2020-01-14
480
В целях повышения экономичности судовой энергетической установки на судне применена система частичной утилизации тепла выхлопных газов с применением утилизационного котла.
На судне установлен длинноходовой двигатель с пониженной температурой выхлопных газов перед утилизационным котлом.
Для выбора котла производим расчёт:
Gг = ge*Ne*a*j*Lo /3600,
где Gг - расход газов через котёл;
Ne- эффективная мощность главного двигателя, кВт;
a - коэффициент избытка воздуха (для данного типа двигателя принимаем a=2,2);
j - коэффициент продувки (принимаем j=1,4);
Lo- теоретический расход воздуха (принимаем Lo=14,3 кг/кг);
ge- удельный расход топлива (ge=159 г/(кВт*ч));
Gг = 0,159*7830*2,2*1,4*14,3 = 54833 кг/ч
Из формулы КПД имеем:
hк = [Dп*(iн-iпв)]/[Gг*Ср*(tвх.г-tу.г)],
где hк - КПД утилизационного котла (принимаем hк = 0,3);
Dп - паропроизводительность котла;
iн - энтальпия насыщенного пара (принимаем из условий расчёта вспомогательного котла iн = 2855,4 кДж/кг);
iпв- энтальпия питательной воды (тоже, iпв= 166,72 кДж/кг);
tвх.г - температура входящих газов, °С (для длинноходовых двигателей
tвх.г»260°С);
tу.г - температура уходящих газов, °С (принимаем tу.г = 160°С);
Ср - изобарная теплоёмкость, Ср=1,07 кДж/(кг*°С).
Следовательно:
Dп = hк* Gг*Ср*(tвх.г-tу.г)/ (iн-iпв)= 0,3*54833*1,07*(260-160)/(2855,4-166,72)=655 кг/ч
Исходя из расчётов выбираем котёл отечественного производства марки КУП 95/5 с параметрами:
· паропроизводительность Dп = 800 кг/ч;
· рабочее давление пара в сепараторе 0,5 МПа;
· площадь поверхности нагрева Нп = 95 м^2;
Работа теплохода планируется в южных широтах, поэтому потребность в паре будет минимальная, а паропроизводительность утилизационной котельной установки обеспечит нужды судна в паре. При острой необходимости в параллельную работу можно запустить вспомогательный котёл.
Комплектация вспомогательных механизмови систем для силовой установки
Топливная система
Применяемые топлива марки IFO с вязкостью до 700 сСт при температуре 50°С.
gт = 0,95¸0,98 г/см^3 Nе=7830 кВт gе=159 г/(кВт*ч)
Дальность плавания L = 8000 миль
а) Запас топлива
Gт = к*(Gх + Gст),
где к=1,1¸1,25 - коэффициент штормового запаса;
Gх - расход топлива на ходу, т;
Gст - расход топлива на стоянке, т;
Gх = tх*(ge*Ne+geдг*Neдг)=0,15*tх* ge*Ne
tх = L/Vs = 8000/19 = 421 ч
Gх = 1,15*421*0,159*7830 = 603 т
Gст = К3*Gx,
где К3 = 0,2
Gст = 0,2*603 = 121 т
окончательно:
Gт = к*(Gх + Gст) = 1,1*(603+121)=796 т
Gтт = 0,85*796 = 677 т
Gдт = 0,15*796 = 119 т
б) Объём топливных цистерн:
Тяжёлое топливо
Vтт =b*Gтт/gтт,
где b = 1,04¸1,05 - коэффициент загромождённости цистерн набором корпуса;
Vтт = 1,05*677/0,97 = 733 м^3.
Дизельное топливо
Vдт =b*Gдт/gдт = 1,05*119/0,88 = 142 м^3;
Объём отстойной цистерны (вне двойного дна):
Vотс= 24*b*1,15*ge*Ne*10^(-3)/gтт=24*1,05*0,159*7830*10^(-3)/0,97 = 32,3 м^3
Объём расходной цистерны тяжёлого топлива на 12 часов работы главного двигателя:
Vрасх=12*b*1,15*ge*Ne*10^(-3)/gтт=12*1,05*0,159*7830*10^(-3)/0,97=16,2 м^3
Объём расходной цистерны для дизельного топлива:
Vрасх = 0,66*0,15*Vрасх тт = 0,66*0,15*16,2 = 1,6 м^3
в) Топливоперекачивающие насосы:
Производительность перекачивающего насоса тяжёлого топлива
Qтт = Vmax / t,
где Vmax - объём наибольшей цистерны основного запаса топлива;
t = 3ч4 часа - время работы насоса
Qтт = 180/4 = 45 м^3/ч
Принимаются к установке два насоса (один из них резервный, обеспечивающий перекачку дизельного топлива) марки ONV-35/10 производительностью 40 м^3/ч, мощность электропривода N=12,5 кВт
г) Топливоподкачивающие насосы определяем исходя из формулы потребной мощности:
Gпт = к*ge*Ne*gтт*10^(-3),
где к=1,2ч1,3 - коэффициент запаса производительности насоса
Gпт = 1,3*0,159*7830*0,97*10^(-3) = 1,6 м^3/ч
К установке принимаются насосы марки 2ВВ 1,6/4,5 в количестве двух штук, производительностью Q=2,5 м^3/ч, мощность электропривода Nэдв = 1,5 кВт.
д) Сепараторы тяжёлого топлива
Производительность сепараторов:
Qсеп = к*24*ge*Ne*10^(-3)/gтт,
где к=0,3 - коэффициент рабочего времени сепараторов
Qсеп = 0,3*24*0,159*7830*10^(-3)/0,97=9,2 м^3/ч
К установке принимаются два сепаратора марки МАРХ-309, производительностью 8,5 м^3/ч каждый и мощностью электродвигателя Nэд = 10 кВт.
Для сепарации дизельного топлива устанавливается сепаратор СЦ-1,5 производительностью Q = 1,5 м^3/ч и мощностью электродвигателя Nэд = 4 кВт.
Масляная система
К использованию принимаем масла отечественного производства с целью удешевления эксплуатации: для системы охлаждения поршней, смазки подшипников двигателя и ГТН - масло М 10 Г2 ЦС, для цилиндровой смазки - масло М16 Е 30.
Удельный расход масла:
а) для циркуляционной системы gцирк = 0,14 г/(кВт*ч);
б) для смазки цилиндров gцил = 1,6 г/(кВт*ч).
Необходимое количество смазочного масла определяем по формуле:
G = g*Ne*L/Vs*10^(-6) т;
· цилиндровое: Gцил = 1,6*7830*8000/19 *10^(-6) = 5,3 т;
· смазочное: Gсм = 0,14*7830*8000/19 *10^(-6) = 0,46 т.
Из расчётов следует, что объём цистерн основного запаса масла:
· для цилиндрового Vц = кц*b*Gц/gм,
где b=1,05; Gц=5,3 т; кц = 5¸8.
Vц = 1,05*5*5,3/0,94 = 30 м^3
· для смазочного масла Vсм = 1,05*8*0,46/0,9 = 4,3 м^3
Для расчёта характеристик системы циркуляционной смазки дизеля в качестве исходного параметра принимается количество тепла, отводимое с маслом:
Qтр = 632,3*Nе*aтр*(1-hм)/hм,
где aтр= 0,4¸0,5 - коэффициент, учитывающий долю тепла от трения, воспринимаемую маслом.
Qтр = 632,3*7830*0,4*(1-0,9)/0,9 = 22*10^4 кДж/ч = 0,6*10^5 Вт
Количество тепла, отводимое охлаждающим маслом:
Qохл = aохл*ge*Ne*Qнр,
где aохл = 0,04¸0,06, принимаем aохл = 0,05
Qохл =0,05*0,159*7830*42000 = 261 * 10^4 кДж/ч = 0,725*10^6 Вт
Часовые расходы масла:
G1 = Qтр/(Сm*Dt1),
где Сm= 1,92 кДж/(кг*град) - теплоёмкость масла
Dt1= 8¸12°С - повышение температуры масла в тихоходном двигателе
G1 =22*10^4/(1,92*10) = 11,5*10^3 кг/ч
Gохл = Qохл/(Cm*Dt2),
где Dt2 = 10°С
Gохл =261*10^4 / (1,92*10) = 135,9*10^3 кг/ч
Пропускная способность фильтра тонкой очистки, включённого в систему параллельно:
G¢ф = (0,1¸0,15)*G1= 0,1*11,5*10^3= 1,2*10^3 кг/ч
Производительность циркуляционного масляного насоса:
G= к*(G1+Gохл+Gф),
где к=1,2¸1,5 - коэффициент запаса производительности насоса.
G=1,3*(11,5+135,9+1,2)*10^3 = 148,6*10^3 кг/ч
В установке применяются два вертикальных трехвинтовых насоса (основной и резервный) марки ЭМН 250/4,5, производительностью 250 м^3/ч, мощность электродвигателя Nэдв = 49,0 кВт
Поверхность охлаждения маслоохладителя [22]:
F= [Qтр +Qохл]/[Км*Dtср], м^2
где Км - коэффициент теплопередачи от масла к воде,
Км=500 Вт/(м^2*К);
Dtср = 15°С - средняя разность температур
F = (0,6*10^5+0,725*10^6)/[500*15 ] = 105 м^2
В установке применяем два маслоохладителя с поверхностью охлаждения
F=150 м^2.
