热力学分析的基本方法.ppt

化工节能与减排,张頔E-mail：,目 录,能量降级与热力学第二定律,轴功、各种热效应的计算,有效能衡算和有效能效率,热力学分析的基本方法,噪声污染及控制,热管、热泵和夹点技术,能量的合理利用,稳流体系热力学第一定律,废水处理方法、技术和流程,废固处理及利用,废气污染的预防措施及治理,热力学分析的基本方法,热力学分析,广义地说，用热力学的基本原理来分析和评价过程，就称为过程的热力学分析。这里仅讨论用热力学基本原理分析和评价过程的能量利用情况。过程热力学分析的基本任务是：确定过程中能量损失或有效能损失的大小、原因及其分布；确定过程的效率，为制定节能措施、改进操作和工艺条件，以及为不同过程的评比、实现生产和设计的最佳化提供依据。热力学分析方法有多种，但主要有三种：一是能量平衡法；二是熵分析法；三是有效能分析法。,能量平衡法,有关手册可查出各状态点的参数如表所示。,产汽量 忽略废热锅炉的热损失，则有式中，为转化气的物质的量，；为转化气的平均热容，。水蒸气吸热,透平做功 以透平为系统，忽略热损失时则有：冷却水的焓变 忽略冷凝器的热损失，则：热效率,能量衡算表及能流图,热力学效率 由热力学第一定律效率、第二定律效率 相关计算公式可知,熵分析法,熵分析法是通过计算不可逆熵产量，以确定过程的有效能损失和热力学效率。熵分析法的主要内容包括：确定出入系统各种物流量和热流、功流量，以及各种物流的状态参数；确定物流的熵变和过程的有效能损失；确定过程的热力学效率。,先对该系统进行质量及能量衡算，由前面的分析计算已经得到转化气物质的量 转化气焓变 废热锅炉产汽量 透平做功 理想功 转化气放热过程的理想功为 为简化计算，把转化气看作理想气体，并忽略转化气的压降，可计算得,有效能损失 如取整个装置为系统，不计热损失，则可得式中，、分别为冷却水的熵变和焓变。因此,各设备的有效能损失也可由下式计算：热力学效率,计算结果,单体设备的热力学效率和有效能损失分布 由于已求出各单体设备的，因此只要计算各单体设备的 即可计算它们的热力学效率。废热锅炉的理想功为高温转化气放热过程的理想功，因此透平的理想功因此可得,冷凝器的理想功由此可得即冷凝器中乏汽冷凝过程的理想功未利用，全部损失掉了。,有效能损失在单体设备中的分布,有效能分析法,有效能分析法是通过有效能平衡确定过程的有效能损失和有效能效率。有效能分析法的主要内容有：确定出入系统的各种物流量、热流量和功流量，以及各种物流的状态参数。由有效能平衡方程确定过程的有效能损失。确定热力学第二定律效率。,质量和能量衡算见能量平衡法和熵分析法的计算部分。各物流有效能的计算取，计算结果见表,为简化计算，把转化气看作理想气体，不考虑压降，出口有效能值为总有效能损的计算取 整装置为系统，有效能损可由下式计算：忽略散热损失，冷凝器中出口冷却水所携带的有效能不可利用，可忽略。,各设备的有效能损失a.对废热锅炉，如忽略热损，可得：b.对透平，可得：c.对冷凝器，因此可得：,热力学效率,有效能衡算表,各单体设备的有效能效率a废热锅炉b，透平c，冷凝器,三种热力学分析方法的比较,由上面的讨论可知，能量平衡法计算最简单，熵分析法次之，有效能分析法的计算工作量最大。能量平衡法提供的过程评价指标，是第一定律效率；对循环过程，还可提供过程总的热力学效率。对同类过程和同类装置（如锅炉），由第一定律效率可比较节能效果及装置性能，所以在工厂节能技术改造中，常常采用。由于能量平衡法只给出能量的排出损失，而实践中有重要意义的是有效能损失，所以不能单凭能量平衡法的结果来制定节能措施。如从上面计算的转化气的能量平衡表可看出，最大的能量损失是冷凝器中冷却水带走的热量，这似乎又应该从冷凝器着手改进；但从熵分析和有效能分析数据可看出，冷凝器的有效能损失是最小的，最大的有效能损失在废热锅炉中。熵分析法和有效能分析法可指出过程有效能损失的大小、原因和它的分布情况，还能从单体设备的热力学效率或有效能效率判断它们的热力学完善性和节能潜力，便于制定正确有效的节能措施。将两者进行比较，熵分析法计算较简单，而缺点是不能计算排出损失。,