Утилизация теплоты в системе охлаждения судовой энергетической установки

Полезное использование части тепловых потерь главных двигателей, 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.

Вывод: В табл.10 занесём выбранное оборудование ВЭК.

Таблица 10 – Сводная таблица принятого оборудования

3. РАСЧЁТ СИСТЕМ СУДОВОЙЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Системы СЭУ – это совокупность трубопроводов, устройств, аппаратов, механизмов и другого оборудования предназначенного для обеспечения работы судовой энергетической установки. Каждая система используется для перемещения какой-либо рабочей среды (топлива, масла, воздуха и т. д.).

По своему назначению системы делятся на: паровые, топливные, конденсатно-питательные, воздушно-газовые, масляные и водяного охлаждения.

Основными требованиями к системе являются: надежность работы в судовых условиях, устойчивость против коррозии и эрозии, вызываемых перемещаемыми веществами, и предотвращение загрязнения окружающей среды.

3.1.Расчёт топливной системы судовой энергетической установки

По формуле (27), рассчитаем вместимость запасных цистерн.

где: - коэффициент ходового времени, = 0,6; Хе – количество ГД, шт.;

be -удельный расход топлива ГД, кг/кВт*ч; Ре – номинальная эффективная мощность ГД, кВт; Хк – количество АК, шт.;Вк - расход топлива АК, ; - коэффициент использования автономного котла, - автономность = 360, ч;

- плотность топлива, ДТ: =930 ., дизельное:: =860 ; Хв – количество ДГ, шт.; bев - удельный расход топлива ДГ, кг/кВт*ч; Рв – номинальная эффективная мощность ДГ.

По формуле (28), рассчитаем вместимость расходных цистерн для ГД.

, (28)

где: Хе – количество ГД, шт.;be - удельный расход топлива ГД, кг/кВт*ч; Ре – номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; - плотность топлива =860 .

,

По формуле (29), рассчитаем вместимость расходных цистерн для ДГ.

(29)

где: Хв – количество ДГ, шт.;bев - удельный расход топлива ДГ, ;

Рв – номинальная эффективная мощность ДГ, кВт; - плотность топлива =860 .

По формуле (30), рассчитаем вместимость расходных цистерн для АК.

, (30)

где: Хк – количество автономных котлов, шт.; Вк - расход топлива АК, ; - плотность топлива =930 .

По формуле (31), рассчитаем подачу топливного насоса для ГД.

, (31)

где: Vрд - вместимость расходных цистерн для ГД, - время заполнения цистерн

, = 1,ч.

,

По формуле (32), рассчитаем подачу топливного насоса для ДГ.

, (32)

где: Vрг - вместимость расходных цистерн для ДГ, ; - время заполнения цистерн,

= 1,ч.

,

По формуле (33), рассчитаем подачу топливного насоса для АК.

, (33)

где: Vрк - вместимость расходных цистерн для АК, ; - время заполнения цистерн,

= 1,ч.

,

По формуле (34), рассчитаем суточную потребность топлива для сепаратора.

, (34)

где: Хе – количество ГД, шт.;be - удельный расход топлива ГД, кг/кВт*ч;

Ре – номинальная эффективная мощность ГД, кВт; Хв – количество ДГ, шт.;

bев - удельный расход топлива ДГ, ;Рв – номинальная эффективная мощность ДГ, кВт; - плотность топлива =860 .

,

3.2.Расчёт масляной системы судовой энергетической установки

По формуле (35), рассчитаем вместимость запасных цистерн.

, (35)

где: - коэффициент ходового времени, = 0,6; Хе – количество ГД, шт.;Вм – удельный расход масла ГД, кг/кВт*ч; Ре – номинальная эффективная мощность ГД, кВт; Хв – количество ДГ, шт.; Вв – удельный расход масла ДГ, кг/кВт*ч; Рв – номинальная эффективная мощность ДГ, кВт; - автономность = 360, ч;

aм – удельная масса масла в сточных цистернах и картерах двигателей, ам=2,8, ; - суммарная мощность всех двигателей на судне, кВт; - плотность масла = 899 .

,

По формуле (36), рассчитаем вместимость циркуляционной цистерны ГД.

, (36)

где: Ре – номинальная эффективная мощность ГД, кВт.

,

По формуле (37), рассчитаем вместимость циркуляционной цистерны ДГ.

, (37)

где: Рв – номинальная эффективная мощность ДГ, кВт.

,

По формуле (38), рассчитаем суммарный объём циркуляционных цистерн:

, (38)

где: - вместимость циркуляционной цистерны ГД, ; - вместимость циркуляционной цистерны ДГ, .

,

По формуле (39), рассчитаем вместимость цистерны сепарируемого масла.

, (39)

где: - суммарный объём циркуляционных цистерн, .

,

По формуле (40), рассчитаем подачу маслоперекачивающего насоса.

, (40)

где: - вместимостьцистерны сепарируемого масла,

,

По формуле (41), рассчитаем подачу резервного циркуляционного насоса для ГД.

, (41)

где: - доля теплоты, которая отводится с маслом, для ГД = 5%; Вм - удельный расход масла ГД, кг/кВт*ч; Ре – номинальная эффективная мощность ГД, кВт;

- удельная теплота сгорания топлива, для дизельного топлива , .

См – теплоёмкость масла См=2,1, ; - плотность масла = 899 ;

-разность температур масла на входе и выходе дизеля = .

,

По формуле (42), рассчитаем подачу резервного циркуляционного насоса для ДГ.

, (42)

где:: - доля теплоты, которая отводится с маслом, для ДГ = 7%; Вв - удельный расход масла ДГ, кг/кВт*ч; Рв – номинальная эффективная мощность ДГ, кВт;

- удельная теплота сгорания дизельного топлива , .

См – теплоёмкость масла См=2,1, ; - плотность масла = 899 ;

-разность температур масла на входе и выходе дизеля = .

,

По формуле (43), рассчитаем производительность сепаратора.

, (43)

где: - суммарный объём циркуляционных цистерн, ; - Время сепарирования, = 10,ч.

,

3.3.Расчёт системы охлаждения судовой энергетической установки

По формуле (44), рассчитаем отвод необходимого количества теплоты индивидуального замкнутого контура ГД.

, (44)

где: атв – доля отводимой теплоты водой, для ГД атв=0,15;be - удельный расход топлива ГД, кг/кВт*ч; Ре – номинальная эффективная мощность ГД, кВт; - удельная теплота сгорания топлива , ; Св – теплоёмкость пресной воды См=4,19, ; -плотность пресной воды = 1000, ; - разность температур пресной воды на входе и выходе дизеля = .

,

По формуле (45), рассчитаем отвод необходимого количества теплоты индивидуального замкнутого контура ДГ.

, (45)

где:атв – доля отводимой теплоты водой, для ДГ атв=0,175;bев - удельный расход топлива ДГ, ;Рв – номинальная эффективная мощность ДГ, кВт;

- удельная теплота сгорания топлива, для дизельного топлива , ;

Св – теплоёмкость пресной воды См=4,19, ; -плотность пресной воды = 1000, ; - разность температур пресной воды на входе и выходе дизеля = .

,

По формуле (46), рассчитаем подачу забортной воды открытого контура.

, (46)

где: атв – доля отводимой теплоты водой, для ГД атв=0,15; атм – доля отводимой теплоты маслом, атм=0,05; be - удельный расход топлива ГД, кг/кВт*ч; Ре – номинальная эффективная мощность ГД, кВт; - удельная теплота сгорания топлива,

, ; Сз - теплоёмкость забортной воды См=3,98 ;

-плотность забортной, воды = 1020, ; - разность температур забортной воды на входе и выходе дизеля = .

,

По формуле (47), рассчитаем поверхность теплопередачи водяного охладителя.

, (47)

где: атв – доля отводимой теплоты водой, для ГД атв=0,15;be - удельный расход топлива ГД, кг/кВт*ч; Ре – номинальная эффективная мощность ГД, кВт; - удельная теплота сгорания топлива, для дизельного топлива , ;Кв –коэффициентзависящий от типа водяного охладителя, для трубчатых теплообменниковКв=0,7, ; - средняя разность температур входа выхода водяного охладителя = 41 с.

= 6,25,

3.4. Расчёт системы сжатого воздуха судовой энергетической установки

По формуле (48), рассчитаем объём воздуха, требуемый для пуска одного ГД.

, (48)

где: - число пи, = 3.14; D–диаметр поршня ГД, м; S – ход поршня ГД, м; – число цилиндров ГД, шт.

,

По формуле (49), рассчитаем объём воздуха, требуемый для пуска одного ДГ.

, (49)

где: - число пи, = 3.14; Dв–диаметр поршня ДГ, м; Sв – ход поршня ДГ, м; – число цилиндров ДГ, шт.

,

По формуле (50), рассчитаем вместимость пусковых баллонов ГД, которые рассчитывают из условий шести пусков для нереверсивных двигателей.

, (50)

где: - удельный расход сжатого воздуха при пуске на один рабочий объём двигатель =9, ; - объем воздуха требуемый для пуска одного ГД, ; Хе – число ГД, шт.; - число пусков =6; Ро – давление воздухаРо=0,098,мПа; - начальное давление воздуха в баллонах , мПа; - минимальное давление, при котором возможен пуск , мПа.

= 0,096,

По формуле (51), рассчитаем вместимость пусковых баллонов ДГ.

, (51)

где: - удельный расход сжатого воздуха при пуске на один рабочий объём двигатель =9, ; - объем воздуха требуемый для пуска одного ДГ, ; Хв – число ДГ, шт.; - число пусков =6; Ро – давление воздуха Ро=0,098,мПа; - начальное давление воздуха в баллонах , мПа; - минимальное давление, при котором возможен пуск , мПа.

= 0,043,

По формуле (52), рассчитаем вместимость тифонного баллона.

, (52)

где: Кн – коэффициент насыщаемости сигналом, Кн = 0,128; - расход свободного воздуха , ; - продолжительность передачи сигнала ,мин;

Ро – давление воздуха Ро=0,098,мПа; - начальное давление воздуха в баллонах , мПа; - минимальное давление, при котором возможен пуск ,мПа.

= 0,15,

По формуле (53), рассчитаем число пусковых баллонов.

,шт (53)

где: – вместимость пусковых баллонов ГД, ; - вместимость пусковых баллонов ДГ, ; - объём баллона =0,04, .

,шт

По формуле (54), рассчитаем число тифонных баллонов.

,шт (54)

где: - вместимость тифонного баллона, ; - объём баллона =0,2, .

,шт

Вывод:

Параметры выбранных баллонов занесём в табл. 11.

Таблица 11 – Параметры принятых баллонов

Наименование баллона	объём баллона,	количество, шт
Пусковой баллон	0,04
Тифонный баллон	0,2