книги / Эксергетические расчеты технических систем

ГЛАВА

5

ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЕ БАЛАНСЫ

§ 1. Составление уравнений эксергетического баланса

Потери эксергии

Для составления уравнений эксергетического баланса^ технической системы (установки, агрегата, машины, аппарата) необходимо мысленно окружить рассматриваемую систему контрольной поверхностью

иопределить потоки входящей и выходящей эксергии.

Внаиболее общем случае, когда в систему поступают и из системы выходят

потоки	вещества,	теплоты,	работы,	эксергетический баланс записывается
в виде	[724]
	2	Е\ + 2Ёа+	2V =	2 Е] + 2Eq+ АЕ +2L" + 2D.	(5.1)

Здесь Ei, Ei — эксергия входящих и выходящих потоков вещества; АЕ —

приращение эксергии системы. Величина Ё\ включает эксергию как полезных,, так и побочных продуктов процессов, проходящих в системе.

Вводя обозначения

2 Е' = 2 Ei + 2 Eq+ 2 V и 2 £" = 2 Ё\ + 2 Ёв + 2 L"

и принимая для стационарных процессов АЕ = 0, получим более простую запись выражения (5.1):

2 Е' = 2 Е" + 2D.

(5.2)

Для идеальных систем, в которых проходят только обратимые процессы, суммарная входящая эксергия равна выходящей эксергии. В реальных установ­ ках происходят необратимые процессы (трение, теплообмен при конечной раз­ ности температур, дросселирование, химические превращения и т. п.), сопро­ вождающиеся диссипацией энергии, поэтому для них действительно неравенство

2 £ ' > 2£".

(5.3)

Потеря эксергии в системе (установке, аппарате), следовательно, опреде­ ляется как

2D = 2D' — 2D".

(5.4)-

Для идеальной системы D = 0, для реальной D > 0.

Эксергии входящих и выходящих потоков вещества и энергии рассчиты­ ваются по параметрам этих потоков, непосредственно замеренным на работаю­ щих установках, либо рассчитанным для проектируемых.

Работа установки характеризуется эксергетическим КПД

2 £ *	.	2 D	- ч
^е — 2 £'	““	2 £'	*

В связи с аддитивностью потерь эксергии в статических условиях правая часть выражения (5.5) может быть записана в виде

	^	] _	Da______ 2ъ______			(5.6)
	Ъ	2	E Bxi	2 E Bxi	2 E Bxl
	где Da, Db, Dc ...— потери эксергии в элементах я, Ь, с,					установки.
	Необратимые процессы внутри			установки	вызывают	внутренние потери

эксергии. В результате сопряжения рассматриваемой системы с окружающей средой и находящимися в ней источниками и приемниками энергии возникают потери эксергии, называемые внешними De [30]. К последним относятся также потери эксергии с побочными продуктами, выпускаемыми в окружающую среду и смешивающимися с ней. Эксергия таких продуктов безвозвратно теряется. К этой группе потерь относятся, например, потери с дымовыми газами, нагре­ той охлаждающей водой и т. п.

Внутренние потери эксергии D* делятся на две подгруппы: связанные с несовершенством оборудования и вызванные необратимыми явлениями, свой­ ственными данному процессу [30]. Примеры потерь первой подгруппы — по­ тери теплоты через изоляцию, потери, обусловленные трением, теплообменом при конечной разности температур и др. Такие потери называются технически- ми и обозначаются DT. В пределе они могут быть сведены к нулю усовершен­ ствованием самих аппаратов и улучшением условий протекания процессов.

Примеры потерь второй подгруппы — потери при теплообмене, обуслов­ ленные неодинаковой теплоемкостью потоков теплоносителя по длине аппара­ та, потери при дросселировании, при сжигании топлива и др. Эти потери назы­ ваются собственными и обозначаются Dc. Деление потерь на технические и соб­ ственные позволяет определить принципиальную возможность (или невозмож­ ность) их снижения путем улучшения технических систем и их элементов.

В ряде случаев целесообразно классифицировать потери эксергии по при­ чинам, их вызывающим. Так, отдельно рассматриваются потери вследствие смешения, теплообмена при конечной разности температур, трения в проточных частях турбин и компрессоров, гидравлических сопротивлений, теплообмена с окружающей средой через изоляцию и т. п. Анализ влияния эксергетических потерь в отдельных элементах схемы на эффективность всей установки рас­ сматривается в гл. 7.

Возможность осуществления технической системы

Термодинамическая возможность осуществления техни­ ческой системы оценивается по условию (5.3).

Из выражения (5.5) совместно с неравенством (5.3) следует также, что для реальной технической системы должно выполняться неравенство

I). < 1 .

(5-7)

э к с е р г и и

Нарушение его указывает на термодинамическую невозможность работы соот­ ветствующей реальной системы (установки). Использование уравнений эн ер ­ гетического баланса для анализа термодинамической возможности осуществ­ ления технической системы имеет большое значение при проектировании новых установок. Такие уравнения не требуют подробных расчетов всех проис­ ходящих в установке процессов и детального проектирования. Для оценки ус­ ловий (5.3) и (5.7) необходимо только определить энергии входящих и выходя­ щих потоков. Более того, выражение (5.5) позволяет сравнить предлагаемую установку с другими альтернативными техническими решениями и тем самым дать заключение о целесообразности ее разработки. В термодинамически не­ возможных системах уравнения энергетического и материального балансов мо­ гут выполняться, если в рассматриваемых установках не нарушается Первое начало термодинамики. В то же время только неравенство (5.7) указывает на выполнимость Второго начала термодинамики.

Однако термодинамическая возможность осуществления той или иной ус­ тановки не свидетельствует о реальности ее технической реализации. Для оп­ ределения этого требуются дополнительные сведения по работе отдельных эле­ ментов и их конструкций. В ряде случаев даже при термодинамической воз­ можности осуществления последних технически их создание либо невозмож­ но, либо экономически невыгодно. Развитие техники позволяет найти новые решения, и поэтому термодинамически возможная, но технически невозможная или экономически нецелесообразная в настоящее время установка может быть создана в будущем.

Эксергетический баланс системы можно записать только после составле­ ния уравнений материального и энергетического балансов. В первом сумма масс входящих в систему веществ равна сумме масс выходящих, во втором сум­ марная энергия, вводимая в систему, равна суммарной энергии, покидающей систему. Совместное решение уравнений этих двух балансов позволяет опреде­ лить массовые потоки вещества и энергии и на их основе построить эксергети­ ческий баланс рассматриваемой системы.

§ 2. Эксергетическая производительность (мощность) системы

Оценивая потоки всех видов энергии и вещества посред­ ством единого критерия — эксергии, можно получить обобщенные термодина­ мические характеристики любой установки. Это особенно ценно при выработ­ ке в установке разнородной энергетической продукции либо энергетической и неэнергетической продукции, например теплоты и электроэнергии (ТЭЦ), электроэнергии и горючих газов (ГЭЦ), электроэнергии и стали, электроэнер­ гии, теплоты и пресной воды, теплоты и холода. Обобщенной характеристикой таких установок служит их эксергетическая производительность, т. е. суммар­ ная эксергия, производимая в установке в единицу времени.

Различные термодинамические системы можно сравнивать по их эксергетической производительности. Если какой-либо из выходящих потоков не ис­ пользуется (выбрасывается в окружающую среду), он не включается в сумму выходящих потоков и определяет внешнюю потерю эксергии в уста-

Р е = ^ - (5.8)

где х — время работы установки, в течение которого выдается суммарная эк-

сергия 2 £"

Так, эксергетическая производительность ТЭЦ, вырабатывающей электро­

энергию и теплоту, определяется выражением
р]эц = W + 2 (G'e") — 2 (G'e'),	(5.9)

где W — электрическая энергия, вырабатываемая на ТЭЦ в единицу времени (мощность ТЭЦ); G" — количество выходящих потоков пара и воды в единицу времени (секунду) со станции; G' — количество возвращаемых на станцию по­ токов конденсата и воды от потребителей.

В последние годы значительное внимание уделяется созданию энерготех­ нологических комплексов, прежде всего ядерно-металлургических (ЯМК) [153], в которых энергетический объект — атомная электрическая станция (АЭС) — органично сочетается с металлургическим производством. В таких комплексах на АЭС производятся электроэнергия, теплота и восстановитель­ ные газы (смесь моноксида углерода с водородом), которые используются для прямого восстановления железа из руды и последующего получения стали. Электроэнергия идет в таких производствах на плавку железа и прокат полу­ чаемой стали, а теплота — на очистку получаемых газов от диоксида углерода. Избыток электроэнергии и теплоты выдается другим потребителям.

Иной пример энерготехнологического комплекса — сочетание АЭС с ус­ тановками для производства водорода, который далее направляется на различ­ ные производства азотной промышленности [63]. В этих случаях путем паровой конверсии природного газа на АЭС производится водород, применяемый для получения аммиака, азотной кислоты, аммиачной селитры, метанола и других продуктов. Наряду с водородом вырабатываются электроэнергия и теплота, используемые как в основном производстве, так и выдаваемые внешним потре­ бителям.

Наконец, на самой АЭС возможно производство электроэнергии, теплоты и горючих газов специально для внешних потребителей. Во всех этих случаях нельзя отдать приоритет какому-либо одному продукту, и при анализе устано­ вок и сопоставлении различных вариантов приходится рассматривать все затрачиваемые и получаемые продукты.

Эксергетическая производительность ГЭЦ (газоэлектроцентрали) подсчи­

тывается по выражению
Ягэц = № + 2<7е,	(5.10)

где W — электрическая мощность ГЭЦ; G" — секундный выход горючих газов. Если на ГЭЦ вырабатывается также пар или горячая вода, то в правую часть выражения (5.10) добавляется разность между эксергиями выходящих потоков пара или горячей воды и возвращаемых на станцию — второй и тре­ тий члены правой части уравнения (5.9). Для установок, вырабатывающих ме­ таллы, химические продукты и т. д., эксергетическая производительность оп­ ределяется по выражениям, аналогичным (5.9) и (5.10), но в правую часть уравнения добавляется член, определяющий секундную выработку эксергии

полезных продуктов.

Эксергетическая производительность компрессионной установки опреде­ ляется по суммарному возрастанию эксергии газа, проходящего через установ­ ку, и эксергии теплоты, отводимой в процессе сжатия газа и затем полезно ис­

пользуемой:	г-
Р Г П = 2G, A e t + Ег	(5.11)

Если отводимая теплота не используется, а передается окружающей среде, то

Е а = О И

Р Г п = 2С,Де,.

(5.11а)

Расчет эксергетической производительности холодильных и теплонасос­ ных установок, характеризующихся выдачей продукции в виде холода и теп­ лоты различных параметров, имеет свои особенности. Теплонасосные установ­ ки вырабатывают обычно теплоту в количестве QT, передают ее теплоносителю, в результате чего температура последнего повышается до температуры Гт. Вы­ даваемый тепловой поток характеризуется эксергией

=	(5.12)
f _т	функция.
где те = ----- — эксергетическая температурная

Холодильные установки выдают холод в количестве Qx. При Т < Т0.с ве­ личина Qx имеет знак, обратный знаку QT, однако эксергия холода Ех положи­ тельна. Следовательно, в комбинированных теплонасосных и холодильных установках нельзя производить суммирование QT и Qx, но можно суммировать Ед и Ех. Таким образом, эксергетическая мощность комбинированной тепло- и хладоустановки определяется как

Pe = 2Eqi+ 2 E xi.

(5.13)

Так как обычно теплота и холод к потребителю подводятся через теплоили хладоноситель (вода, рассол, холодильный агент), то

Л? = ^ (GTAeT), + ^ (GxAex)*.

(5.14)

Здесь G и Де (с соответствующими индексами) — секундный расход теплоили хладоносителя и изменение его эксергии в установке соответственно.

Для холодильной установки

Ре= 2 (GxAex)h

(5.15) (

где Gx — выход охлажденного продукта в единицу времени; Аех = е" — е' — повышение эксергии продукта в установке.

В ряде технологий используются установки разделения различных газо­ вых смесей. Эксергия смеси меньше суммарной эксергии отдельных продук­ тов, составляющих смесь, поскольку смешение — процесс необратимый. Сле­ довательно, эксергетическая производительность таких установок определя­ ется как разность между суммарной эксергией продуктов разделения, поки­ дающих установку, и эксергией смеси, подводимой в установку разделения:

Ре = s (GeUxl - 2 (GCMeCM).

(5.16)

В установках разделения воздуха второй член выражения (5.16) равен нулю, так как для воздуха Агсм =

При получении излучения в установке в результате преобразования раз­ личных видов энергии эксергетическая производительность определяется как суммарная эксергия испускаемого излучения.

§ 3. Примеры эксергетичесних балансов технических систем

Турбина

Расширение в турбинах наиболее часто осуществляется адиабатно, т. е. без теплообмена с окружающей средой, но с внутренним тре­ нием, вызывающим рост энтропии и соответствующие потери эксергии рабо­ чего тела. При этом производится механическая работа и отводимая от вала турбины эксергия рабочего тела изменяется от Е' до Е" Следовательно, урав­ нение эксергетического баланса представляется в виде

Е' = £" + L + 2D.

(5.17)

Для идеального обратимого расширения 2D = 0. Если в процессе рас­ ширения между ступенями турбины к агенту подводится теплота Q, в резуль­ тате чего температура рабочего тела в промежуточном нагревателе повышает­

ся от Т' до Т"> то эксергетический баланс такой установки имеет вид
Е' =Е" + L — El + E^ + ZD,	(5.17а)

где Е\ и Е\ — входная и выходная эксергии теплоносителя, идущего в проме­ жуточный нагреватель.

П р и м е р 1 . Определение потерь эксергии в турбине.

Водяной пар с начальной температурой 7\ = 773 К расширяется в тур­ бине от давления рх = 0,98 МПа до давления р2 = 0,1 МПа. При Т0.с = 293 К энтальпия пара на входе в турбину hx = 3479,23 кДж/кг и эксергия на входе ех = 1202,17 кДж/кг (см. рис. на вкладке). При изоэнтропном расширении (s =

= const)	энтальпия и	эксергия	пара на	выходе — соответственно	h2s =
= 2842,4	кДж/кг, е2 =	565,34 кДж/кг.		= 636,83 кДж/кг и т|е =	1. Ес­
Следовательно, I =		— h2) =	(ег — е2)

ли внутренний относительный КПД турбины (отношение действительной ра­

боты расширения к изоэнтропной) т]оГ =			80 %, то h2 = 2969,77 кДж/кг, е2 =
= 616,14 кДж/кг и I = 509,46 кДж/кг. Эксергетический баланс в этом случае
записывается как 1202,17 =		616,14 + 509,46 + 2D, откуда 2D = 76,57 кДж.
Эксергетический КПД определяется отношением
		509,46	100 = 86,9 %.
	1202,17 — 616,14
Из примера следует, что г\е > у\оЛ. Действительно
Лк_		h l — h2s	1
Чы	^1 —	— То с (sx — S2)	Гр.С (S1 ---S2)

hi h2s

Очевидно, все потери эксергии в этом примере относятся к внутренним и техническим (см. § 1 гл. 5), и поэтому 2D = DT.

Эксергетическая мощность турбины при расходе пара 1 кг/с
Pe = L + E" = 509,46 +	616,14 =	1125,60 кВт.
П р и м е р 2 . Определение потерь эксергии в детандере.
В детандере холодильной установки, работающей на фреоне-13, рабочий
агента расширяется от давления /?х = 0,098 МПа до давления р2 = 0,0331 МПа,
температура при этом изменяется от Тх = 0 до		Т2 = —20 °С.	По е, /i-диа-
грамме фреона-13 [166] ht = 530,9	кДж/кг,	ех = —71,17	кДж/кг, h2 =

= 519,2 кДж/кг и е2 = —97,1 кДж/кг (см. рис. 4.31). Отводимая из детандера

работа I = 530,9 — 519,2 = 11,7			кДж/кг. Повышение эксергии				холодильно­
го агента Ле =	ех — е2 — —71,17 + 97,1 = 25,9 кДж/кг.
Эксергетическая мощность детандера при расходе агента 1 кг/с
Потеря эксергии		Рв = / + Де =	11,7 + 25,9 = 37,6		кВт.
d = eL— e2 — l = — 71,17 +				97,1 — 11,7= 14,23 кДж/кг.
При идеальном процессе в детандере				(расширение при s =		const)		энтальпия
и эксергия потока фреона на выходе				соответственно	/г2ад =	504,5		кДж/кг и
#2ад = —100,5 кДж/кг. Тогда эксергетическая мощность детандера
Л>	=	530,9 — 504,5 +	100,5 — 71,17 = 55,73 кДж/кг.
Потеря эксергии		d = —71,17 +	100,5 — 26,4 = 2,93		кДж/кг.		Здесь эксер-

гетические потери относятся к внутренним и при работе реального детандера могут быть разделены на технические dT = 14,23 — 2,93 = 11,3 кДж/кг и собственные dc = 2,93 кДж/кг. Минимальная потеря эксергии, связанная со свойствами фреона-13, не может быть ниже собственных потерь dc.

Компрессор

В компрессорных установках давление протекающего потока повышается за счет подвода работы L. Следовательно, эксергетическая производительность таких установок

Ре = Е" — Е'.

(5.18)

Если в процессе сжатия отводится полезно используемая теплота в количестве

Q0TB, имеющая эксергетическую температурную функцию те, то	выражение
(5.18) приобретает вид
Ре = Е " - Е ’ -МЗотвТ*.	(5.19)

П р и м е р . В двухступенчатом компрессоре осуществляется сжатие фре­ она-12 от давления рг = 0,15 МПа до давления р2 = 1,2 МПа. После первой ступени фреон направляется в промежуточный охладитель; отводимая тепло­ та не используется. Обе ступени компрессора работают с адиабатным КПД ^ад = 0,8. Параметры фреона (см. рис. 4.30) на входе в первую ступень: р{ —

= 0,15 МПа, Т\	= 263 К, \ =	569,4 кДж/кг, е\ = —23 кДж/кг. После пер­
вой ступени р\ =	0,7 МПа, Т\ =	331 К, h\	= 506,0 кДж/кг, е\ =		6,62 кДж/кг.
Параметры на входе во вторую		степень	р2 =	0,6 МПа, Т2 =	298 К,	h =
= 586,1 кДж/кг,	е2 = 2,3 кДж/кг. Параметры			после второй	ступени	р\ =

=	1,2 МПа,	Т2 = 343 К, h2 = 608,1 кДж/кг, е2 =		16,1 кДж/кг.	Работа, за­
траченная		в компрессоре на сжатие 1	кг агента,	I = hi — Л1	+ Л 2 — Л2 =
=	606 — 569,4 + 608,1 — 586,1 = 58,6		кДж/кг.
	Уравнение эксергетического баланса

е2— в\ + d = I,

•откуда полная потеря эксергии

d = I — Де = 58,6 — (16,1 + 23) = 19,5 кДж/кг.

Эта потеря слагается из внутренних и внешних потерь. К внешним отно­ сится потеря эксергии, связанная с отводом теплоты в промежуточном охла­

дителе de = еI — е2 — 6,62 — 2,3 = 4,32 кДж/кг. Внутренние потери оп­ ределяются как разность di = d — de = 19,5 — 4,32 = 15,18 кДж/кг.

Для анализа внутренних потерь и выделения технических dT и собствен­ ных dc потерь рассмотрим идеальную двухступенчатую компрессорную уста­

новку, в которой сжатие осуществляется при s =			const и потери давления в
«промежуточном охладителе отсутствуют.		В этом	случае параметры фреона-12
после первой ступени	будут р\ = 0,7	МПа,	hi = 598,3	кДж/кг,	е\ —
= 5,9 кДж/кг, на входе во вторую ступень — р2 =			0,7 МПа, Т2 = 303 К, Лг =
= 588,2 кДж/кг, е2 = 5,2 кДж/кг и после второй ступени — р2 — 1,2					МПа,
Лг = 597,6 кДж/кг, е2=	14,6 кДж/кг. Работа, затраченная			на сжатие,
/ид = hi — h\ + H2—h2= 598, 3 — 569,4 + 597,6 — 588,2 =				38,3 кДж/кг.

Повышение эксергии в установке

Де = 14,6 — (— 23) = 37,6 кДж/кг.

Потеря эксергии

d = /„л — Де = 0,7 кДж/кг.

Эксергия, отводимая в промежуточном охладителе,

Де0Тв = е2— е[ = 5,9 — 5,2 = 0,7 кДж/кг.

Таким образом, внешняя потеря эксергии de = 0,7 кДж/кг. Так как рас­ сматривается вариант идеальной установки, то технических потерь эксергии нет, и поэтому de = dc. Сопоставляя внутренние потери dt для реальной ус­ тановки и собственные dc для идеальной, можно определить суммарные техни­ ческие потери от неравновесного сжатия и гидравлических сопротивлений как

dT = d[ — dc = 15,18 — 0,7 = 14,48 кДж/кг.

Теплообменник

В теплообменнике эксергия одного потока теплоноси­ теля повышается за счет понижения эксергии другого. В результате появля­ ется потеря эксергии, вызванная необратимым теплообменом при конечной разности температур, гидравлическими сопротивлениями при течении агентов и передачей теплоты в окружающую среду через изоляцию (потерями теплоты).

Предположим, тело А в количестве GA охлаждается в теплообменнике от эн­ тальпии hiа до Ыа, передавая в окружающую среду тепло Q0 и нагревая тело В в количестве GB от'энтальпии hie до Ыв- Соответственно, эксергия тела А из­ меняется от е\л до е2л, а эксергия тела В — от е\В до e2B.

Энергетический баланс теплообменника

(h\A — Лгл) Сл =	Q0 + GB (h2B— Ыв).	(5.20)
Эксергетический баланс теплообменника
(ем — егл) GA =	(е2в — е\в) GB + 2D.	(5.21)

Потеря теплоты через изоляцию <2„ характеризуется коэффициентом теплопотерь

	Т]из — 1	____ Qo_____	(5.22)
		OhA —Л2л) Ол

Поскольку потери эксергии 2D включают в себя как потери теплоты через изо­ ляцию Qо, так и потери эксергии от необратимого теплообмена, то т]е <; т|„3.

Пр и м е р 1. Определение потерь эксергии в подогревателе сетевой воды.

Вподогревателе сетевой воды конденсируется 1000 кг/с сухого насыщен­ ного водяного пара при давлении 0,6 МПа, нагревая 9700,6 кг/с воды от тем­ пературы 343 до 393 К. Через изоляцию теряется 2 % подводимой теплоты. Давление воды на входе 1,1 МПа, на выходе 1,0 МПа. Конденсат пара вытека­ ет из теплообменника при параметрах насыщения, Т0.с = 293 К. Используя

данные [49], получим Ам = 2756,17 кДж/кг,							е\л =	773,4	кДж/кг,	А2л =
=	667,38	кДж/кг,	S2A =	1,923	кДж/(кг •	К),	е2л =	103,82	кДж/кг,	h\B =
=	293,49	кДж/кг,	s\B =	0,9542	кДж/(кг •	К),	е1В =	13,92	кДж/кг,	А2В =

= 504,51 кДж/кг, S2B = 1,5269 кДж/(кг К), е2в = 57,12 кДж/кг.

Потери теплоты через изоляцию Q0 = GA (AM — Агл) (1 — Лиз) = Ю00 X X (2756,17 — 667,38) 0,02 = 41775,8 кДж/с. Температура конденсирующегося пара 431 К. Для прокачки воды устанавливается электронасос, КПД которого

т]н = 0,75. Плотность воды р„ = 960 кг/м3. Мощность			насоса
GB APB	9700,6 • 0,1 • 108	1347,3 кВт.
Pi	°>75 - 960
ПнРв
Эксергия теплоты, переданной в окружающую среду,
Е„ = Q0i e -	41775,8 (l - -gf-) = 13 376		кДж/с.

Полная потеря эксергии в теплообменнике согласно уравнению (5.21) с учетом мощности, подводимой для прокачки воды, будет

2 D = 1000(773,4— 103,82)+ 1347,3 — 9700,6(57,12— 13,92) = = 251862,7 кДж/кг.

Внешняя потеря эксергии De = Eq = 13 376 кДж/с, внутренняя — D< =

= 238486,7	кДж/с. Техническая потеря эксергии, связанная с гидравлически­
ми сопротивлениями при теплообмене — DT = Р„ =		1347,3 кДж/кг, собствен­
ная потеря	эксергии, вызванная неравновесным	теплообменом — D0 =
= 237199,4	кДж/кг.

Величина Dc составляет 94 % полной потери эксергии. Она может быть снижена только уменьшением разности температур. Для оценки возможного снижения Dc примем, что вода нагревается до температуры конденсации пара

(это в принципе возможно в смешивающем подогревателе). Тогда количество подогреваемой воды изменится и составит GB = 5474,9 кг/с, параметры воды на выходе из подогревателя будут к2в = Ыа — 667,38 кДж/кг, е2В = е2л = = 103,83 кДж/кг (см. рис. 4.36). С учетом этого полная потеря эксергии со­ гласно уравнению (5.21)

2D = 1000 (773,4 — 103,82) — 5474,9(103,82 — 13,92) = = 177386,4 кДж/кг.

Внешняя потеря эксергии не изменилась, следовательно внутренняя по­ теря Di = 164010,4 кДж/кг. Так как расчет проводился без учета гидравличе­ ских сопротивлений, эта потеря относится к собственным потерям D0 = D; и составляет 92,4 % потерь эксергии в смешивающем подогревателе и 65,1 % потерь эксергии в поверхностном подогревателе. Подставив значения соот­ ветствующих параметров в уравнение (5.5), можно получить эксергетический КПД подогревателя. Для поверхностного он составляет 62,5 %,для смешива­ ющего (предельный случай) — 73,5 %.

П р и м е р 2. Определение потерь эксергии в регенеративном подогре­ вателе питательной воды.

В регенеративном подогревателе питательной воды (рис. 5.1) пар, конден­ сируясь, нагревает питательную воду, проходящую через этот подогреватель. Расход пара и воды соответственно Gx и G2 (кг/с). Кроме того, в подогре­ ватель подается конденсат греющего пара из последующего подогревателя. Его расход G5 кг/с, а в окружающую среду отводится Q0теплоты. Эксергетиче­ ский баланс подогревателя записывается в виде

Gi (^i £4) ~Ь (^5 ^4) — ^2 (е3 ^2) 2D.

(5.23)

Для регенеративного подогревателя высокого давления № 7 (ПВД7) тур­ бины типа К-800-240-4, принципиальная тепловая схема, а также параметры и

расход пара которой приводятся			в [139], в табл. 5.1 даны выбранные по [49]
параметры в узловых точках		рис. 5.1.		Значения эксергии		рассчитаны		при
Го.с = 293 К. Потеря теплоты в окружающую среду составляет 0,7							% от теп­
лоты греющего пара.
Полная эксергетическая потеря согласно уравнению (5.21)
2D = 60,6 (1078,6 — 201,4) +		48,6 (268,4 — 201,4) — 827,2 (267,7 — 204,7) =
		=	4300,9	кДж/с.
					Внешняя эксергетическая			по­
	Греющий пор				теря
/ "	'X				De = Eq = 0,007 . 60,6 (2938,2 —
/ / -------	------------ ч N
		I Питательная			490 — 293
		1	вода				-
					- 9 3 0 ,З Ь - 490 -
					= 342,4	кДж/с.

Рис. 5.1. Схема регеввративного подогревателя питательной воды

Внутренняя эксергетическая потеря

D( = ED — De = 3958,5 кДж/с.

Эта потеря полностью связана о неравновесным теплообменом и, сле-