Методика расчета химической энергии и эксергии топлив

 

Правильное определение количества энергии, вносимого в процесс топливом, чрезвычайно важно, поскольку ее доля в приходной части энергобаланса большинства производственных процессов велика. Это относится не только к энергетическим установкам, но и ко многим энергопотребляющим процессам.

Калориметрические (энергетические) характеристики топлив, закладываемые в теплотехнические расчеты, существенно сказываются на выборе соответствующего теплотехнического оборудования, оценке энергетической эффективности его функционирования. Отсюда понятно, насколько важно правильно выбрать исходную (базовую) энергетическую характеристику топлив, используемую в расчетах термодинамической эффективности различных топливосжигающих установок.

Исторически сложилось так, что во многих странах, в том числе и в нашей стране, в качестве такой характеристики топлив выбрана низшая теплота сгорания - . Расчет по  означает, что мы искусственно снижаем затраты энергии на осуществление производственных процессов, тем самым завышая их КПД.

Эта некорректность должна была рано или поздно проявиться. В последнее время стали появляться публикации, в которых сообщается о котельных установках с КПД, равным 103-105 %. Такие случаи стали принципиально возможны, когда в котлоагрегатах, работающих на природном газе, начали устанавливать контактные экономайзеры, утилизирующие теплоту конденсации водяных паров из продуктов сгорания.

Поэтому в последние годы на научных конференциях и в ряде публикаций поднимался вопрос о необходимости внесения поправок в нормативные методы расчета теплоэнергетического и теплотехнического оборудования, в частности связанных с переходом на расчеты по высшей теплоте сгорания  топлив.

Однако в отходящих газах помимо водяных паров имеются и другие энергетически не полностью обесцененные компоненты. Поэтому не исключено, что в недалеком будущем, когда появятся технические решения по утилизации этих компонентов, КПД топливоиспользующих установок, рассчитанный по высшей теплоте сгорания, принципиально вновь может оказаться выше 100%.

Таким образом, проводя расчеты КПД как по , так и по , мы не учитываем всю потенциальную энергию, объективно сконцентрированную в топливе. Задача специалистов заключается именно в том, чтобы правильно установить величину потенциальной энергии топлива и независимо от способа использования в конкретных установках все расчеты по оценке их энергетической эффективности вести на основе этой величины. Этот энергетический потенциал для топлив определяется их химической энергией и эксергией.

Расчет химической энергии и эксергии однородных органических топлив или топлив со сложным, но известным структурным составом проводится как для обычных химических веществ. К этой категории относятся газообразные топлива – природный, сланцевый, коксовый, доменный и другие газы. Они рассматриваются как идеальные смеси составляющих их газов – водорода, метана, бутана и др. Химическая энергия и эксергия газообразных топлив рассчитываются как средневзвешенная величина данных характеристик для составляющих эти топлива газов по выражениям (6.7) и (6.8). В табл. 6.2 представлены результаты расчётов значений химической энергии и эксергии для природного газа некоторых месторождений, указаны их химический состав и низшая теплота сгорания .

Однако целый ряд твердых и жидких технических топлив, таких как каменный и бурый угли, кокс, торф, дрова, нефть, мазут и др., имеют неоднородную структуру. Для них, как правило, известен химический состав, но не известны структурные связи содержащихся в них элементов. К таким топливам не применима общая методика определения химической энергии и эксергии веществ из-за отсутствия необходимых для расчета термодинамических характеристик: стандартной энтальпии образования и абсолютной их энтропии. Поэтому для определения химической энергии и эксергии для технических топлив, имеющих неоднородный состав, используются различные приближенные методы. Остановимся на краткой характеристике некоторых из них.

                                                                                                                                                   Таблица 6.2