ТЕПЛОТЕХНИКА

АНАЛИЗ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЭХТС

В качестве примера эксергетического анализа ЭХТС рассмотрим циклонную установку для получения плавленых фосфатов.

На рис. 7.7 показана схема циклонной энерготехиологической уста­новки для получения обесфторенных плавленых фосфатов и энергети­

Ческого пара, а на рис. 7.8 — диаграмма потоков эксергетического баланса этой установки (см.: Сидельковский J1. Н., Фальков Э. Я. Зксергетические балансы огнетехнических процессов. М., 1967). Произ­водительность установки: по основному продукту (обесфторениый фосфат с температурой 1723 К) - 10 т/ч; по вспомогательному продукту (перегретый водяной пар давлением 10,6 МПа и с температурой 783 К)

— 15 т/ч; температура питательной воды 488 К, топливо — природный газ с Qf, = 35,8 МДж/м3; температура подогрева воздуха 623 К; темпе­ратура уходящих газов 323 К.

Расчет эксергетического баланса проводился без учета нулевой эксергии продуктов сгорания, вследствие чего отклонения полученных результатов от точных составляют ~ 3 %. Как видно из рис. 7.8, для всей установки цуех = 16,6 + 30,6 = 47,2%.

При раздельной выработке фосфата и пара тех же параметров общий к. п. д. установки составит примерно 36 %. Уменьшение к. п. д. объясняется тем, что при совместной выработке указанных продуктов основные зксергетические потери (от необратимости при теплообмене) значительно снижены, так как в начале технологической цепочки, где температура максимальна, помещен высокотемпературный техноло­гический процесс — получение фосфатов в циклоне, несмотря на то, что среди остальных элементов установки циклон имеет наименьший эксергетический к. п. д., равный 37,8 %, поскольку в нем проте­кает самый термодинамически несовершенный процесс — горение топлива.

По энергетическому балансу к. п. д. установки составляет rft -

— 27,4 + 63,5 = 90,9 %, где 27,4 % - отвод энтальпии с фосфатом и 63,5 % - с паром. По энергетическому балансу получается картина высокоэффективной установки, что далеко от действительности. Срав­нение результатов, полученных из эксергетического и энергетического баланса, показывает, что последний не вскрывает существа энергети­ческих превращений в ЭХТС и не дает правильной оценки как самой установки, так и ее элементов.

Представляют интерес результаты эксергетического анализа син­теза аммиака, приведенные в журнале «Химическая промышленность» (1982, № 5). Из теплового баланса ЭХТС следует, что в колонне синтеза аммиака, водоподогревателе и теплообменных аппаратах потери энергии близки нулю. Из эксергетического же анализа следует проти­воположный вывод - наибольшие потери эксергии оказываются в колонне синтеза (22,6% от всех потерь); они выше, чем в компрессоре (16%) и газовой турбине (20%), что объясняется большой необрати­мостью протекающей в колонне синтеза аммиака химической реакции. Общие потери в колонне синтеза аммиака, водоподогревателе и теп­лообменниках составляют почти половину всех эксергетических потерь ЭХТС. Потери эксергии в колонне синтеза аммиака можно значительно уменьшить за счет повышения температуры в одной из ее зон, так как это мероприятие позволило бы более эффективно использовать теплоту реакции и выдать на сторону пар более высоких пара­метров.

В качестве объекта для раскрытия сущности термодинамической

Теплопотери в окружающую

Среду 0,32 % РазЫление и теплопотери ёощтщую среду 1,25%

Оптимизации системы и ее отдельных элементов рассмотрим компрес­сорную установку, поскольку она широко применяется в химической технологии. Из эксергетической мощности компрессорной установки Nex [см. (7.12) и (7.13)] можно получить обобщенные характеристики этой установки, которые позволяют провести анализ и оптимизацию энергетических показателей действующих компрессоров, а также срав­нить их между собой. Основной эксергетической характеристикой ком­прессора является расход мощности NK на единицу эксергетической мощ­ности Nex, т. е. т = NK/Nex.

Эта величина характеризует работу компрессора с учетом количества компрессируемого газа и его параметров. Анализ компрессоров на основе показателя т показывает, что:

Для большинства компрессоров т = 1,5... 2 или лезс = 0,65... 0,5, поскольку тех = 1 /т. Лучшие энергетические показатели имеют центро­бежные, а худшие — вертикальные V-образные и горизонтальные машины. Показатель т может служить оценкой энергетической эффек­тивности машины и для предварительного расчета расхода энергии иа ее привод. Показатель т позволяет дать объективную оценку по энер­гетическим показателям соответствия данного компрессора достигну­тому мировому уровню;

Поршневые машины без смазки цилиндров могут иметь энергети­ческие показатели не хуже, чем машины со смазкой;

Показатель т позволяет сравнить эффективность работы данного компрессора в различных режимах и тем самым выявить оптималь­ные условия его эксплуатации.