхода вещества, энергии, эксергии. Анализ балансов позволяет устанавливать возможные пути снижения потерь и следовательно, уменьшение расхода топлива. Различают полный и частичный баланс. Материальный и тепловой балансы отражают количественную сторону процессов, эксергетический- еще и качественную, т.е. степень их совершенства и необратимости.

Статьи теплового баланса обычно выражаются в % или в единицах измерения тепла и могут относиться к какой-либо характерной единице для рассматриваемой установки: по времени (цикл, час), к количеству выдаваемого продукта, к единице количества топлива.

Уравнение эксергетического баланса

E_т +E_ф.к +E_ф.м+ E_экз = E_м+ E_энд+ E_т.о+ ΔE_гор+ ΔE_о.с+ ΔE_т+ E_отх , Вт

где E_т = Ве_т – эксергия топлива; для газообразного топлива е_т = 0,95 Q , Дж/м³;

E_ф.к = E_ф.вз +E_ф.т = В(V_в е_ф.в + е_ф.т) – физическая эксергия компонентов горения и воздуха и топлива; E_ф.м = Σm_i е_i – физическая эксергия поступающих сырьевых материалов на обработку; E_экз = Σm_i е_экз,I – эксергия экзотермических реакций компонентов материалов на входе; е_экз,_I – удельная энергия экзотермической реакции i-го компонента; E_м – выход эксергии с исходными материалами; E_энд = Σm_i е_энд,I – эксергия эндотермических реакций исходных материалов;

E_т.о=Q_т.о е_т.о – выход эксергии технологическим отходам: G_т.о – массивный расход технологических отходов, e_т.о – их удельная эксергия; ΔE_гор = В(е_т+V_в е_ф.в – V_д.г е_д.г) потеря эксергии из-за необратимого процесса горения топлива; е_д.т – удельная эксергия продуктов сгорания топлива; ΔE_o.c = G_о.с (1-Т_о.с/ ) – потеря эксергии в печи вследствие теплообмена с окружающей средой; Q_о.с – суммарный отвод тепла в окружающую среду, принимается по тепловому балансу; Т_о.с – температура окружающей среды, к; - средняя термодинамическая температура продуктов сгорания, к,

- температура горения топлива, ^оС.

Т_ух – температура продуктов сгорания на выходе из печи, К.

ΔE_т =

потери эксергии вследствие теплообмена продуктов сгорания с нагреваемым материалом;

E_отх = ВV_д.ге - выход эксергии с отходящими продуктами сгорания.

Здесь е – удельная эксергия системы или потока.

Из балансов следует, что полезно на нагрев металла расходуется лишь 26,3% вводимого тепла и только 17,5 эксергии. Объясняется это тем, что в эксергетическом балансе есть потери от необходимости горения топлива и теплообмена с нагреваемым металлом (около 30%). а в тепловом балансе этих потерь нет.