2. Расчет теплового баланса судна.

Общее количество теплоты, потребляемой на судне в ходовом режи­ме, определяется уравнением:

Q = Q_г.д. + Q_в.д. + Q_к.у.,

где Q_г.д., Q_в.д., Q_к.у − количества теплоты, расходуемой на главные и вспомогательные двигатели и котельную установку в целом соответствен­но.

В относительных величинах это уравнение имеет вид:

x + y + z = l

где , , – доли теплоты, расходуемой на главные двигатели, вспомогатель­ные двигатели и котельную установку. Значения составляющих энергетического баланса x, y, z зависят от назначения судна, типа энергетической установки и мощности. Из таблицы 2.1 (УМП «Судовое теплообменное оборудование и энергосбережение»; С-Пб, 2013 г.) принимаем для грузовых судов: х = 0,95; у = 0,02; z = 0,03

0,95 + 0,02 + 0,03 = l

3. Расчет теплового баланса главных двигателей.

Уравнение теплового баланса, характеризующее распределение теп­лоты, выделившейся при сгорании топлива в дизеле, имеет следующий вид (в расчете на 1 кг сжигаемого топлива):

,

где − рабочая низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Значение низшей теплоты сгорания топлива берем из таблицы 2.2 (УМП «Судовое теплообменное оборудование и энергосбережение»; С-Пб, 2013 г.) и принимаем равным для дизельного топлива 42 700 кДж/кг

− количества теп­лоты, эквивалентной эффективной работе в единицу времени; уносимой, соответственно, выпускными газами; отводимой с охлаждающей водой; отводимой нагре­тым маслом, кДж/кг;

− остаточный член теплового ба­ланса, кДж/кг.

Уравнение теплового баланса, выраженное в долях от величины , имеет вид:

q_е + q_г + q_охл + q_м + q_ост = 1

При выборе и расчетах СУТ необходимые данные по величине составляющих теплового баланса главных и вспомогательных двигателей определяются по результатам испытаний, проводимых в технической документации на конкретный двигатель. Принимается для двигателей с повышенным наддувом в промежутке 1,3 – 2.0 МПа:

Так как рассматриваемый двигатель имеет повышенный наддув (Ре = 1,3 МПа), то количество теплоты, эквивалентной эффективной работе в единицу времени (q_е) будет находиться в диапазоне 40 – 48%. Рассчитывается по формуле:

Значение переменных в составе уравнения теплового баланса принимаем из таблицы 2.3 (УМП «Судовое теплообменное оборудование и энергосбережение»; С-Пб, 2013 г.):

q_г = 30 q_охл =16

q_м = 4 q_ост = 2

Значит, уравнение теплового баланса имеет вид:

Полученные данные указывает на то, что термодинамический эффект от утилизации теплоты судовых дизелей достигается за счет использования двух составляющих теплового баланса: в основном за счет теплоты выпускных газов, поскольку она имеет достаточно высокий температурный потенциал и частично теплоты, уносимой охлаждающей водой, ввиду ее значительно более низкого температурного потенциала.

4. Определение количества теплоты, которое может быть использовано в судовой системе утилизации теплоты.

Определяем значения потерь теплоты расчётным путём.

Относительное количество теплоты выпускных газов, которое частично может быть использовано в СУТ находим по формуле:

где : − суммарный коэффициент избытка воздуха, принимаем ;

– теоретиче­ское количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива;

, – средние удельные массовые теплоемкости воздуха и продуктов сгорания;

– температура воздуха на входе в ци­линдр дизеля, ;

;

Для «чистых» продуктов сгорания топлива среднего состава при  = 1 теплоемкость с достаточной точностью может быть вычислена по формуле:

;

− температура выпускных газов, ;

Теплоемкость выпускных газов как смеси воздуха и «чистых» газов определяется из выражения:

Для режима 100 %

где - часовой расход топлива, из справочника кг/ч;

Для режима 75 % нагрузки.

Определяем удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт*ч) для данного режима нагрузки:

- удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме работы =0,175 кг/(кВт*ч);

- эффективная мощность двигателя на номинальном режиме, 515 кВт;

Эффективная мощность двигателя на данном режиме нагрузки, кВт:

Определяем часовой расход топлива, кг/ч в зависимости от нагрузки:

Где - часовой расход топлива на номинальном режиме, = 117,6 кг/ч;

Определяем температуру выпускных газов,⁰С в зависимости от нагрузки:

- температура выпускных газов на номинальном режиме, ;

Тогда суммарный коэффициент избытка воздуха в зависимости от нагрузки:

_{Средняя удельная массовая изобарная} теплоемкость горячих газов при 75 %:

Найдём среднюю удельную массовую теплоёмкость продуктов сгорания:

Количество теплоты выпускных газов, которое частично может быть использовано в схеме утилизации при 75 % нагрузки:

Абсолютное количество теплоты выпускных газов на долевом режиме, кДж/ч

Для режима 50 % нагрузки.

Определяем удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт*ч) для данного режима нагрузки:

- удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме работы =0,175 кг/(кВт*ч);

- эффективная мощность двигателя на номинальном режиме, 515 кВт;

Эффективная мощность двигателя на данном режиме нагрузки, кВт:

Определяем часовой расход топлива, кг/ч в зависимости от нагрузки:

Где - часовой расход топлива на номинальном режиме, = 117,6 кг/ч;

Определяем температуру выпускных газов,⁰С в зависимости от нагрузки:

- температура выпускных газов на номинальном режиме, ;

Тогда суммарный коэффициент избытка воздуха в зависимости от нагрузки:

_{Средняя удельная массовая изобарная т}еплоемкость горячих газов при 50 %:

Найдём среднюю удельную массовую теплоёмкость продуктов сгорания:

Количество теплоты выпускных газов, которое частично может быть использовано в схеме утилизации при 50 % нагрузке:

Определяем абсолютное количество теплоты выпускных газов на долевом режиме, кДж/ч:

Для режима 25 % нагрузки.

Определяем удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт*ч) для данного режима нагрузки:

- удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме работы =0,175 кг/(кВт*ч);

- эффективная мощность двигателя на номинальном режиме, 515 кВт;

Эффективная мощность двигателя на данном режиме нагрузки, кВт:

Определяем часовой расход топлива, кг/ч в зависимости от нагрузки:

Где - часовой расход топлива на номинальном режиме, = 117,6 кг/ч;

Определяем температуру выпускных газов,⁰С в зависимости от нагрузки:

- температура выпускных газов на номинальном режиме, ;

Тогда суммарный коэффициент избытка воздуха в зависимости от нагрузки:

_{Средняя удельная массовая изобарная т}еплоемкость горячих газов при 25 %:

Найдём среднюю удельную массовую теплоёмкость продуктов сгорания:

Количество теплоты выпускных газов, которое частично может быть использовано в схеме утилизации при 25 % нагрузке:

Определяем абсолютное количество теплоты выпускных газов на долевом режиме, кДж/ч