Системы утилизации теплоты в СЭУ

Системы утилизации и регенерации теплоты в СЭУ.

Проектирование судовых валопроводов.

Типовые принципиальные схемы энергетических систем СЭУ.

Типовые принципиальные схемы систем дизельных установок с малооборотными двигателями, рекомендуемые фирмой MAN B&W, приведены в [ 13 ], а также в [ 2 ].

Примеры принципиальных схем систем ядерных энергетических установок приводятся в [ 5 ].

Назначение, конструктивные схемы, состав, условия работы судовых валопроводов подробно излагаются в дисциплине “Судовые энергетические установки, а также в работе [ 2 ].

Проектирование судовых валопроводов содержит совокупность проектных расчетов, имеющих целью определить прочные диаметры валов в составе валопроводов, исходя из условий их работы, с учетом нормативных требований Российского морского регистра судоходства. При этом выполняется оценка нагруженности подшипников валопровода, расчет на статическую прочность, расчет на выносливость деталей валопровода. Особое внимание уделяется расчетам напряженного состояния волопроводов при воздействии различных форм колебаний Методики подобных расчетов и обусловленные ими рекомендации к конструированию валопроводов подробно излагаются в учебнике [ 2 ].

Полезное использование части тепловых потерь главных двигателей (утилизация теплоты) может существенно сократить расход топлива в СЭУ. Проектирование систем утилизации заключается в решении следующих задач:

-определение потоков тепловых потерь с оценкой их количества и уровня температуры;

-определение возможных потребителей тепловой энергии как ее количества, так и качества;

- составление баланса тепловой энергии между ее источником и потребителем;

- выбор оптимальной схемы системы утилизации;

- расчеты с целью определения получаемого эффекта;

В судовых дизельных установках к числу потоков теплоты, возможных для утилизации, можно отнести:

-теплоту отработавших газов;

- теплоту, отводимую от наддувочного воздуха;

-теплоту пресной воды в системе охлаждения двигателя.

В технической документации на поставку двигателя указываются величины потоков энергии и температуры указанных рабочих сред. Наибольшим температурным потенциалом обладают отработавшие газы, направляемые в утилизационные парогенераторы для производства пара с давлением 0.3-1.5 МПа или горячей воды. Исследования, опубликованные в [ 6 ], показывают, что при мощности двигателя 5 и более тыс. кВт паропроизводительность утилизационного парогенератора обеспечивает потребности в паре судна и может быть достаточной для получения электроэнергии в утилизационном турбогенераторе.

Усовершенствование малооборотных ДВС сопровождается снижением температуры отработавших газов, что приводит к уменьшению мощности утилизационного турбогенератора. Разработчик этих двигателей фирма MAN B&W рекомендует в таких случаях применять газовую турбину устанавливаемую в газоходе параллельно или последовательно с турбиной турбонаддувочного агрегата. Энергия газовой турбины может передаваться коленчатому валу двигателя или же преобразовываться в электроэнергию. Конструктивные схемы подобных решений приводятся в [ 2 ] и [ 13 ]. Здесь же приводятся параметры типовых газовых турбин. Заметим, что теплота воды охлаждающей двигатель, в силу относительно низкой температуры ок. 85-105 , может применятся в климатических системах судна и для технических потребностей СЭУ в подогреве рабочих тел или же для получения пресной воды в вакуумных опреснителях.

Охлаждение надувочного воздуха в высокотемпературной секции охладителя водой позволяет использовать этот поток энергии с температурой более. 100 для нужд СЭУ и судовых потребителей.

Выбор утилизационного парогенератора следует производить из типовых образцов выпускаемых предприятиями промышленности Основным параметром для выбора является паропроизводительность парогенератора.

Судовые утилизационные парогенераторы различаются по следующим конструктивным признакам:

- чисто утилизационные и комбинированные;

- газотрубные и водотрубные;

-с принудительной и естественной циркуляцией.

Регулирование паропроизводительности утилизационных парогенераторов может осуществляться одним из следующих способов:

- полным или частичным перепуском газа;

- сбросом избытков пара на конденсатор;

- изменением параметров пара;

- изменением эффективной поверхности теплообмена.

Ограничением работы парогенераторов на частичных режимов служит температура газа за парогенератором, которая не должна быть меньше температуры конденсации водяного пара.

Конструкции судовых утилизационных парогенераторов и их характеристики приведены в работах [ 2 ] и [ 9 ].

Помимо основного назначения утилизационный парогенератор осуществляет глушение шума выхлопа двигателя, а также искрогашение.

Параметры пара утилизационного парогенератора определяются как функция параметров отработавших газов. [ 8 ] и [12].

Паропроизводительность перегретого пара парогенератора, при условии генерации как перегретого так и насыщенного пара, может быть определена по формуле:

кг/с где;

–количество выпускных газов двигателя на рабочем режиме. принимаемое по данным предприятия поставщика двигателя, с учетом нагрузки двигателя и атмосферных условий, кДж/с;

- энтальпия насыщенного пара, кДж/кг;

- энтальпия перегретого пара кДж/кг;

-энтальпия питательной воды, кДж/кг;

- температура отработавших газов двигателя перед УПГ ;

- температура отработавших газов за УПГ ;

- изобарная теплоемкость отработавших газов кДж/кг град;

- количество насыщенного пара, используемое судовыми потребителями и утилизационной установкой кг/с.

В схеме с утилизационным турбогенератором, последний также следует принимать из типовых образцов, выпускаемых специализированными предприятиями.

По известному удельному расходу пара утилизационного турбогенератора кг/кВт с, можно найти его мощность, при условии, что в нем используется для получения электроэнергии перегретый пар

кВт

Как упоминалось раннее, в ряде систем утилизации теплоты, целесообразно применение утилизационной силовой газовой турбины.

В этом случае возможная мощность силовой газовой турбины определяется по формуле:

кВт где:

-расход газа на турбину, кг/с

- располагаемая адиабатная работа газовой турбины кДж/кг

суммарный эффективный кпд газовой турбины и кпд передачи.

Включение силовой газовой турбины в газовыпускную систему двигателя возможно как параллельно так и последовательно турбине турбокомпрессора системы наддува двигателя от чего зависит величина располагаемой адиабатной работы газовой ткрбины. Сравнительный анализ подобных систем подробно рассматривается в работах [ 2 ], [ 6 ], [13 ].

Выбор силовой газовой турбины облегчается тем, что конструкция турбины аналогична конструкциям газовых турбин турбокомпрессоров систем наддува Образцы силовых турбин приведены в упомянутых выше источниках.

Окончательный выбор схемы системы утилизации, как это отмечалось выше, можно сделать на базе баланса энергии источников и потребителей, с учетом режимов работы двигателя, массогабаритных требований и показателей надежности СЭУ.

Дата добавления: 2014-01-13