8-5. Эксергетические балансы

Тепловые балансы агрегатов выражают первый закон термодинамики и позволяют судить о тепловой экономичности этих агрегатов, характеризуемой их к. п. д. или удельными расходами тепла. Однако в тепловых балансах не учитывается качество энергии, т. е. ее ценность с точки зрения дальнейшего использования. Так, например, 1 Мдж тепла в продуктах горения при 2000 °С только количественно равен 1 Мдж тепла при 200 °С, качество же его намного выше. При работе мартеновской печи выплавка стали происходит за счет передачи тепла шихте, причем количество тепла в процессе не меняется, а происходит снижение качества (деградация) тепла, выражающаяся в уменьшении его температурного потенциала.

Механическая и электрическая энергии взаимно превращаются друг в друга, и поэтому качественно равноценны, но тепло, как известно из второго закона термодинамики, превращается в работу не полностью. Термодинамическое совершенство установки может характеризоваться величиной эксергии E, т. е. той максимальной работы, которая может быть получена из заданного количества тепла Q при обратимом переходе из начального состояния в состояние равновесия с окружающей средой. Из соотношения, справедливого для обратимого цикла Карно, имеем:

Здесь T - абсолютная температура теплоносителя, отдающего тепло Q; T0 - абсолютная температура окружающей среды, в которую отводится та часть тепла, которая не может быть превращена в работу.

Коэффициент (1 - T0/T), на который нужно умножить тепло Q, чтобы получить величину эксергии E, можно назвать коэффициентом качества тепла, так как он показывает, что чем выше температура теплоносителя T, тем ценнее тепло Q, так как тем больше эксергия.