2.6 Изображение изменения состояния контактного газа и шихты на t-s и р-н диа­граммах

Изменения состояния контактного газа показано на T-S и Р-Н диаграммах соответственно (рисунок 2.2а и 2.2б).

Т-S диаграмма состояния контактного газа

Рисунок 2.2а.-Изменение состояния контактного газа на Т-S диаграмме

1-2-Изобарный процесс охлаждения контактного газа

P-H диаграмма состояния контактного газа

Рисунок 2.2б.-Изменение состояния контактного газа на P-H диаграмме

1-2-Изобарный процесс охлаждения контактного газа

Изменения состояния шихты показано на T-S и Р-Н диаграммах соответственно (рисунок 2.3а и 2.3б).

Т-S диаграмма состояния паров шихты

Рисунок 2.3а.- Изменение состояния паров шихты на Т-S диаграмме

1-2-Изобарный процесс перегрева паров шихты

P-H диаграмма состояния паров шихты

Рисунок 2.3б.-Изменение состояния паров шихты на P-H диаграмме

1-2-Изобарный процесс перегрева паров шихты

3 Диаграмма потоков и потерь эксергии (диаграмма Грассмана-Шар­гута)

Е_кг1=2226,3590 кВт Е_ш1=202,0903 кВт

Е_кг2=1696,0155 кВт Е_ш2=619,5964 кВт

Д=112,8374 кВт

Рисунок 3.1.- Диаграмма потоков и потерь эксергии в перегревателе паров шихты.

Заключение

При исследовании ЭХТС и ее элементов в первую очередь составляются материальный и тепловой балансы, а затем эксергетический.

Тепловой баланс (без учета потерь):

Но тепловой баланс не отражает степень приближения ЭХТС к идеальной, ее термодинамическое совершенство. В отличие от теплового баланса, эксергетический баланс учитывает потери от необратимости в ЭХТС и тем самым отражает степень приближения системы к идеальной, для которой эксергетический КПД равен 1.

Эксергетический баланс:

Д = 112,8374 кВт – эксергетические потери вследствие необратимости процесса.

Совершенство ЭХТС и ее элементов тем выше, чем меньше потери эксергии, и поэтому степень совершенства ЭХТС и ее элементов обычно характеризуют так называемым эксергетическим КПД.

В общем случае эксергетический КПД будет определяться отношением

В включаются потоки эксергии, которые определяют полученный эффект.

В включаются потоки эксергии, которые определяют затраты.

Из этого следует два принципиально важных свойства КПД:

1. Для идеального, полностью обратимого процесса, где потери Д отсутствуют значение КПД = 1. Если подведенная эксергия полностью теряется в процессе, то в этом случае КПД = 0. В реальных процессах, занимающих промежуточное положение, всегда 0<КПД<1. Чем выше КПД, тем система совершеннее.

2. Разность между А_з и А_эф., т.е. эффектом и затратами, всегда равна суммарной потере от необратимости .

Таким образом, КПД имеет обобщенный характер[1].

В работе рассчитаны три КПД, отражающие различные аспекты термодинамического процесса перегрева:

а) как отношение изменений эксергий теплоносителей

Это наиболее истинный КПД, так как отражает потери процесса в целом, показывает какая доля эксергии контактного газа перешла в эксергию шихты:

- внутренние потери, связанные с необратимостью процесса;

- внешние потери, связанные с условиями взаимодействия системы с окружающей средой, то есть поток тепло­ты направлен к окружающей среде, на­гревающийся поток шихты вследствие этого нагревается меньше, а охлаждающийся контактный газ охлаждается сильнее. Весь поток эксергии в процессе теплопередачи к окружающей среде теряется;

- потери, вызванные продольной теплопроводностью теплообменника. Во всяком тепло­обменнике (за исключе­нием такого, у которого температура по длине не меняется) суще­ствует не только тепловой поток, перпендикулярный по­верхности теплообменника, но и другой, параллельный ей и направленный от теп­лой стороны к холодной. Это явление при­водит к тому, что фактически результи­рующий вектор теплового потока направ­лен под острым углом к поверхности и теп­лопередача происходит при несколько большей разности температур, чем при от­сутствии продольного теплообмена.

В результате увеличатся разности темпе­ратур на концах теплообменника: нагре­вающийся поток шихты выходит более холод­ным, а охлаждающийся контактный газ более теплым, чем при отсутствии продольного теплооб­мена. В области высоких температур эти по­тери большей частью относительно неве­лики, и ими справедливо пренебрегают.

б) эксергетический КПД перегревателя шихты на основе эксергетического баланса имеет вид:

имеет значение близкое к 1, с учетом того, что эксергия контактного газа имеет полезное после выхода из перегревателя назначение. Так как потери на выходе незначительны, КПД имеет такое большое значение.

в) Если теряется в окружающую среду, то значение будет меньше, т.е. не происходит совершение полезного эффекта. Поскольку все эти побочные эффекты, если они не использовались, их нельзя относить к полезным, при расчете КПД они, как правило, не должны включаться в числитель формулы.