Теплотехника - Чечеткин А.В.
Скачать (прямая ссылка):
308
в случае невозможности этого подвергать горючие отходы производства сжиганию в целях получения теплоты. При таком подходе к созданию ЭХТС можно успешно решить задачу создания безотходной технологии как по энергии, так и по материалам. Другими словами, энерготехиология позволяет утешно решать одну из основных задач строительства коммунистического общества — задачу экономии энергоресурсов и защиты окружающей среды,
В основе любой ЭХТС лежит какой-либо термодинамический цикл. Так, в СССР в производстве аммиака наибольшее распространение получила энерготехнологическая схема с паросиловым циклом. Отличительной чертой этой схемы является энергетическая автономность, полиостью исключающая потребление водяного пара со стороны и сведение к минимуму потребления электроэнергии. Встроенное в технологический процесс энергетическое оборудование (котлы-утилизаторы, паровые и газовые турбины и т. д.) позволяет полностью удовлетворить потребность химического производства как в технологическом, так и в энергетическом водяном паре. В этом случае водяной пар позволяет заменить электропривод компрессоров и насосов на паровой (привод от паровых турбин). Схема с паросиловым циклом имеет еще то достоинство, что для получения водяного пара применяется многоступенчатая схема комплексного использования теплоты экзотермических технологических процессов и частичного сжигания природного газа. Здесь природный газ одновременно служит и исходным сырьем и топливом, а с термодинамической точки зрения паросиловой цикл приближается к обобщенному (регенеративному) циклу Карно, увеличивая тем самым относительный термический к. п. д. энерготехиологи-ческой системы. Еще большую экономию можно получить при работе ЭХТС производства аммиака по парогазовому циклу. В этой схеме топка трубчатой печи работает под давлением 3,0 МПа. Получающиеся в ней дымовые газы используются в качестве рабочего тела в газовой турбине. Таким образом, в данной энерготехнологической схеме наряду с парогенератором и паровой турбиной используется и газовая турбина. Согласно расчетам схема с парогазовым циклом экономичнее схемы с паросиловым циклом на 5... 10%.
Больший экономический эффект может быть получен, если энерго-техиологическая схема с парогазовым циклом дополняется циклом газовой (воздушной) холодильной установки. В этой схеме продукты сгорания топлива превращаются в хладагент с температурой -(60... 80) °С. В ЭХТС, работающей по этой схеме, можно осуществить (при снижении температуры продуктов сгорания до температуры конденсации их компонента — углекислоты) энерготехнологическое использование топлива не только для целевого назначения, но и для получения товарной продукции — твердой углекислоты.
Основной задачей при разработке ЭХТС является изыскание наиболее эффективных методов уменьшения затрат топливно-энергетических ресурсов при одновременном повышении технологических показателей.
Создание ЭХТС невозможно без ее термодинамического анализа. Этот анализ преследует две цели, а именно: 1) получить картину
309
происходящих в системе энергетических превращений, что позволит получить достоверную информацию об ЭХТС (значения к. п. д. системы и ее отдельных элементов, распределение и характер потерь в системе, относительный вес каждого элемента системы, характеристику связей между элементами, взаимодействие со средой и т. д.). Эта информация явится основой для дальнейшей работы по совершенствованию системы и сопоставления ее с другими системами данного производства; 2) иметь возможность провести оптимизацию различных пара' метров элементов ЭХТС с целью получения максимальной термодинамической и экономической эффективности. При этом следует иметь в виду, что очень часто ЭХТС, весьма термодинамически эффективная, экономически далеко не оптимальна.
Как было отмечено в гл. 1 настоящего учебника, термодинамический анализ ЭХТС целесообразно вести, используя эксергетический метод. Используем его к конкретным задачам термодинамического анализа машин и аппаратов химической технологии, а также к ЭХТС в целом.
§ 7.2. ЕДИНОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ЭКСЕРГЕТИЧЕСКОГО К. П. Д. ЭХТС И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ. ДИАГРАММА ГРАССМАНА — ШАРГУТА
Эксергетические к. п. д. ЭХТС, машин и аппаратов вычисляют по формулам (1.250) — (1.252). Нетрудно видеть, что все они по существу сводятся к единой формуле, в которой числитель представляет собой полезный эксергетический эффект, а знаменатель — затраты эксергии, следовательно, в общем случае для ЭХТС в целом и для отдельных ее элементов эксергетический к. п. д. можно вычислять по формуле
? = п [ = н
IX, - I А-
1=1 1=1
1 = 1
Существенную помощь при эксергетическом анализе ЭХТС оказывает диаграмма Грассмана — Шаргута потоков и потерь эксергии. На этой диаграмме каждый поток эксергии анализируемой ЭХТС изображается полосой, ширина которой пропорциональна значению эксергии.
Рассмотрим принципиальную схему компрессионной теплонасосиой установки (рис. 7.1). В компрессоре II происходит сжатие паров низко-кипящего теплоносителя, после чего он поступает в конденсатор III. Здесь пары теплоносителя охлаждаются и конденсируются при высоком давлении, при этом выделяется количество теплоты <2", которое далее используется для нагрева. Из аппарата III конденсат поступает в дроссель IV, где в результате дросселирования его температура понижается. Далее охлажденный конденсат поступает в испаритель V, где за счет теплоты ?>' < <2"> подводимой из окружающей среды, он полностью испаряется. Образующиеся в испарителе пары теплоносителя
