4.Утилизация тепловых потер

Анализ потерь в ДВС показывает, что около 50% теплоты, развивающейся при полном сгорании топлива, теряется с отработавшими газами и охлаждающей водой. Естественно, следует стремиться к использованию этой теплоты. Существенным затруднением в использовании теплоты охлаждающей воды яв­ляется ее низкая температура (не превышающая 70°С), что объясняется необходимостью поддерживать достаточно низкий температурный режим охлаждаемых деталей двигателя. Для использования теплоты отработавших газов на морских судах устанавливают утилизационные паровые котлы. До недавнего времени утилизационные паровые котлы производили насыщенный пар с давлением не более 0,8 МПа, который использовался только для нагревательных целей (отопления, хозяйственно-бытовых нужд, подогрева топлива и т. д.).

На сухогрузных теплоходах (особенно в теплое время года) расход пара на нагревательные цели невелик, поэтому степень использования теплоты отработавших газов получалась незначительной. Между тем при развитой поверхности нагрева и рациональной ее компоновке утилизационные котлы могут производить сравнительно большое количество пара. Оно может достигать 0,55 кг на 1 кВт мощности главного двигателя. Оптимальные параметры пара характеризуются давлением 0,8—1 МПа и температурой перегретого пара 513—533 К. Такой пар можно использовать в турбогенераторах, вырабатывающих электроэнергию для различных судовых потребностей.

В установках с двухтактными малооборотными дизелями в случае использования в турбогенераторе всего пара, производимого утилизационным котлом, удельная мощность турбогенератора составит 0,045-0,055 кВт на 1 кВт мощности главного двигателя. В установках с четырехтактными среднеоборотными двигателями, благодаря более высокой температуре отработавших газов 663—693 К, удельная мощность турбогенератора может достигнуть 0,06 кВт на 1 кВт мощности главного двигателя. При использовании части пара на нагревательные цели указанные цифры снижаются до 0,04-0,052 кВт.

-

Рис.40 Принципиальная схема утилизационной установки

Принципиальная схема утилизационной установки с турбогенератором показана на рис. 40. Отработавшие газы главного судового двухтактного малооборотного дизеля с температурой 563—603 К поступают в утилизационный котел 3 с принудительной циркуляцией, где последовательно омывают пароперегревательную поверхность 4, испарительную поверхность 2 и экономайзерную поверхность 1, после чего уходят в атмосферу при температуре 443—453 К.

Пароводяная смесь из испарительных элементов котла поступает в сепаратор 7 или в пароводяной барабан 6 вспомогательного котла, где пар отделяется от воды. Воду из сепаратора 7 или водяного барабана 17 вспомогательного котла принимает циркуляционный насос 18 и подает ее в экономайзер.

Насыщенный пар из парового пространства сепаратора 7 или пароводяного барабана 6 направляется в магистраль 5. Отсюда основная масса пара идет в пароперегреватель 4, а из него поступает в пароструйные эжекторы 8 и паровую турбину 9, приводящую в действие электрический генератор 10. Отработавший пар из турбины направляется в поверхностный конденсатор 13.Конденсат из конденсатора откачивается конденсатным насосом 14 и, пройдя через охладители эжекторов, поступает в теплый ящик 15. $

Часть насыщенного пара из магистрали 5 идет к потребителям 11 тепловой энергии, где конденсируется. Конденсат от потребителей тепловой энергии через водоотделитель 12 направляется в теплый ящик 15. Воду из теплого ящика принимает питательный насос 16 и подает ее либо в сепаратор 7, либо в пароводяной барабан 6 вспомогательного котла.

В настоящее время утилизационные установки с турбогенераторами распространены на сухогрузных судах и танкерах отечественного морского флота. Практика эксплуатации показала». что при мощности главного двигателя свыше 11 тыс. кВт вся потребность судна в электрической и тепловой энергии обеспечивается на ходу утилизационной установкой. В этих условиях: расход топлива в установке равен расходу топлива на главный двигатель.

Однако уже при мощности главного двигателя 7,36 тыс. кВт. применение утилизационной установки с турбогенератором экономически оправдывается. Но при мощности главного двигателя: 7,36—11 тыс. кВт турбогенератор не обеспечивает всей потребности судна в электроэнергии и требуется параллельная работа дизель-генератора. Тем не менее удельный расход топлива на установку (относя его к мощности главного двигателя} снижается, что дает существенный экономический эффект. Использовать теплоту охаждающей воды для выработки электроэнергии возможно лишь при условии повышения температуры воды в системе охлаждения двигателя до 130—150°С, что в со­временных двигателях недопустимо. Трудно рассчитывать на это и в ближайшие годы. Таким образом, теплота охлаждающей воды может быть использована лишь для потребителей тепловой энергии, работающих при сравнительно низких температурах. Основным потребителем теплоты охлаждающей воды на теплоходах являются глубоковакуумные испарительные установки.