Химическая эксергия для газообразных углеводородов [6,7] определяется по низшей теплоте сгорания углеводородов:
Эксергия потока [6, 7], отнесенная к единице массы потока:
Баланс эксергии:
То есть состоит из химической эксергии отходящих газов, их физической эксергии, эксергии потока воздуха и эксергии питательной виды на входе в экономайзер [7]:
То есть состоит из эксергии потока перегретого пара, уходящих продуктов сгорания, продуктов неполного сгорания смеси в топке котла (эксергия химического недожога), несгоревшего топлива (эксергия физического недожога, для газообразных веществ равна нулю), потока теплоты наружу через стенки (наружное охлаждение).
Потери эксергии
складываются из потерь на необратимое горение и потерь на теплообмен.
Эксергетический КПД:
Диаграмма Грасмана-Шаргута показывает результаты эксергетического анализа. Графику диаграммы приводим по данным [7]:
Потоки эксергии показываются в виде полос, ширина которых соответствует процентному соотношению. Разность полос показывает потери эксергии [8].
5. Конструкция котлов-утилизаторов
Котлом называют комплекс устройств по получению пара или горячей воды [9].
По данным [10] существует несколько распространенных схем компоновки прямоточных котлов (компоновка учитывает взаимное расположение поверхностей нагрева и газохода):
– П-образная 
– двухходовая П-образная 
– Т-образная 
– U-образная 
– с топкой с инвентором 
– башенная 
П-образная компоновка считается наиболее распространенной [10].
В промышленных технологиях широко применяются котлы-утилизаторы, использующие для выработки пара теплоту отходящих газов, продуктов и др. [10].
С целью утилизации теплоты отходящих газов в технологии применяют котлы двух типов [10]:
– водотрубные радиационно-конвективные для утилизации теплоты высокотемпературных газов,
– газо- и водотрубные для утилизации теплоты низкотемпературных газов.
Приведем пакетно-конвективный котел, графику цитируем по [10]:
Приведенный котел применяется на производстве сажи. Производство сажи можно отнести к процессам переработки нефтепродуктов.
Отработанные газы сжигают в топке 1. После продукты сгорания проходят испаритель 2, 4, пароперегреватель 3, воздухоподогреватель 6, экономайзер 7. Испарительные секции имеют отдельные коллекторы на входе и выходе.
Процитируем графику котла для кокса [10]:
Через кокс после печи (температура 1100°С) прокачивается холодный теплоноситель. Теплоноситель после нагрева подается в котел, в котором отдает полученное тепло и затем снова поступает на охлаждение кокса.
Такой котел-утилизатор по принципу работы использует тепло выработанного товарного продукта, которым является в примере кокс.
Котел-утилизатор для кокса имеет башенную компоновку с подводом газов сверху. Внутри газохода находятся трубы для конвективного теплообмена.
Котлы могут использоваться для охлаждения технологического полупродукта или продукта. Например, процитируем графику [10] для котла охлаждения газов после колонны синтеза аммиака:
6. Расчет выбросов в атмосферу
Объем всех продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу [7]:
Выбросы оксидов азота [7]:
– для котлов-утилизаторов с паропроизводительностью до 20 кг/с
– для котлов-утилизаторов с паропроизводительностью до 265 кг/с
Выбросы соединений серы [7] (p0 – атм. давление):
При наличии соединений серы в природном газе
Объемная доля оксида серы в отходящих газах по стехиометрии уравнения окисления сероводорода:
6.1. Расчет высоты дымовой трубы
Расчет дымовой трубы по рекомендации [7] ведется в последовательности:
– расчет оксидов серы смеси отходящих газов и природного газа (при его добавлении),
– расчет объемного выброса оксидов серы,
– массовый выброс оксидов серы,