4857

называется коэффициентом потерь работоспособности: она показывает, какая доля работоспособности теряется в результате необратимости процессов в теплосиловой установке. Величина

(1.29)

называется относительным коэффициентом работоспособности, или коэффициентом использования энергии, или степенью термодинамического совершенства установки.

1.3.Эксергетический метод

В эксергетическом методе расчёта потерь каждый элемент теплосиловой установки рассматривают как самостоятельную термодинамическую систему, но неизолированную, т.к. через этот элемент протекает рабочее тело и он обменивается с другими частями установки теплотой и работой.

Преимущество эксергетического метода состоит в том, что он позволяет анализировать степень термодинамического совершенства того или иного элемента установки без необходимости предварительной оценки работоспособности во всех её элементах.

Эксергией называют максимально полезную работу (работоспособность), которая может быть получена в термодинамической системе при обратимом переходе последней в состояние, равновесное с окружающей средой.

Удельная эксергия изолированной термодинамической системы, состоящей

гдеu, s, v – удельные внутренняя энергия, энтропия и объём источника работы; величины без индексов относятся к начальному (неравновесному со средой) состоянию, а величины с индексом 0 – к конечному (равновесному со средой) состоянию; р0и Т0– давление и температура окружающей среды (равные давлению и температуре источника работы в состоянии 2, когда источник работы приходит в термодинамическое равновесие с окружающей средой).

В большинстве паросиловых установок приходится иметь дело с непрерывным потоком рабочего тела (вода и водяной пар в паротурбинных установках, воздух и продукты сгорания в газотурбинных установках и т.д.). Поэтому в расчётах целесообразно использовать величину эксергии потока рабочего тела.

где h , s – удельные энтальпия и энтропия потока в начальном состоянии, ! , X – удельные энтальпия и энтропия потока при параметрах Y и I окружающей среды.

Из уравнения (1.32) следует, что величина эксергии потока однозначно определяется значением параметров состояния потока и параметров состояния окружающей среды.

Следовательно, эксергию можно рассматривать как функцию состояния неравновесной системы, состоящей из окружающей среды и источника работы в виде потока.

По аналогии с эксергией потока рабочего тела вводится понятие эксергии

Если эксергия потока на входе в какой-либо тепловой аппарат равна е1 , а на выходе из аппаратае 2 , то разность ( е1 - е2 ) расходуется на совершение полезной

работы и на потери, обусловленные необратимостью:

V V полезн [ ∆F ,

В этом и состоит основная идея эксергетического метода: рабочее тело входит в аппарат с эксергиейV и, совершив полезную работу полезн, выходит из аппарата с эксергией V . При этом потеря работоспособности в результате необратимости процессов внутри аппарата определяется уравнением (1.34).

Важно подчеркнуть, что этот метод позволяет судить о степени необратимости процессов внутри аппарата по внешней характеристике – разности эксергий на входе в аппарат и на выходе из него.

Для производящего полезную работу полезнтеплового аппарата, в который входит поток рабочего тела с параметрами Y , I и подводится поток теплоты от теплового источникас температуройI и из которого выходит поток рабочего тела с параметрами р2, Т2, потери работоспособности потоков рабочего тела и теплоты составляют

В величину ΔLвходят потери, обусловленные трением (внутренней необра-

тимостью), теплообменом при конечной разности температур (внешней необратимостью) и теплообменом аппарата с окружающей средой.

Для количественной оценки степени термодинамического совершенства используют величину эксергетического КПД:

(1.35)ηэкс 1.

Для тепловых машин, производящих полезную работу, эксергетический КПД равен внутреннему относительному КПД машины.

Для тепловых аппаратов, не производящих полезной работы, определение эксергетического КПД по уравнению (1.38) лишено смысла. Для таких аппаратов эксергетический КПД логично определять следующим образом:

Эта величина является мерой необратимости процессов, протекающих внутри аппарата: если бы процессы были обратимы, то eвх=евыхи ηэкс 1.

В уравнениях (1.38) и (1.39) под Vвхподразумевается сумма эксергий потока рабочего тела и потока теплоты.

Необходимо отметить, что эксергетический КПД является отношением качественно одинаковых величин – работ, которые потенциально могут быть целиком полезно использованы. В то же время термический КПД цикла, определяемый отношением полезной работы ко всей теплоте, подведённой к рабочему телу, не даёт истинного представления об экономичности превращения теплоты в работу. Объясняется это тем, что по второму закону термодинамики теплота в цикле никогда не может полностью перейти в работу. Поэтому термический КПД показывает отношение фактически неравноценных величин. С этой точки зрения определение экономичности с помощью эксергетического КПД методически более правильно

43

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Расчет срока окупаемости внедрения турбоагрегата малой мощности (пример расчета)

1. Определение укрупненных капиталовложений в установку турбоагрегата малой мощ-

ности на котельных предприятий с созданием малых ТЭЦ.

2.Стоимость турбоагрегата определяется по результатам тендера.

3.Стоимость электротехнических устройств составляет ориентировочно

10 – 15 % от стоимости турбоагрегата.

4.Стоимость тепломеханической части (паропроводы, трубопроводы технической воды и т.д.) – 15 – 20% от стоимости турбоагрегата.

5.Стоимость строительно-монтажных работ: размещение турбоагрегата в котельной

– 15-20% от стоимости оборудования.

6. Стоимость проектно-изыскательных работ – 5-10% от стоимости строительно-

монтажных работ.

7.Стоимость пуско-наладочных работ – 3-5% от стоимости оборудования.

8.Стоимость оборудования:

Соб 5580 [ 0,15 ∙ 5580 [ 0,2 ∙ 5580 7533 тыс. руб.

9. Капиталовложения в мероприятие:

Ктг Соб [ 0,05 b 0,1 Ссмр [ 0,15 b 0,3 Соб [ 0,03 b 0,05 Соб, тыс. руб. Ктг 7533 [ 0,1 837 [ 0,3 7533 [ 0,05 7533 10253,2 тыс. руб.

10. Определение срока окупаемости мероприятия:

где Ктг – капиталовложения в мероприятие, тыс. руб.;

Сэл.эн. – текущий тариф на электрическую энергию, руб./кВт·ч;

Ст.пар.– стоимость 1 тонны пара (руб.), на момент составления расчета принимаем

350руб./т.

44

Лебедева Е.А.

КОГЕНЕРАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА БАЗЕ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным, практическим и семинарским занятиям по дисциплине

«Когенерационные технологии на базе котельных установок» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство

профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru

45