Особенности тепловых схем современных утилизационных установок

Применение СГУТ на судах позволило обеспечить комплексное и более полное энерготехнологическое использование теплоты сжигаемого топлива, что значительно повысило технико-экономические показатели дизельных и газотурбинных установок.

Используемые СГУТ можно разделить на одноконтурные (вырабатывающие пар одного давления) и двухконтурные (вырабатывающие пар двух давлений). Наибольшее распространение на судах получили одноконтурные СГУТ как более простые и надежные. Различные схемы СГУТ, включающие утилизационные котлы с многократной циркуляцией, отличаются одна от другой составом и способом включения отдельных элементов поверхностей нагрева утилизационных котлов, типом и характеристиками используемых утилизационных турбогенераторов, сепараторов пара, насосов, теплообменных аппаратов и других элементов, а также их размещением.

На рис. 2.3 приведена типовая схема системы глубокой утилизации теплоты. Вода из сепаратора 18 или водяного коллектора вспомогательного котла 4 (трубопровод на рисунке не показан) подается циркуляционным насосом 19 через экономайзерную 3 и испарительную 2 поверхности нагрева, омываемые отработанными газами 21 главного двигателя. Пароводяная смесь направляется в сепаратор 18 или пароводяной коллектор вспомогательного котла, где пар отделяется от воды. Насыщенный пар по трубопроводу 20 направляется в пароперегреватель 1 к эжектору с охладителем 14, и через редукционный клапан 5 к потребителям 6.

Рис. 2.3 Схема типовой системы глубокой утилизации теплоты:

I – питательная вода; II – конденсат; III – насыщенный пар; IV- пароводяная смесь; V – управляющий сигнал; VI – перегретый пар.

Из пароперегревателя пар поступает утилизационному турбогенератору 7. отработавший в турбине пар конденсируется в вакуумном конденсаторе 10 (уровень конденсата в котором поддерживается регулятором 13), откуда конденсат насосом 12 через охладители 14 эжекторов подается в теплый ящик 15. Конденсат и пар от других потребителей через цистерну 8 направляются в атмосферный конденсатор 9, откуда конденсат поступает в теплый ящик. Питательный насос 16 подает воду в сепаратор или в пароводяной коллектор вспомогательного котла 4. Уровень воды в сепараторе поддерживается регулятором 17.

Паропроизводительностью утилизационного котла можно управлять путем сброса излишков пара через редукционный автоматический клапан 11 в один из двух конденсаторов 9 и 10, а также отключения секций поверхностей нагрева котла. Турбогенератор, конденсатор, конденсатный насос, эжектор с охладителем, средства автоматизации утилизационного турбогенератора обычно компонуются в виде блока. При недостаточной паропроизводительности утилизационного котла предусматривается автоматическое включение в параллельную работу с утилизационным турбогенератором дизельгенератора или параллельная работа утилизационного и вспомогательного котлов.

Рассмотренная схема СГУТ реализована на танкерах типа «Великий Октябрь», «Победа», нефтерудовозах типа «Борис Бутома», сухогрузных теплоходах типа «Капитан Кушнаренко» и др. Основной недостаток этой схемы – отсутствие возможности обеспечения в ходовом режиме нагрузки судовой электростанции автономно работающим утилизационным турбогенератором независимо от района плавания. Это объясняется постоянным ростом мощностей электростанций современных судов, совершенствованием конструкций двигателй и их эксплуатацией с мощностью 85¸90 % от номинальной, применением более простых и надежных СГУТ, но с меньшей степенью использования теплоты отработанных газов.

Так на теплоходах типа «Капитан Кушнаренко» нагрузка электростанции при плавании в умеренных широтах составляет 320¸420 кВт, а при плавании в низких широтах достигает 470 кВт и обычно обеспечивается параллельно работающими утилизационным турбогенератором и дизельгенератором.

На танкере типа «Великий Октябрь» нагрузка электростанции при плавании в умеренных широтах составляет 240¸360 кВт. Опыт эксплуатации показывает, что потребность в электроэнергии на танкере в большинстве случаев обеспечивается автономно работающим турбогенератором при параллельной работе утилизационного и одного из вспомогательных котлов, либо параллельно работающими утилизационным турбогенератором и дизельгенератором. В периоды, когда нагрузка электростанции не превышает 270 кВт, потребность в паре на судне удовлетворяется утилизационным котлом.

Нагрузка электростанции танкеров итальянской постройки типа «Леонардо да Винчи» в ходовом режиме составляет: при плавании в умеренных широтах 280¸340 кВт, при плавании в тропической зоне 380¸440 кВт и обычно полностью обеспечивается утилизационным турбогенератором, развивающим мощностью 400 кВт. Относительно низкое значение нагрузки электростанции объясняется тем, что привод масляного и главных циркуляционных насосов осуществляется от вала главного двигателя через гидросистему типа «Гинар».

Система глубокой утилизации теплоты танкеров этого типа приведена на рис. 2.4, которая включает утилизационный котел 1, испарительная 3 и экономайзерная 2 секции которого выполнены из оребрённых труб. Роль сепаратора пара выполняют пароводяные коллекторы 7 и 8 вспомогательных котлов. Питательная вода из теплого ящика насосом 9 может подаваться в пароводяные коллекторы вспомогательных котлов через паровой подогреватель 10, экономайзер 2 или минуя его. Заданная температура воды на выходе из экономайзера поддерживается терморегулятором 12.

Рис. 2.4 Схема утилизационной установки танкера типа «Леонардо да Винчи»

Из водяных коллекторов вспомогательных котлов циркуляционная вода насосом 6 подается в испарительную секцию 3, а выходящая из неё пароводяная смесь направляется в пароводяные коллекторы вспомогательных котлов. Насыщенный пар по соответствующим трубопроводам подается к потребителям и в пароперегреватель 4, откуда с температурой 205 ⁰С идёт к утилизационному турбогенератору 11. Подачей питательной воды во вспомогательные котлы управляют регуляторы 5.

Утилизационный котел вырабатывает 5,8 т/ч пара давлением 0,8 МПа и температурой 205 ⁰С при температуре циркуляционной воды 115 ⁰С в результате подвода к котлу отработанных газов с температурой 267 ⁰С в количестве 185 т/ч.

В данной схеме предусмотрена совместная работа утилизационного и вспомогательных котлов, но при давлении пара во вспомогательных котлах 1,2 МПа, что снижает паропроизводительность утилизационного котла до 4,2 т/ч. Автоматическое включение вспомогательных котлов осуществляется при падении давления в утилизационном котле до 0,7 МПа.

Нагрузка электростанции балктанкера типа «Борис Бутома» в ходовом режиме составляющая 550¸670 кВт, обеспечивается автономно работающим турбогенератором ТГУ – 800 _х при эффективной мощности главного двигателя 12500 кВт и выше. При понижении давления пара перед утилизационным турбогенератором и частоты вращения главного двигателя до 95 об/мин предусмотрено автоматическое включение дизельгенератора.

Утилизационный котёл типа КУП-1100, входящий в состав утилизационной установки обеспечивает паропроизводительность 9,2 т/ч при мощности двигателя 15440 кВт и 8 т/ч – при мощности 14000 кВт (0,9 N_{е н}). Перегретый пар давлением 0,7 МПа в количестве 6,5 т/ч при этом имеет температуру соответственно 270 и 262 ⁰С. Отработанные газы от главного двигателя 9 ДКРН 84/180^-3 подводятся к утилизационному котлу с температурой соответственно 330 и 320 ⁰С в количестве 164 и 151 т/ч. Коэффициент использования теплоты по отношению к величине Q ^Рн равен 18 %, а коэффициент утилизации теплоты – 43,5 %.

Турбогенератор ТГУ – 800 обеспечивает мощность 800 кВт при подводе пара давлением 0,65 МПа, температурой 260 ⁰С и при давлении отработанного пара 0,006 МПа. Утилизационная турбина имеет проточную часть, включающую двухвенечную ступень скорости и 4 ступени давления, обеспечивает удельный расход пара 7,8 кг/(Квт×ч). Распределение нагрузок параллельно работающих утилизационного турбогенератора и дизельгенераторов при различных частотах вращения главного двигателя приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Частота вращения ГД, об/мин	Фактическая мощность, кВт
ГТУ-800	ДГ№1	ДГ№2
		-	-

При эксплуатации главного двигателя с частотой вращения ниже 70 об/мин использовать утилизационный турбогенератор нецелесообразно. При автоматическом запуске резервного дизельгенератора (в случае снижения частоты вращения главного двигателя) время, затрачиваемое на приём им нагрузки, составляет приблизительно 28 с.

На танкерах типа «Победа» дедвейтом 60500 м установлены главные двигатели 7 ДКРН 80/160-4 длительной эксплуатационной мощностью 12360 кВт, утилизационный котел КУП -1100, турбогенератор ТГУ-800 с удельным расходом пара (давлением 0,7 МПа и температурой 260 ⁰С) 7,8 кг/(кВт×ч). Нагрузка электростанции в ходовом режиме составляет 420¸750 кВт, при мойке танков 1100¸1250 кВт.

Основной расчетный режим эксплуатации судовой электростанции в ходовом режиме обеспечивается параллельной работой утилизационного турбогенератора и одного из трёх дизельгенераторов типа ДГР 500/500 мощностью по 500 кВт. Возможно обеспечение нагрузки электростанции автономно работающим утилизационным турбогенератором. Предусмотрено автоматическое включение одного из вспомогательных котлов при недостаточной паропроизводительности утилизационного котла. Блок поддерживания частоты вращения утилизационного турбогенератора воспринимает изменение давления пара перед турбиной и обеспечивает перераспределение нагрузки между параллельно работающими утилизационным турбогенератором и дизельгенераторами.

В качестве вспомогательных котлов на танкерах типа «Победа» установлены 2 автоматизированных котла КВ-2 производительностью 25 т/ч пара каждый с давлением 1,6 МПа и температурой 225 ⁰С.

Дополнительное повышение эффективности использования вторичных тепловых энергоресурсов может быть достигнуто применением комплексной системы утилизации теплоты, а также использованием утилизационных котлов с оребренными поверхностями нагрева. На двухвинтовых ролкерах типа «Капитан Смирнов» энергетическая установка состоит из двух главных газотурбинных агрегатов, работающих каждый на свой винт (рис. 2.5). Максимальная мощность каждого агрегата 18390 кВт (при частоте вращения гребного винта 130 об/мин) обеспечивается газотурбинным двигателем 10 мощностью 14120 кВт и ходовой паровой турбиной 11 мощностью 4270 кВт, передающими мощность гребному винту через редуктор 9. В состав теплоутилизационного контура входят: автоматизированный утилизационный котел 5 с оребренными трубами типа КУП-3100 паропроизводительностью 26,2 т/ч с сепаратором 23, конденсатор ходовой паровой турбины 18 с конденсатным насосом 19, утилизационный турбогенератор 14 типа ТГУ-1000 мощностью 1000 кВт с конденсатором 15 и конденсатным насосом 16.

Питательная вода с температурой 40 ⁰С из теплого ящика 17 подается в сепаратор 23 питательным насосом 22. Из сепаратора парациркуляционным насосом 24 по трубопроводу 2 вода подается в экономайзерную 6, а затем в испарительную 4 поверхности нагрева утилизационного котла. Пароводяная смесь по трубопроводу 7 поступает в сепаратор. Из сепаратора насыщенный пар по трубопроводу 8 направляется к общесудовым потребителям 20, а пар и конденсат от них через конденсатор 21 поступает в теплый ящик. Вторая часть насыщенного пара через пароперегреватель 3 направляется к турбинам 11 и 14 (давление пара 1,2 МПа, температура 310 ⁰С). Отработанные газы от газотурбинного двигателя с температурой 390 ⁰С по газопроводу 1 подводятся к утилизационному котлу, откуда выходят с температурой 179 ⁰С. Распределение мощности между газотурбинными двигателями и ходовой паровой турбинной составляет соответственно 77 и 23 %.

Рис. 2.5. Схема утилизационной установки судов типа «Капитан Смирнов»

ОГЛАВЛЕНИЕ

	Введение
Раздел 1	Снижение потребления механической энергии
1.1.	Судовые винтовые характеристики
1.2.	Влияние шероховатости корпуса на сопротивление воды движению судна
1.3.	Влияние шероховатости лопастей гребных винтов на их гидродинамические характеристики
1.4.	Совместная работа дизеля и гребного винта
1.5.	Понижение расхода топлива в результате обеспечения оптимальной скорости движения судов
1.6.	Снижение энергозатрат за счет совершенствования гидромеханического комплекса
1.7.	Снижение энергозатрат за счет повышения эффективности работы гребного винта
1.8.	Снижение энергозатрат за счет повышения эффективности движительно – рулевого комплекса
1.9.	Снижение потребления энергии при эксплуатации дизеля
Раздел 2	Снижение потребления тепловой энергии на судах
2.1.	Располагаемая теплота вторичных энергоресурсов
2.2.	Энергетическая оценка объёмов теплоты вторичных энергоресурсов
2.3.	Использование теплоты вторичных энергоресурсов судовых двинателей
2.4.	Особенности тепловых схем современных утилизационных установок
	Литература

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Комплексная программа энергосбережения в Автономной республике Крым до 2010 г. – Симферополь: Таврия, 1998.

2. Промышленность Украины: путь к энергетической эффективности. – К.: Центр ЕС, 1995.

3. Беляев И.Г. Эксплуатация судовых утилизационных установок. – 2-е издание переработанное и дополненное. – М.: Транспорт, 1987.

4. Конюков В.Л., Титов В.В.Энергосбережение на флоте рыбной промышленности. Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения по специальности 7.100312 "Эксплуатация судовых энергетических установок" Керчь: КМТИ, 2000.

5. Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые дизельные установки. Справочник. – Л.: Судостроение, 1986.

6. Гольстрем В.А., Кузнецов Ю.Л. Справочник по экономии топливо-энергетических ресурсов. – К.: Техника, 1985.

7. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

8. Бабаев А.М., Ягодкин В.Я. Автоматизированные судовые электроприводы. – М.: Транспорт, 1986.

Дополнительная

8. Мезенцев А.П. Эффективность применение утилизаторов теплоты в огнетехнических агрегатах. – Л.: Недра, 1987. (Серия «Экономия топлива и электроэнергии»).

9. Отчет по НИР. Калининград: КТИРПХ, 1994.

© Конюков Вячеслав Леонтьевич

Попов Владимир Владимирович

Конспект лекций по дисциплине «Энергосбережение на судах» для студентов специальности 7.100302 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

Тираж ______экз. Подписано к печати ___________

Заказ № _______ Объем 2,1 п.л.

Издательство: «Керченский государственный морской технологический университет»

98309, г. Керчь, ул. Орджоникидзе 82.

Цена грн.

Дата добавления: 2015-06-27