CC BY
18
9. L. Wang, A. T. Tabereaux, N. E. Richards, “The Electrical Conductivity of Cryolite Melts Containing Aluminum Carbide”, Light Metals (1994), 177-194.
10. X. Wang, R. D. Peterson, A. T. Tabereaux, “A Multiple Regression Equation for the Electrical Conductivity of Cryolite Melts”, Light Metals (1993), 247-255.
11. M. Chrenkova, V. Danek, A. Silny, T. Utigard, “Density, Electrical Conductivity and Viscosity of Low Melting Baths for Aluminium Electrolysis”, Light Metals (1996), 227-232.
12. G. Choudhary, “Electrical Conductivity for Aluminum Cell Electrolyte between 950 -1025 °C by Regression Equation”,J. Electro-chem. Soc. (1973), Vol.120, No.3, 381-383.
13. Г.И. Щербань, И.Е. Лукошников, Д.В. Прутцков, И.Ф. Червоный, О.А. Позднякова. Контроль обратной ЭДС и общего сопротивления алюминиевого электролизера / Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 2011. - № 3/6 (51). - С. 14-17.
------------------□ □---------------------
У роботі представлений термодинамічний аналіз ефективності циркуляційного способу нагріву пеку. Основним показником ступеня термодинамічної досконалості процесу є ексергетичний коефіцієнт корисної дії (ККД) цекс
Ключові слова: ексергетичний ККД, пеко-ве господарство, циркуляційний нагрів
□-----------------------------------□
В работе представлен термодинамический анализ эффективности циркуляционного способа нагрева пека. Основным показателем степени термодинамического совершенства процесса является эксерге-тический коэффициент полезного действия (к.п.д.) Пэкс
Ключевые слова: эксергетический КПД, пековое хозяйство, циркуляционный нагрев
□-----------------------------------□
This paper presents a thermodynamic analysis of the effectiveness of the circulation method of heating the pitch. The main indicator of the degree of thermodynamic perfection of the process is the exergy efficiency (efficiency) neks Keywords: exergy efficiency, pitch
management, circulation heating ------------------□ □---------------------
УДК 621.1.016.7
ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ
АНАЛІЗ ЦИРКУЛЯЦІЙНОГО СПОСОБУ ПІДІГРІВУ ПЕКУ У ЄМНОСТІ
І.Г. Яковлєва
Доктор технічних наук, професор* Контактний тел.: 067-612-04-26 E-mail:[email protected]
І. А Назарен ко
Асистент*
Контактний тел.: 099-704-96-36 E-mail: [email protected]
Д. П. Кюрчева
Магістр
Контактний тел.: 097-620-02-27 E-mail: [email protected] *Кафедра теплоенергетики Запорізька державна інженерна академія пр. Леніна 226, м. Запоріжжя, Україна, 69006
Вступ
Ексергетичний метод термодинамічного аналізу є одним из напрямів термодинаміки і заснований на застосуванні поняття ексергії для дослідження досконалості процесів. Цей метод знаходить широке застосування при аналізі теплосилових і холодильних установок, агрегатів хімічних і металургійних виробництв [1]. Використання поняття ексергії дозволяє вирішувати широке коло технічних і техніко-економічних задач на основі єдиної, логічної, послідовно побудованої термодинамічної методики [2,3].
Оцінка термодинамічної досконалості теплових процесів має важливе значення. Термодинамічний
аналіз окремого процесу теплової схеми в цілому дозволяє отримати найбільш повну інформацію про перетворення енергії, що відбуваються в цих процесах. З точки зору технічного застосування, цінність будь-якої енергії в системі визначається не тільки її кількістю, але й тим, якою мірою вона може бути в даних умовах використана [4].
Постановка задачі
В наступних дослідженнях планується вирішити такі задачі:
, І , ,
І. Пк°влєв-
І
скласти ексергетичне рівняння балансу системи циркуляційного нагріву пеку;
визначити ексергетичний ККД системи та порівняти його з ексергетичним ККД при статичному нагріві;
на основі отриманих результатів визначити доцільність впровадження циркуляційного нагріву.
Результати досліджень
Раніше розглянуто [5] ефективність роботи дільниці зберігання пеку з використанням статичного нагріву в умовах ВАТ «Укрграфіт». Результати оцінки довели недосконалість такого способу нагріву. Ексергетичний ККД для розрахункових режимів склав 0,8 - 0,82. В результаті експлуатації пекового господарства спостерігається значна нерівномірність нагрівання пеку в ємності, а іноді - неможливість досягнення необхідної температури зберігання. Запропоновано [5] використання циркуляційного способу, який дозволяє значно скоротити час розігріву пеку та внаслідок ефективного перемішування в резервуарах забезпечити високу однорідність пеку. Для підтвердження запропонованого рішення треба виконати термодинамічний аналіз даного способу нагріву.
Основні дані, необхідні для проведення термодинамічного аналізу циркуляційного підігріву:
- температура пеку на початку розігріву Т1п, К;
- температура пеку у кінці розігріву Т1к, К;
- температура циркулюючого пеку на вході Т2вх, К;
- температура циркулюючого пеку на виході Т2вих, К;
- маса пеку у резервуарі G1, кг;
- витрата циркулюючого пеку G2, кг/с;
- час розігріву пеку т, с;
- температура навколишнього середовища Т0, К.
І Визначення суми ексергії пеку у резервуарі на початку розігріву і ексергії, що підводиться до резервуару.
1. Ексергія потоку пеку на вході у систему Е2ВХ , Вт
/ /
т
-'-ОІ
Е2ВХ = ^2
Ср2ВХ ' (Т2ВХ Т0) Т0
^2БХ
\\
С ' Ь-^ВХ.
ир2ВХ ААА т Т
(1)
Е' = Е' 'Т
2ВХт 2ВХ 1
(2)
де ср1п = 3,867' ^п +1046,456, ДжДкг^К);
*1П 0>5 '(*1П + *0 ), С , Т1П= *1П + 273> К.
4. До резервуару ззовні не підводиться теплоти, окрім як з потоком ексергії пеку, тому Е^Т = 0 .
5. До резервуару потужність не підводиться, тому
LТ = 0.
6. Визначаємо суму ексергії, Дж
У Е = Е2ВХт + Е'П + Ечт + LТ
(4)
ІІ Визначення суми ексергії пеку у резервуарі у кінці розігріву і ексергії, що відводиться від резервуару.
1. Ексергія потоку пеку на виході з системи Е'
Вт
Б:
2ВиХ ^2 '
Ср2вих '(Т2вих - То )- Т0
с ' 1П Т2вих ^вих 111 т
То У
(5)
де с^вих - середня теплоємність пеку при
температурі
*2ВиХ = 0>5 '(*2ВиХ + *0 )> С , Т2вих = ^2ВиХ + 273,К .
2. Загальна кількість ексергії Е2виХі., відведеної від системи з циркулюючим пеком за час нагріву т, Дж
Б" = Б" Т
2ВиХт 2ВиХ ^
(6)
3. Ексергія пеку у резервуарі у кінці процесу його розігріву Е"к, Дж
ЕГк = G1
Ср1к ' (Т1к Т0) Т0
срік'
(7)
де сВх - середня теплоємність пеку при температур і
*2ВХ = 0>5 '(*2ВХ + *0 ), С , Т2ВХ = ^2ВХ + 273> К.
2. Загальна кількість ексергії Е2ВХт, що підводиться до системи з циркуляційним пеком за час нагріву т, Дж
де ср1к = 3,867' ^к +1046,456 Дж/(кгК);
tlk = 0,5-^1к +10), °С , Т1к = tlk + 273, К.
4. Від резервуару не відводиться корисно використане тепло, тому Е" = 0 .
3. Від системи не відводиться потужність, тому
LГ= 0.
4. Сума ексергії, Дж
\ Е'' = р" + р" + р" + Т ''
^ ~ 2ВиХт ^Ік ^ ьт
ІІІ Ексергетичний ККД системи
(8)
3. Ексергія пеку у резервуарі на початку процесу його розігріву Ещ , Дж
Е1п= G1
Сріп'(тіп Т0) Т0
Сріп' 1пТТП
(3)
у Е''
п = —
Іекс Е'
(9)
За вищенаведеною методикою проведено варіантні розрахунки для визначення залежності ексергетич-ного ККД для циркуляційного нагріву від наповнення
22^
резервуарів. Проведено зіставлення результатів отриманих для статичного [5] та циркуляційного способів нагріву. Результати наведено на рисунку 1.
1 2
■ /
Маса пеку б резервуарі, т
Рис. 1. Ексергетичний ККД в залежності від маси пеку в резервуарі: 1 — циркуляційний спосіб нагріву; 2 — статичний спосіб нагріву
Бачимо, що зі збільшенням пеку в ємності ексергетичний ККД збільшується, як для статичного так і для циркуляційного нагріву. При невеликої наповненості резервуарів (до 250т) спостерігається значна різниця між порівнювальними способами. При максимальному наповненні резервуарів різниця скорочується, але ефективність при циркуляційному способі нагріву
вища, т.я. значення ККД складає 0,95 проти 0,93 - для статичного.
Тому, можна рекомендувати проводи реконструкцію ділянки зберігання пеку з метою організації циркуляційного нагріву.
Висновки
Проведено розрахунок ексергетичного ККД для циркуляційного нагріву для середнього рівня наповненості ємності (350 т), який склав 0,88. Порівнявши його з розрахунковим значенням ККД для статичного нагріву [5] - 0,85, можна зробити висновок, що використання циркуляційного способу нагріву на даному виробництві є доцільним. Перехід на запропонований спосіб нагріву дозволить отримати наступні переваги:
1. підтримувати температуру пеку на заданому рівні (не менш ніж 185°С);
2. скоротити час нагріву, що призведе до економії теплоносія;
3. здійснити якісний нагрів, тобто забезпечити однорідність пеку. В наслідок чого скоротяться витрати на привід бітумних насосів для перекачування пеку.
Зважаючи на всі вище наведені переваги, підвищення ККД системи остаточно підтверджує доцільність переходу на циркуляційний нагрів.
Література
1. Бродянский, В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа [Текст] / В.М. Бродянский. - М.: Энергия, 1973. -296 с.
2. Бродянский, В.М. Эксергетический метод и его приложения [Текст] / В.М. Бродянский, В. Фратшер, К. Михалек. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 286 с.
3. Эксергетические расчеты технических систем: справочное пособие [Текст] / под ред. акад. А.А. Долинского. - К.: Наукова думка, 1991. - 360 с.
4. Шаргут, Я. Эксергия [Текст] / Я. Шаргут, Р. Петела. - М.: Энергия, 1968. - 280 с.
5. Назаренко, И.А. Термодинамический анализ теплотехнологической схемы пекового хозяйства [Текст] / Назаренко И.А., Збірник наукових праць Дніпродзержинського державного технічного університету. - Дніпродзержинськ, 2012. (подана до
друку).
I 23
