Na podstawie: J.Szargut, A.Ziębik, Podstawy energetyki cieplnej, PWN, Warszawa 2000

Transkrypt

1 6.. Egzergia 6.. Straty egzergii Straty egzergii 6.7. ermoekonomia 6.8. Reguły zmniejszania niedoskonałości term Reguły zmniejszania niedoskonałości term Bilans energii i egzergii w elektrowni parowej Na podstawie: J.Szargut, A.Ziębik, Podstawy energetyki cieplnej, PWN, Warszawa 000

2 Egzergia miernik jakości energii. Poziom zerowy wyznacza przyroda - skład chemiczny i parametry stanu powszechnie wystę- pujących składników przyrody. (bogactwa naturalne?) Egzergia fizyczna (, p) inne niż w oczeniu b Egzergia chemiczna f b ( i i ) ( s s b ch W d ) Energia podlega prawu zachowania ma umowne poziomy odniesienia Egzergia nie podlega prawu zachowania poziom odniesienia narzuca oczenie

3 Straty egzergii wewnętrzne (w osłonie bilansowej) związane z nieodwracalnością: B w S Straty egzergii zewnętrzne związane z odprowadzeniem do oczenia produktów odpadowych z dodatnią egzergią 3

4 arcie B dq f Q f Q f ciepło tarcia temp. ciała odb. ciepło tarcia.arcie jest bardziej szkodliwe gdy temp. ciała odbierającego ciepło jest mniejsza. adiabatyczne sprężanie gazu s 4

5 Nieodwracalny przepływ ciepła B Q Q Q ciepło przekazane, temp. ciała ciepłego i zimnego. Nieodwracalność jest tym bardziej szkodliwa, im niższe są temp.. Większe róznice temp. są dopuszczalne dla wysokich temp. 3. Strumienie pojemności cieplnej (G c) powinny być zbliżone. Kiedy można uniknąć strat egzergii? (nieskończona powierzchnia?) p k k p s 5

6 Dławienie izentalpowe Dla gazów doskonałych i półdoskonałych B G p p v dp p B G R ln p. Dla cieczy v mało zależy od temp. więc strata egzergii jest większa dla niskich temp.. Dla gazów dosk. i półdosk. zależy tylko od ciśnień. Mieszanie substancji o niejednakowych temp. B ( C ln m C ln m ) 6

7 Spalanie. Proces obarczony dużą stratą egzergii.. Straty egzergii można ograniczyć podgrzaniem substratów spalania, jednak rośnie wtedy strata egzergii związana z nieodwracalnym przepływem ciepła między spalinami a czynnikiem podgrzewanym. (Chyba żeby podnieść średnią temp. czynnika ogrzewanego) 3. rzeba pamiętać, że podgrzanie substratów podnosi temp. spalania NOx (sprawa palenisk pyłowych NOx) podgrze w powietrz a s s s 7

8 . Gałąź analizy egzergetycznej - ERMOEKONOMIA. Analiza egzergetyczna informuje tylko o możliwościach udoskonalenia procesów cieplnych 3. Ma raczej pomocnicze zastosowanie w analizie ekonomicznej 8

9 Dopuszczaj do strat egzergii tylko gdy pozwala to ograniczyć nakłady inwestycyjne.() W wymienniku: F B (maleją nakład inwest.) ale F B B rzeba zbadać koszty eksploatacyjne. Q Q= k F Q Unikaj mieszania substancji różniących się temperaturą, ciśnieniem () Przy mieszaniu płynów (wymiennik bezprzeponowy) o różnych temp. > 0 nie służy zmniejszeniu nakładów inwestycyjnych. Przy mieszaniu gazów o różnych ciśnieniach często stosuje się dławienie gdzie B >0. Można rozważyć zastosowanie maszyny przepływowej rozprężającej lub sprężającej. 9

10 Unikaj ochładzania gorącej substancji powietrzem lub wodą chłodzącą. Unikaj podgrzewania zimnej substancji powietrzem lub wodą chłodzącą gdy substancja ma temp. niższą od oczenia. (3) Substancja gorąca i zimna (o temp. mniejszej od oczenia) mają dodatnią egzergię ochładzanie lub podgrzewanie czynnikami oczenia oznacza jej niszczen Procesy przeciwprądowe są zawsze bardziej term. sprawne niż współprądowe. (4) u duże B bo duże p p współprąd k k p k Przeciwprąd B k p Q Q i 0

11 W wymienniku temp. końcowa jednego strumienia powinna być bliska temp. początkowej drugiego. Problem w sieciach wymienników. (5) Np. metoda pinch. Maksymalizacja regeneracji ciepła. Strumienie pojemności cieplnych (G c) czynników wymieniających ciepło powinny być zbliżone. Przy dużych różnicach rozdziel strumień o dużej pojemności cieplnej na dwa wymienniki. zw. strata strukturalna. (6) p p Nieskończona powierzchnia wymiennika i duża różnica strumieni pojemności cieplnych k k p k k p Q= k F

12 Unikaj pośredniego nośnika ciepła pomiędzy rozpatrywanymi strumieniami (7) Zawsze rośnie powierzchnia wymiany ciepła. Wyjątek. Może być opłacalne zastosowanie czynnika o dużej objętościowej pojemności cieplnej przy przesyłaniu ciepła na duże odległości (mniejsze nakł. inwestycyjne) Minimalizuj straty egzergii od tarcia hydraulicznego lub nieodwracalnego przepływu ciepła w niskich temp. (szczególnie niższych od temp..) (8) arcie hydr. pociąga np. wzrost mocy sprężarek instalacji ziębiącej, równocześnie czynnik ziębiący pochłania ciepło tarcia B dq f Q f Przy przepływie ciepła straty są większy przy niskich temp. B Q Q

13 Unikaj dławienia gazów i par (9) (dkliwe dla par i gazów bo duże v) Ziębiarki parowe sprężarkowe dławienie konieczne??? B G p p v dp Sprężarki i wentylatory umieszczaj w miejscach o najniższej temperaturze (0) Praca sprężania ~ objętość sprężanego czynnika ~ /temperatura 3

14 Czy można wykorzystać ciepło oddawane do oczenia, np. w skraplaczu. Np. urządzenie do produkcji pracy. Ciepło oddawane w skraplaczu jest bardzo zdewaluowane i możliwości jego wykorzystania są bardzo ograniczone. Ogranicz raczej ilość tego ciepła. Ciepło oddawane powstaje na wskutek nieodwracalnych przemian (w różnych miejscach układu) Więc... Obok zrealizowano pomysł aby wyeliminować straty w skraplaczu przez rekompresję pary... przesunięto tylko miejsce strat do elektrowni ( elektr. napęd sprężarki) Grzejnik rozruchowy Roztwór zagęszczony Wyparka do zatężania roztworu (z rekompresją pary) sprężarka podgrzewacz Roztwór ubogi 4

15 Zmniejszając jakąś stratę egzergii nie zwiększaj innej. Np. w spalaniu: straty egzergii można ograniczyć podgrzaniem substratów spalania, jednak rośnie wtedy strata egzergii związana z nieodwracalnym przepływem ciepła między spalinami a czynnikiem podgrzewanym. Należy równolegle np. podnieść średnią temp. czynnika ogrzewanego Koszt jednostki egzergii zwiększa się w miarę postępu przemian termodynamicznych koszt jedn. egzergii paliwa < koszt jedn. egzergii pary < koszt jedn. egzergii energii elektr. Straty egzergii są bardziej doktliwe w końcu łańcucha przemian. Redukuj straty egzergii gdzie są największe (kocioł parowy) lub tam gdzie koszt jednostki egzergii jest największy (sieć elektroenergetyczna!!!) 5

16 Dlaczego sprawność energii jest taka mała: Bilans energii największe straty energii są w skraplaczu Bilans egzergii niedoskonałość kła (straty energii w kle są małe ale występuje tu znaczna dewaluacja energii na skutek nieodwracalności spalania i przepływu ciepła między spalinami a czynnikiem obiegowym. 6