1.7 Понятие энергетического баланса

Тепловой баланс по определению рассматривает распределение затраченной (вновь привнесенной) теплоты на полезную работу и различные потери, в соответствии с основными потоками энергии.

В объектах также имеются дополнительные потоки энергии, которые движутся по замкнутым и открытым контурам.

Замкнутый циркуляционный пароводяной контур утилизационного котла, производящего перегретый и насыщенный пар изображен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Замкнутый циркуляционный пароводяной контур утилизационного котла, производящего перегретый и насыщенный пар

Замкнутые контуры потоков энергии основного оборудования:

- для ДВС:

1 - контур охлаждающей пресной воды (двигатель–ТА-насос-двигатель), теплоноситель - вода;

2 - контур смазочной системы (двигатель–ТА – насос – фильтрующий элемент - двигатель), теплоноситель – смазочное масло;

3 – воздушный контур, для ДВС с наддувом (двигатель-турбина нагнетателя – компрессор–охладитель наддувочного воздуха-двигатель), теплоноситель - до турбины – выхлопные газы, после компрессора – воздух;

- котла, по мере движения по пучкам труб котла;

для вспомогательных котлов – пароводяной контур (выход из котла - потребитель - теплый ящик - питательный насос - котел), теплоноситель – пар на выходе из котла, постепенно переходящий при движении по контуру в питательную воду на входе в котел, а затем постепенно переходящий в пар при движении по поверхностям нагрева котла;

-для утилизационных котлов, производящих перегретый и насыщенный пар – пароводяной контур по рисунку 5;

- для утилизационных котлов, производящих только насыщенный пар – в пароводяном контуре будет отсутствовать пароперегреватель и потребители перегретого пара см. рисунок 5;

- для водогрейных котлов - контур движения воды (выход из котла - потребитель - теплый ящик - питательный насос - котел), теплоноситель-вода.

Рассмотрим работу контура охлаждающей пресной воды ДВС на установившемся режиме см. рисунок 6. Пресная вода выходит из двигателя с теплотой Q_вых и температурой 70 ⁰С, далее, проходя ТА, вода охлаждается на 12 ⁰С и теряет соответственно теплоту, отводимую с забортной водой Q_пот. Затем вода возвращается в двигатель с температурой 58 ⁰С и соответствующей теплотой Q_вх. Далее, проходя через двигатель, вода, забирая теплоту Q_дв от двигателя, вновь возвращается к исходному состоянию с температурой 70 ⁰С и теплотой Q_вых на выходе из двигателя.

Из рис. 6 можно сделать вывод, что пресная вода с теплотой (энергией) Q_вх является постоянной составляющей потоков энергии, движущейся на всех участках контура, и ее можно считать теплоносителем, забирающим (принимающим) у двигателя теплоту Q_дв и отдающим эту теплоту в эквиваленте Q_пот забортной воде, без учета потерь в холодильнике и при перемещениях в других элементах трубопровода. Затем теплоноситель возвращается в двигатель за новой долей энергии, совершая непрерывную циркуляцию.

Для вспомогательной котельной установки можно рассмотреть замкнутый контур потока энергии по рис. 5, приняв питательную воду с теплотой Q_п.в. как теплоноситель, принимающий (получающий) энергию в котле, переходя в пар, и затем отдающий эту энергию потребителям пара ,при этом вновь превращаясь в воду, которая возвращается в котел через теплый ящик за новой долей энергии. Таким образом, обеспечивается циркуляция по замкнутому контуру.

Рисунок 6 - Движение энергетических потоков в контуре пресной воды системы охлаждения ДВС

Рассмотрим также движение потоков энергии по воздушному контуру ДВС с наддувом см. рисунок 7.

Из двигателя в выпускной коллектор выходят выхлопные газы с энергией.

Далее выхлопные газы поступают в турбонагнетатель, где совершают полезную работу по сжатию воздуха, при этом их энергия распределяется по уравнению:

_где

_{- энергия выхлопных газов, поступивших в коллектор, кВт;}

- энергия наддувочного воздуха, которая возвращается в двигатель с новой порцией воздуха, кВт.

_{- энергия выхлопных газов, выходящих из турбонагнетателя, кВт;}

- потери в турбонагнетателе, кВт;

_{-энергия, отводимая охлаждающей водой, кВт;}

Наддувочный воздух поступает в двигатель и участвует в процессе горения топлива, одновременно с этим привнося дополнительную энергию _..

То есть контур движения энергии замыкается.

Движение потоков энергии по открытым контурам в анализе энергетического (теплового) баланса СЭУ непосредственно учитывается только при составлении баланса котельных установок, когда рассматриваются потери с уходящими газами как разности энтальпий уходящих газов и подводимого воздуха. Другие подобные потоки не рассматриваются в связи с их незначительностью до 0,5%.

Энергетический баланс рассматривает полные фактические потоки энергии в объектах. В энергетическом балансе необходимо, кроме потоков энергии теплового баланса, указать также дополнительные потоки энергии замкнутых и открытых контуров.

Рисунок 7 - Движение энергетических потоков в воздушном контуре ДВС с наддувом