5. Розрахунок теплового коефіцієнта корисної дії

Для розрахунку теплового к.к.д. необхідно знати загальне тепло отриманого при спалюванні палива, а також корисно витрачене тепло ,або тепло втрачене з продуктами горіння.

η_т = ·100 %

Так як теплоємкість продуктів горіння суттєво різна, то втрати тепла визначають для кожного компонента по формулі:

W = ν • Ср • (Тп.г. - Т ер.)

де ν - число кіломолей компонента;

Ср - його теплоємкість при температурі (Тп.г.+Тср)/2 , кДж/моль;

Т п.г.- температура продуктів горіння, К;

Тер. - температура навколишнього середовища, К.

Теплоємкість окремих компонентів газу визначають користуючись літературними даними [9] або табл.3.

Таблиця 3 - Мольна теплоємкість С_Р газів, кДж/кмоль ( при Р = 101325Па)

Газ		Температура		,К
	273	373		573	873
повітря	29,0	29,3		30,0	31,0
кісень	29.0	29,3		30.0	31,0
азот	29.0	29.3		30.0	31,0
Двооксид сірки	38,6	41,1		45.7	54,3
Водяний пар	35.0	35.5		36,7	39.3
Двооксид вуглецю	38.6	1 41.1		45.7	54.3

Витрати тепла з вуглецевим газом

WСО₂ = νСО₂·С_РСО₂·(Т_п.г. – Т_ср.) = 0,0691·41·(368 - 298) = 198,3 кДж

Витрати тепла з азотом

WN₂ = νN₂·С_РN₂·(Т_п.г. – Т_ср.) = 0,798·29,3·(368 - 298) = 1636,7 кДж

Витрати тепла з киснем

WО₂ = νО₂·С_РО₂·(Т_п.г. – Т_ср.) = 0,12728·29,3·(368 - 298) = 261,1 кДж

Витрати тепла з двооксидом сірки

WSО₂ = νSО₂·С_РSО₂·(Т_п.г. – Т_ср.) = 0,00056·41·(368 - 298) = 1,5 кДж

Витрати тепла з водяними парами (при Т > 373° К )

WН₂О = νН₂О·С_РН₂О·(Т_п.г. – Т_ср.) = 0,0349·35,5·(368 - 298) = 86,7 кДж

Загальні витрати тепла з продуктами горіння

W_п.г. = WСО₂+WN₂+WО₂+WSО₂+WН₂О=198,3+1636,7+261,1+1,6+86,7= 2184,4 кдЖ

Термічний коефіцієнт корисної дії установки розраховують по фор­мулі :

η_т = ·100 = ·100 = 93,8 %

де W –розраховуэться за формулою Менделеева (П.Р. 3 )

Розрахунок ексергетичного коефіцієнта корисної дії процесу горіння палива.

Ексергетичний к.к.д будь-якого процесу розраховують по формулі:

η_е = ·100 %

Де Е вих. - ексергія вихідних продуктів на вході в апарат;

Е п. - втрати ексергії з ході технологічного процесу;

В конкретних умовах, тобто в процесі горіння палива, ексергетичні втрати обумовлені втратами ексергії з продуктами горіння.

Склад продуктів горіння відомий з матеріального балансу (див. табл.. 2. Розхыд значення ν у молях (помножити на 1000) ), а вихідні ексергії газоподібних компонентів при параметрах навколишнього середовища приведені в літературі [1, стр.261].

Значення вихідних данних компонентів закосять до табл. 4.

Таблиця 8.4. Ексергія газоподібних речовин при 25°С і 1,01*10⁵Па

Речовина	Початкова ексергія ето, кДж/моль	Мольна теплоємкість Ср, кДж/моль	Кількість молей речовини
Н2О	8,60	0,0350	34,90
СО2	19,30	0,0386	69,10
N2	0,70	0,0290	798,00
О2	3,96	0,0290	127,28
SО2	795	0,0386	0,56

Так як тиск продуктів горіння дорівнює тиску навколишнього середовища , то зміна механічної складової ексергії з цьому випадку дорівнює нулю . Термічну складову ексергії для 1 моля компонента можна визначити ми формулі [1, с. 35 ] при Ср - const.

е_т – е_то = С_р·[(Т - Т₀) - Т₀·ln Т/Т₀], кДж

е_т = n·С_р·[(Т - Т₀) - Т₀·ln Т/Т₀] + ν·е_то

Ексергія парів води

ЕН20 = 34,9 · 0,035 [ (368-298)- 298 In (368/298)]+34,9 · 8,6=308,34о кДж

Ексергія парів вуглицю

Есо2= 69,1 · 0,0386 [(368-298) - 298 In (368/298)]+69,l •19,3=1352,635кДж

Ексергія азоту

En2 = 798 · 0,029 [ (368-298)-298 In (368/298) ] + 798•0,7 = 723, 490 кДж

Ексергія кисню

Ео2 = 127,28 · 0,029 [( 368 - 298) -298 In (368/298) ]+124,28•3,96

= 530,329 кДж

Ексергія двооксида сірки

Е so2= 0,56 · 0, 0386 [( 368 -298) - 298 In ( 368/298)] +0,56 · 785=

= 439,754 кДж

Температуру навколишнього середовища приймають 298 К, а температура продуктів горіння, як правило, дана з завданні. В конкрет­ному випадку Т= 368 К.

Крім палива, в якості вихідного палива також є повітря, необхідне для процесу горіння. Однак ексергія повітря при параметрах навколишнього середовища дорівнює нулю. Тому ексергія вихідних речовин буде дорів­нювати ексергії палива( см.розд. 8.1.).

Ексергія продуктів горіння складає

Е_п.г. = ЕН₂О + Есо₂ + En₂ + Ео₂ + ЕSо₂

Е_п.г. = 308,843 + 1352,635 + 725,490 + 530,329 + 439,754 = 3355,051 кДж

Так як Е П.Г. = Е п., то ексергетичний к.к.д. процесу горіння складає

η_е = ·100 % = ·100 % = 91 %

E – визначаэться у П.Р. 3

Таким чином, ексергетичний к.к.д. процесу горіння декілька нище термічного, що узгоджується з даними і стверджує те, що при горінні палива максимально можливе використання тепла при його спалюванні складає 91% від вихідного.