Результаты расчетов эксергии в процессе горения метана

вещество	вход	выход	вход	выход
	Дж/моль	Дж/моль
метан			-489
кислород	-4078		-774
азот	-795		-554
Двуокись углерода
Вода (пары)
смесь			-1817

 

Диаграмма Гроссмана – Шаргута для процесса горения представлена на рис.

 

 

Рис. Диаграмма Гроссмана - Шаргута

 

Таким образом, несмотря на отсутствие тепловых потерь, потери эксергии при сгорании велики и составляют практически 30 %. Увеличение избытка воздуха приведет к увеличению потерь эксергии.

 

Классификация потерь эксергии

 

Анализ эффективности энергопотребления (энергетический и термодинамический) показывает, что основные виды потерь в технологических связаны с образованием вторичных энергетических ресурсов и потерями, возникающими в технологических установках за счет несовершенства процессов, оборудования, неправильного выбора условий работы и т.д.).

Диаграммы Сенкея и Гроссмана – Шаргута дают графическое представление об основных причинах потерь потенциала энергоносителей. Все потери энергии и снижение ее потенциала, возникающие при работе производства, можно условно разделить на внешние и внутренние.

К внешним относятся потери, зависящие от степени использования продуктов, произведенных в ходе реализации технологии (т.е. потери от необратимости на границах системы). Внешние потери обусловлены наличием материальных потоков обмена между оборудованием.

Для уменьшения внешних потерь эксергии не нужно усовершенствовать технологию, но необходимо рационально организовать производство, правильно комбинировать различные процессы для полного ис­пользования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) и по­бочных продуктов химической переработки сырья.

К внутренним, относятся потери от необратимости процессов внутри технологии (системы). Наличие внутренних потерь эксергии обусловлено выбором параметров технологического процесса (значения параметров использовались при оценке величины потенциала энергоносителей), незавершенностью технологических процессов, несовершенством технологического оборудования и не правильным выбором его и другими причинами. Для снижения внутренних потерь эксергии необходимо совершенствовать технологические процессы и оборудование, используемое для их проведения. Для уменьшения внутренних потерь эксергии необходимо изменять технологию и аппаратурное оформление процесса.

В ходе анализа все виды потерь эксергии часто делят на по­тери технические и потери собственные. К собственным по­терям относят такие, которые неизбежны при существующем состоянии, а к техническим потерям – те, которые могут быть устранены. Несмотря на то, что это деление очень условно, целесообразно рассмотреть суть этой классификации, так как она используется в литературе.

Простейшим примером технических потерь эксергии могут служить те потери эксергии тепла в теплообменнике, которые возникают вследствие того, что поверхность его является конеч­ной величиной. Увеличивая поверхность теплообменника, эти по­тери можно уменьшить.

1. Потери, для устранения (или уменьшения) которых доста­точно только изменить технологический режим, улучшить экс­плуатацию оборудования и более тщательно вести процесс. К таким способам экономии энергии относятся, например, снижение избытка воздуха при сжигании топлива и вообще избытка реагентов.

Можно классифицировать потери эксергии по способу их устранения.

1. Потери эксплуатационные. Уменьшения таких потерь можно добиться изменением технологического режима, улучшением эксплуатации оборудования и оптимизацией технологических режимов на действующем оборудовании.

2. Потери для устранения которых, необходимо изменить размеры используемого оборудования (поверхность, увеличить время реакции и т.д.), либо использовать оборудование в котором обеспечиваются более интенсивные режимы тепло- и массопереноса и т.д. Это аппаратные потери.

3. Потери, которые можно устранить, изменив технологическую схему. Потери технологические.

4. Потери, зависящие от свойств веществ, используемых в процесс. И характера их зависимости от температуры. Потери «физико-химические».

5. Потери, устраняемые за счет изменения технологии, заменой самого метода производства продукта.

Потери по п.п. 4 и 5 относятся к категории собственных.

В любом технологическом процессе «высокопотенциальное» тепло неизбежно превращается в «низко потенциальное». Поэтому «низко потенциальное тепло всегда имеется в избытке и приходится искать способы его рационального использования. Низко потенциальное тепло сосредоточено, преимущественно, во вторичных энергоресурсах. Один из способов повышения эффективности энергоресурсов заключается в использовании теплоты ВЭР.

Проблема состоит не просто в экономии энергии (ее количество неизменно в соответствии с первым законом термодинамики), но в сохранении ее качества (потенциала). Качество это можно оценить количественно. Осязаемым результатом любого технологического процесса является прирост энтропии. Общий принцип снижения энергетических затрат – снижение энтропии. Основной прием позволяющий уменьшить энтропию – снижение термодинамической необратимостью технологического процесса.