有效能分析法：解析与应用

有效能分析法是通过由效能衡算方程，式（12-77）确定过程的有效能损失和有效能效率，其分析步骤如下：

（1）确定出入系统的各种物流量、热流量和功流量，各种物流的状态参数；

（2）由有效能衡算方程，式（12-77）确定过程的有效能损失；

（3）确定热力学效率。

[例12.10]分别用熵分析法和有效能分析法确定例12.9中余热利用装置的热力学效率ηⅡ和有效能效率ηa。

解：（1）熵分析法

①计算转化气的理想功

因此

②计算过程的熵产量

取整个装置为系统，不计热损失，即Q=0，由熵衡算方程，式（12-13）可得

③计算各单体设备的损耗功

废热锅炉熵产量：

废热锅炉的理想功就是高温转化气的理想功，即Wid（废热）=3.465×106kJ。

透平熵产量：

冷凝器中熵产量：

④热力学效率

将结果汇总于表12-6。

表12-6　转化气余热回收装置用能熵分析法汇总表

（2）有效能分析法

表12-7　各状态点有效能计算结果汇总表

设转化气视为理想气体，且不考虑压力降，其有效能可按式（12-64）计算，结果如下

因此

①计算总有效能损失

取整个装置为系统，由式（12-77）得：WL=EXQ+EX，5-EX，6-Ws。由于忽略散热损失，则EXQ=0，冷凝器进出口冷却水所携带的热不可利用，亦可忽略，则

WL=EX,5-EX,6-WS=4.438×106-0.973×106-1.218×106=2.247×106(kJ)

②计算各单体设备的有效能损失

废热锅炉有效能损失和效率：

对废热锅炉，忽略热损失，即EXQ=0，Ws=0，则

透平有效能损失和效率：(www.xing528.com)

对于透平，因绝热操作，产生轴功，则

冷凝器有效能损失和效率：

对于冷凝器，有EXQ=0，Ws=0

WL（冷凝器）=EX，3-EX，4=1673.7×（148.8-5.999）=2.39×105（kJ）

③计算热力学效率ηⅡ和有效能效率ηa

将结果汇总于表12-8。

表12-8　转化气余热回收装置有效能平衡表

综合以上两种分析方法及例12.10，可以看出，能量衡算法分析表明输入系统的高温转化气余热，有86.3%被冷却水带走。所以，根据能量衡算法分析，节能的重点似乎在于降低这部分排出损耗。

熵分析法揭示能耗的主要原因是不可逆因素造成的有效能损失，节能的重点应在降低过程的不可逆损耗上。而从单体设备的热力学效率看，冷凝器的热力学效率等于零，似乎节能潜力最大，节能的薄弱环节是冷凝器，但实际上由于冷凝器的有效能损失仅占总损失的10.9%，主要有效能损失部分在废热锅炉中。因此，节能应注意提高废热锅炉的热力学效率，即应降低其温差传热的不可逆性。

有效能分析结果指出废热锅炉排出物流（低温转化气）所携带的有效能占输入有效能的21.9%，应注意回收利用。

有效能分析法与熵分析法得出的结果相同，但熵分析法只能依据实际过程的初态和终态求出过程的不可逆损耗功，因此不能确定排出的物流有效能和能流有效能的可用性，以及由此而造成的有效能损失。而有效能分析法只需知道物流和能流所处的状态即可进行计算，避免了熵分析法的这个缺陷。