Использование теплоты вторичных энергоресурсов судовых двигателей

Технико-экономический эффект использования вторичных энергоресурсов на судах во многом определяется схемой утилизации теплоты.

Теплота отработанных газов дизельных и газотурбинных судов может использоваться в системах малой (обычной) утилизации теплоты (СМУТ) и системах глубокой утилизации теплоты (СГУТ).

Системы малой утилизации теплоты обеспечивают удовлетворение потребности гребной установки в теплоте, подогрев перевозимого груза, удовлетворение технологических потребностей в паре, отопление помещений, снабжение теплотой хозяйственно-бытовых потребителей, опреснение воды в испарителях, получение холода для кондиционеров и других судовых нужд. В ГТУ, кроме того возможна регенерация теплоты отработанных газов, т.е. подогрев воздуха перед камерой сгорания. Таким образом, СМУТ в ходовом режиме судна замещают вспомогательный котел (ВК).

Системы глубокой утилизации теплоты могут кроме перечисленных выше потребностей, обеспечивать снабжение судна электрической и механической видами энергии.

Они позволяют в ходовом режиме полностью или частично замещать ВК утилизационным, дизель-генератор - утилизационным турбогенератором (УТГ), а также частично главный двигатель- утилизационной ходовой турбиной (УХТ), обеспечивать работу вспомогательных механизмов с паровым приводом.

Использование теплоты охлаждающей воды главных и вспомогательных двигателей возможно в вакуумных испарителях, тепловых насосах, подогревателях бытовой воды, фреоновых турбогенераторах. Теплота воды систем высокотемпературного охлаждения может также использоваться в утилизационных холодильных установках, подогревателях питательной воды.

Высокие цены на нефтяное топливо обуславливают требования максимального использования ВЭР, а следовательно, применения конструктивно сложных и дорогостоящих СГУТ. В то же время безвахтенное обслуживания СЭУ требует применения относительно простых и надежных систем утилизации, легко управляемых и обслуживаемых.

На современных судах используются системы утилизации ВЭР, имеющие различные конструктивные решения, теплотехнические характеристики, уровни надежности и средства автоматизации.

На рис. 2.1 приведены схемы систем утилизации теплоты отработанных газов дизелей с принудительной (а) и естественной (б) циркуляцией, широко применяемые на судах для производства насыщенного пара давлением 0,5-0,8 МПа. Вода из теплого ящика 1 питательным насосом 2 подается в паровой сепаратор 3, откуда утилизационным насосом 6 в утилизационный котел 5, поверхности нагрева которого омываются отработанными газами. Пароводяная смесь из утилизационного котла направляется в сепаратор, откуда пар по трубопроводу 4 подается к потребителям. Наиболее простая схема, приведенная на рис. 2.1, δ обычно применяется в дизельных установках средней мощности, в которой вода из теплого ящика насосом 7 подается в газотрубный утилизационный котел 8, откуда пар по трубопроводу 9 направляется к потребителям.

Рис. 2.1

Системы глубокой утилизации теплоты включают в себя утилизационные котлы с более развитой поверхностью нагрева, обычно имеющие экономайзеры и пароперегреватели, а также подогреватели питательной воды, обеспечивающие более высокие паропроизводительность и параметры пара. Одна из первых СГУТ подобного типа была внедрена на танкере «Великий Октябрь», принципиальная схема которой приведена на рис. 2.2.

Циркуляционный насос 6 подает воду из сепаратора 8 в водяной экономайзер 1 работающий по противоточной схеме. В экономайзере вода подогревается до температуры, близкой к температуре насыщения. Подогретая вода по перепускным трубам подается в первую испарительную секцию 3, работающую по прямоточной схеме, а затем во вторую испарительную секцию 2, откуда пароводяная смесь направляется в сепаратор. Насыщенный пар из сепаратора подается по трубопроводу 9 к потребителям общесудового назначения, а через пароперегреватель 4 к турбогенератору. Питательная вода подается в сепаратор питательным насосом 7 из теплого ящика 5.

В мировой практике судостроения встречаются сложные двухконтурные СГУТ, в которых пар повышенного давления используется в утилизационном турбогенераторе и эжеторе, а пар из котла низкого давления, греющей средой которого является прокачиваемая через него вода из парового сепаратора направляется к остальным потребителям. Практически все современные крупнотоннажные суда с дизельными установками оборудованы системами утилизации теплоты обеспечивающими экономию топлива до 7-8 %. Однако уровень утилизации теплоты отработанных газов ниже технически достижимого. Это объясняется ограниченный потребностью судового теплообменного оборудования в теплоте при мощности дизельной установки до 6000-8000 кВт, при этом располагаемого избытка тепловой энергии не достаточно для обеспечения утилизационного турбогенератора.

Рис. 2.2 Схема системы глубокой утилизации теплоты

При мощностях дизельной установки более 9000 кВт возможно обеспечение судового теплообменного оборудования и потребителей электроэнергии энергией, вырабатываемой СГУТ.

Широкому распространению СГУТ препятствует ряд факторов: рост энерговооружённости судов, опережающий возможности СГУТ при применении простых и надежных схем систем утилизации теплоты; эксплуатация главных двигателей с нагрузками ниже номинальной, что уменьшает мощность УТГ на 25-30 %; нежелательность усложнения систем утилизации теплоты с позиции использования комплексной автоматизации; использование более экономических двигателей, у которых располагаемая теплота отработанных газов уменьшается, а располагаемая теплота системы охлаждения надувочного воздуха увеличивается.

В судовых газотурбинных установках (ГТУ) температуре отработанных газов зависит от её типа, схемы, параметров газа, КПД компрессора и турбин.

Располагаемая теплота отработанных газов моющих ГТУ значительно выше, чем в дизелях. Поэтому возможности её использование шире. Теплота отработанных газов ГТУ может использоваться для подогрева воздуха перед камерой сгорания (регенерации), охлаждения воздуха перед компрессором, производства пара в утилизационном котле с последующим использованием его энергии для получения дополнительной мощности в утилизационной ходовой турбине, утилизационном турбогенераторе, газотурбинном двигателе, а так же для потребителей общесудового назначения.

Дата добавления: 2015-06-27