Теоретические схемы использования вторичных энергетических

Ресурсов

При анализе энергетической эффективности судовых энергетических установок баланс судна и тепловой баланс главных двигателей необходимо рассматривать совместно. Использование потерь теплоты с выпускными газами и охлаждающей жидкостью в различных утилизационных устройствах, к которым относятся: утилизационные котлы, подогреватели, турбогенераторы, работающие на паре утилизационного котла, вакуумные испарители, эжекторные и абсорбционные холодильные установки, позволит повысить процент полезной теплоты в балансе энергетической установки.

С учетом тепловых балансов отдельных потребителей уравне­ние (2.2) в относительных величинах примет вид

, (2.23)

где дополнительно приняты следующие обозначения:

− теплота, преобразованная в работу во вспомогательных двигателях;

− потери теплоты с выпускными газами, охлаждающей во­дой и другие потери во вспомогательных двигателях;

− полезно используемая теплота в котельной установке;

− потери теплоты в котельной установке. Группируя все потери, которые не могут быть использованы или которые нецелесообразно использовать в утилизационных ус­тройствах, получаем

, (2.24)

где − общее количество тепловых потерь, неиспользуемых в схемах утилизации.

В зависимости от значений х, у, z могут быть предложены сле­дующие схемы использования теплоты выпускных газов.

1. Полное или частичное замещение вспомогательных котлов утилизационными

. (2.25)

2. Полное замещение вспомогательного котла утилизационным и частичное замещение вспомогательных двигателей турбогенератором

. (2.26)

3. Полное или частичное замещение вспомогательных двигателей турбогенератором, работающим на паре утилизационных котлов

. (2.27)

4. Полное замещение вспомогательных двигателей турбогенератором и частичное замещение вспомогательного котла утилизационным

. (2.28)

5. Полное замещение вспомогательных двигателей турбогенератором и вспомогательного котла утилизационным

. (2.29)

где h_т.у − КПД турбинной установки, работающей на паре ути­лизационных котлов принимается в пределах 0,29 ÷ 0,34.

Наддув двигателей на судах осуществляется обычно при помощи газовых турбин, работающих на выпускных газах. Однако возможно применение и паровых турбин, работающих на паре утилизационных котлов. Этот случай может рассматриваться как один из вариантов схем 2, 4 и 5.

В рассмотренных неизбыточных тепловых схемах утилизации целесообразно также использовать потери теплоты с охлаждающей жидкостью. При определенном температурном уровне эти потери можно употребить на получение пара, который может быть исполь­зован в паротурбинной установке. Использование этих потерь имеет смысл во всех схемах, за исключением схемы 5. Потеря теплоты с охлаждающей жидкостью может быть также утилизирована на рефрижераторных судах в абсорбционных или эжекторных холо­дильных машинах и на сухогрузных судах в системах кондициони­рования воздуха. Это позволит сократить расходы теплоты на полу­чение электроэнергии у в ходовом режиме на привод компрессор­ных холодильных машин.

Таким образом, тепловая энергия выпускных газов и охлаж­дающей двигатель жидкости может быть использована совместно как в паросиловом цикле вместо вспомогательных двигателей, так и для получения тепловой энергии, расходуемой на различные нужды судна.

При совместном использовании обеих потерь теплоты главных двигателей (2.25 ÷ 2.29) запишутся следующим образом:

6.

. (2.30)

При частичном замещении вспомогательного котла утилизаци­онным коэффициент замещения находится из соотношения

. (2.31)

7.

. (2.32)

Коэффициент замещения вспомогательных двигателей при ра­боте по этой схеме

. (2.33)

8.

. (2.34)

При частичном замещении вспомогательных двигателей турбогенератором коэффициент замещения

. (2.35)

9.

. (2.36)

Коэффициент замещения вспомогательных котлов утилизационными при работе по этой схеме

. (2.37)

При работе по схеме 5 не требуется использование теплоты охлаждающей двигатель жидкости, так как все расходы электрической и тепловой энергии по судну покрываются за счет потери теплотыс выпускными газами главных двигателей.

Эта схема является наиболее эффективной. Однако она не всегда может быть использована вследствие ограниченного количества теплоты, теряемой с выпу­скными газами, которая может быть использовано в этой схеме. В настоящее время на судах чаще реализуются схемы утилизации 1 и 2 с частичным использованием теплоты охлаждающей воды, в основном в вакуумных испарительных установках и для подогрева воздуха в системах кондиционирования.

По итогам анализа результатов выполненных расчетов с использованием (2.23 – 2.37) студенты должны выбрать теоретическую схему использования вторичных энергетических ресурсов на судне.

Там, где это возможно, необходимо стремиться к снабжению потребителей тепловой энергией за счет использования теплоты ох­лаждающей двигатель воды внутреннего контура. В этом случае весь пар (или бόльшая его часть), производимый утилизационными котлами, работающими на выпускных газах, может быть использован в турбогенераторе.

Чтобы найти оптимальное решение реализации отходов теплоты главных двигателей, в первую очередь необходимо определить ко­личество вторичных энергоресурсов, которые могут быть использованы в схеме утилизации (q_г, q_охл, ψ_г, ψ_в) при эксплуатационных режимах работы судна.

Зная потребители электрической и тепловой энергии на судне и значения х, у, z, а также ориентировочные значения к. п. д. вспомогательной паротурбинной установки h_т.у, можно последовательно определить коэффициенты замещения R_z, R_у с учетом максимального использования теплоты охлаждающей воды на тепловые нужды судна, а затем выбрать схему утилизации.

Выбор оптимального варианта схемы утилизации с наиболее полным использованием отходов теплоты главных двигателей производится путем технико-экономического сопоставления выбранных вариантов.

Поиск по сайту: