Проектирование систем утилизации тепловых потерь

Задачи эскизного проектирования систем утилизации.

Около половины теплоты сжигаемого в дизелях топлива теряется с выхлопными газами, с охлаждением продувочного воздуха, пресной воды, смазочного масла и излу­чается в окружающую среду. Это огромное количество, и утилизация даже части потерь способна существенно повысить эффективность судовой энергетической установки. Именно поэтому утилизация широко применяется на практике.

Однако создание эффективной системы утилизации тепловых потерь сопряжено со значительными трудностями выбора оптимальной схемы, оптимального сочетания параметров, необходимостью обеспечить компенсацию дополнительных расходов. Пред­ложено большое число вариантов схем систем утилизации теплоты как для отдельных теплоносителей, так и комплексных. Написаны диссертации, монографии, посвя­щенные проблеме утилизации, но из-за сложности проблемы не только не установлены границы применения тех или иных решений, но и существует путаница в понимании физических процессов.

На рис.4.9 представлена обобщенная схема системы утилизации теплоты судовой дизельной установки, принятая в соответствии с работами А.Г.Курзона, Д.Иорданова и Г.Д.Седельникова. Схема предусма­тривает все мыслимые технические решения в этом направлении, в том числе утилизацию теплоты газов, продувочного воздуха, пресной воды и даже масла, применение валогенератора и утилизационного турбогенератора, турбокомпаундной системы, работающей на винт, пропульсивной паровой утилиза­ционной турбины, две ступени давления пара, использование пара среднего и низкого давления как для целей теплофикации, так и в турбинах после перегрева.

Наличие в составе реальной схемы утилизации одновременно всего многообразия элементов, представленных на рис.4.9, исключено как ввиду дублирования их функций, так и вследствие высоких капитальных затрат, которые навряд ли будут оправданы. На ряде судов потребность в таком количестве тепловой энергии отсутствует. Мало­оборотные двигатели имеют слишком низкий температурный потенциал выхлопных газов, что затрудняет реализацию утилизационных циклов с паровыми турбинами. В этом смысле схема, представленная на рис.4.9, может быть названа обобщенной – на ней отражено все, что только можно придумать, а в реальном проектировании будут применяться схемы, получаемые усечением обобщенной.

Для реализации схемы, изображенной на рис.4.9, разработаны системы автома­тизированного проектирования утилизационных установок. Комплекс, предло­женный Г.Д.Седельниковым, весьма современен, построен как программное приложение Windows, имеет удобный пользовательский интерфейс. Мы используем этот комплекс при выполнении исследовательских дипломных работ. Применение его достаточно трудоемко, несмотря на максимально доброжелательный интерфейс – требуется под­готовка и изменение большого числа параметров, трудоемкий анализ результатов. Это не продукт для эскизного проектирования, это модель для научных исследований по проблемам утилизации теплоты дизельных установок.

Рис.4.9. Обобщенная схема системы утилизации вторичных энергоресурсов: 1 – главный двигатель; 2 – валогенератор; 3 – передача; 4 – пропульсивная паровая турбина (ППТ); 5 – турбокомпаундная система (ТКС); 6 – газовая заслонка; 7 – шибер перепуска газов; 8 – масляный насос турбоагрегата; 9 – маслоохладитель турбоагрегата; 10 – дизель-генератор дополнительный; 11 – дизель-генератор основной; 12 – вспомогательный парогенератор (ВПГ); 13 – утилизационный парогенератор; 14 – испарительная секция первой ступени (низкого) давления пара;15 – испарительная секция второй ступени (среднего) давления пара; 16 – пароперегреватель первой ступени давления пара; 17 – пароперегреватель второй ступени давления пара; 18 – сепаратор второй ступени давления пара; 19 – питательный клапан первой ступени давления пара; 20 – сепаратор первой ступени давления пара; 21 – утилизационный турбогенератор (УТГ); 22 – общесудовые потребители пара; 23 – конденсатор пара общесудовых потребителей; 24 – конденсатор УТГ; 25 – конденсатный насос УТГ; 26 – эжектор конденсатора УТГ с холодильником; 27 – теплый ящик; 28 – питательный насос ВПГ и УПГ; 29 – подогреватель питательной воды второй ступени давления пара; 30 – циркуляционный насос второй ступени давления пара; 31 – газотурбонагнетатель; 32 – высоко-температурная секция охладителя продувочного воздуха (ВТС); 33 – низко-температурная секция охладителя продувочного воздуха (НТС); 34 – конечный водоохладитель; 35 – циркуляционный насос пресной воды; 36 – высокотемпературные потребители теплоты пресной воды; 37 – низкотемпературные потребители теплоты пресной воды; 38 – эжектор конденсатора ППТ с холодильником; 39 – конденсатный насос конденсатора ППТ; 40 – конденсатор ППТ; 41 – движитель

Задачи эскизного проектирования систем утилизации достаточно ограничены: нужно выполнить анализ получения в системе утилизации наибольшего возможного количества электрической энергии, сравнить это количество с нагрузкой автономного дизель-генератора и сделать вывод о целесообразности ее применения. В случае, если ходовой дизель-генератор может быть заменен не полностью, систему устанавли­вать не стоит, так как дизель-генератор не может эффективно эксплуатиро­ваться при нагрузке менее 70% от номинала.