- •Судовая энергетика
- •7.07010402 «Эксплуатация судовых энергетических установок»
- •Керчь, 2012
- •1 Основные теоретические сведения
- •1.2 Уравнение теплового баланса для судовой энергетической установки
- •1.3 Тепловой баланс двс
- •1.4 Тепловой баланс судовых котлов
- •1.5 Тепловой баланс теплообменных аппаратов
- •1.6 Тепловые балансы агрегатированного вспомогательного оборудования
- •1.7 Понятие энергетического баланса
- •1.8. Энергетический баланс сэу
- •2 Порядок расчета
- •2.1 Общий порядок расчета
- •2.2 Определение расчетного режима и коэффициентов загрузки оборудования
- •2.3 Расчет и выполнение графической части
- •98309 Г. Керчь, Орджоникидзе, 82.
1.3 Тепловой баланс двс
Тепловой баланс ДВС имеет вид:
или
где
- теплота, выделившаяся при сгорании топлива, кВт;
- расход топлива, кг/час;
- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;
- эффективная мощность двигателя – это мощность, измеряемая на выходном фланце коленчатого вала, для дизельредукторных агрегатов (ДРА) эффективная мощность измеряется на выходном фланце редуктора, кВт;
- сумма потерь теплоты, раздельно для каждого вида потерь, кВт.
Двигатели внутреннего сгорания относятся к числу наиболее экономичных двигателей. КПД лучших образцов ДВС достигает 50—51 %, однако и в них теряется значительное количество теплоты: около 30—40 % с выпускными газами, 10—20 % с охлаждающими средами (вода, масло).
На рисунке 1 представлена типовая диаграмма теплового баланса судовых ДВС. Все потоки энергии выражены в процентах, причем за 100 % принята химическая энергия сжигаемого топлива qт.
Рисунок 1 — Типовая диаграмма теплового баланса судовых ДВС
Полезная работа — qпол характеризуется эффективным КПД двигателя – ηе.
К потерям энергии относятся: qн — теплота, рассеиваемая двигателем в окружающую среду и неучтенные потери; qM — теплота, отводимая с охлаждающим маслом; qвод — теплота, отводимая от двигателя с охлаждающей водой; qв — теплота, отбираемая от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, данный вид потерь имеет существенное значение и учитывается при высоких степенях наддува; qвг — теплота, отводимая с выпускными газами двигателя.
Большие значения КПД – для ДВС большей мощности, меньшие для ДВС небольшой мощности. При мощности ДВС менее 200 кВт, нижнее значение КПД может уменьшиться на 5%.
Анализируя диаграмму можно сделать несколько выводов:
1 Наибольшие потери – это потери с выхлопными газами, далее, по степени убывания, идут потери с охлаждающей водой, потери теплоты, отбираемые от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, потери теплоты, отводимые с охлаждающим маслом, потери теплоты, рассеиваемые двигателем в окружающую среду и прочие неучтенные потери.
2 Наибольшие потери – это потери с выхлопными газами, далее, по степени убывания, идут потери с охлаждающей водой, потери теплоты, отбираемые от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, потери теплоты, отводимые с охлаждающим маслом, потери теплоты, рассеиваемые двигателем в окружающую среду и прочие неучтенные потери.
3 Тепловой баланс дизеля зависит от его типа. При этом принята следующая классификация дизелей по частоте вращения n об/мин:
Малооборотные дизеля (МОД) n = 90…300 об/мин;
среднеоборотные дизеля (СОД) n = 300…1000 об/мин;
высокооборотные дизеля (ВОД) n≥ 1000 об/мин.
4 Наибольший КПД и соответственно наименьший удельный расход топлива, у МОД, наибольший – у ВОД.
1.4 Тепловой баланс судовых котлов
Котлы (парогенераторы) относятся к наиболее совершенным преобразователям энергии. Их КПД составляет в среднем 80… 95%.
Котлы подразделяются:
по назначению - главные, вырабатывающие пар для главных двигателей и других потребителей; вспомогательные, обеспечивающие всех судовых потребителей (кроме главных двигателей) паром или горячей водой. В отдельных случаях, как например, на супертанкерах типа «Крым», вспомогательные котлы могут обеспечивать паром и главные турбины при внештатных режимах работы судна;
по роду производимого теплоносителя - производящие пар (перегретый, охлажденный, насыщенный); производящие горячую воду (водогрейные котлы);
по роду используемого топлива - использующие жидкое топливо (мазут или дизельное); газообразное топливо (метан); твердое топливо (каменный уголь);
- и т.д.
К отдельной группе относят вспомогательные утилизационные котлы, не имеющие топки и использующие теплоту уходящих газов ДВС или газовых турбин средней и большой мощности.
Тепловой баланс котлов имеет вид:
или
для парогенераторов :
для водогрейных котлов:
где
- химическая теплота, выделившаяся при сгорании топлива, кВт;
- полезная работа, определяемая количеством и качеством вырабатываемого теплоносителя (пара или воды), кВт;
- расход топлива, кг/час;
- низшая теплота сгорания топлива, кДж/час;
паропроизводительность котла по перегретому, охлажденному и насыщенному пару, кг/час;
энтальпия перегретого, охлажденного, насыщенного пара, питательной, горячей, продувочной воды соответственно, кДж/кг;
- потери с продувочной водой, кг/час. Для водогрейных котлов и котлов, производящих только насыщенный пар в данных расчетах не учитываются;
- сумма потерь теплоты, раздельно для каждого вида потерь, кВт.
На рис. 2 показана диаграмма теплового баланса для котлов различного назначения.
Все потоки энергии выражены в процентах, причем за 100 % принята химическая энергия сжигаемого топлива qт.
Полезная работа — qпол, характеризуется КПД котла – ηк.
К потерям энергии относятся: q5 — потери тепла в окружающую среду и неучтенные потери; q4 — потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, для котлов на жидком топливе принимаются равным нулю; q3 — потери тепла от химической неполноты сгорания топлива; q2 — потери тепла с уходящими газами.
Анализируя диаграмму можно сделать несколько выводов:
1 Наибольшие потери – это потери с уходящими газами.
2 Тепловой баланс котла зависит от его типа. Главные котлы имеют большой КПД, т.к. на них установлено предельно развитое хвостовое хозяйство – многосекционные экономайзеры и воздухоподогреватели, а также применены другие конструктивные усовершенствования.
Тепловой баланс пароперегревателей, имеющих собственную топку, имеет вид аналогичный рисуноку 2 и рассчитывается аналогично.
Тепловой баланс утилизационных котлов (УК) рассчитывается аналогично расчету теплообменных аппаратов, что изложено далее.
Рисунок 2 - Диаграмма теплового баланса для котлов различного назначения