Проектирование вспомогательной котельной установки судна

мощности, на котором двигатель может эксплуатироваться до 90 – 95% ходового времени.

Необходимо пересчитать значения параметров с режима НМДМ на режим ДЭМ. Для двигателей фирмы MAN разработана методика такого пересчета. Она изложена в работе [6] и приведена также в работах [1 и 7], куда и отправляем желающих ознакомиться с методикой.

На основе этой методики разработан программный комплекс RESURSY. Для того, чтобы воспользоваться возможностями этого комплекса нужно заполнить файл исходных данных, представленный в табл.6.1. Мощность и частота на режиме оптимизации No и n это выраженное в % отношение мощности NESPк NEL1 и частоты NSP к NL1. Мощность и частота на длительном режиме Nр и ОВР есть выраженное в % отношение мощности NERDк NESPи частоты NR к NSP.

Указанные мощности и частоты приведены в табл.6.2, являющейся вырезкой из файла GDMC1W.DAT– результата работы модели WYBOR2002 при заданном значении индекса цилиндра. Они выражены в процентах: N от мощности на режиме НМДМ, а n от частоты на этом же режиме. Значение 100% означает, что режим СМДМ не вводился. Параметры Nэ и nэ отнесены к аналогичным параметрам на режиме СМДМ, и так как последний не вводился, то к параметрам на режиме НМДМ.

Таблица 6.1

Данные для расчета вторичных энергоресурсов

В последних 4-х строках таблицы 6.1 заданы другие факторы, влияющие на результаты пересчета параметров, это индекс цилиндра (J=20), их число в составе агрегата МОД (ZC=6), тип ТКС (отсутствует) и тип винта (ВФШ).

Остальные параметры табл.6.1 являются стандартными параметрами, рекомендованными фирмой MAN и без особых обстоятельств в замене не нуждаются.

В табл.6.2 и 6.3 приведены результаты работы модели RESURSY с данными из табл.6.1. В табл. 6.2 приведены параметры рабочих тел главного двигателя на режиме номинальной максимальной длительной мощности. Фактически в этой таблице приведена выборка  данных из табл. 5.1 и 5.2 раздела 5 для двигателя 6 S50MC, который был выбран в разделе 2 и анализировался в разделе 3 и 4. Режим НМДМ анализируется при выборе двигателя и обеспечивает достижение максимальной скорости на испытаниях судна на скорость. Этот режим не длительный, используется редко при увеличении скорости для выдерживания расписания движения.

Таблица 6.2       

Баланс систем на один цилиндр МОД типа МС на режиме НМДМ

Режим длительной эксплуатационной мощности используется 90 – 95 % ходового времени. В табл. 6.3 приведены параметры рабочих тел на этом режиме.

Таблица 6.3       

Баланс систем агрегата на режиме ДЭМ

Для целей утилизации теплоты вторичных энергоресурсов направим выхлопные газы в утилизационный котел, продувочный воздух в высокотемпературную секцию охлаждения воздуха, а пресную воду в утилизационную опреснительную установку.

6.3. Проектирование системы утилизации тепловых потерь

Так как анализируемое нами судно – танкер, он нуждается в большом количестве пара для подогрева перевозимого груза, мойки танков и общесудовые нужды, будем стараться получить в утилизационном котле наибольшее возможное количество пара.

Сначала направим выхлопные газы в утилизационные котлы типа КУП, по которым известны опытные кривые – зависимости производительности пара от количества и температуры газов. Эти кривые в форме аппроксимирующих зависимостей включены в модель WYBORUPG.  В табл. 6.4 приведены исходные данные для расчета утилизационного котла.                                                                                                                          Таблица 6.4

Исходные данные для выбора утилизационного котла

  После обращения к модели  WYBORUPG.EXE  получаем результаты представленные в табл.6.5.                            

                                                                 Таблица 6.5

Результат расчета производительности УПГ

Выбран котел утилизационный паровой КУП80С (стандартный) с поверхностью теплообмена 76 м². Его номинальная производительность 1700 кг/час. Фактически при данном расходе и температуре газов получено 1556,7 кг/час пара при давлении 0,5 МПа. Типоразмерный ряд котлов КУП приведен в Приложении. Давлению  0,5 МПа соответствует температура насыщения   151,1 ^оС, см. табл. 6.6. Как видно из табл. 6.7 этим паром можно подогреть мазут с маркой не выше    М-40, так как требуется температурный напор не менее 20 ^оС. Для разогрева мазута  М-100, наиболее дешевого топлива,  требуется пар с давлением 1 МПа и температурой насыщения 179 ^оС.

                                                                            Таблица 6.7

Температура топлива при обработке и использовании, ^оС

Так как на некоторых режимах, для танкера это режим хода в балласте, а для сухогрузных судов это любой ходовой режим, на все нужды достаточно пара утилизационного котла, то парогенераторная установка выполняется по схеме рис. 1, в которой поддерживается давление, определяемое подогревом используемого тяжелого топлива. Как видно из рис.6.1 вырабатываемый утилизационным котлом и вспомогательным котлом пар объединяется и имеет давление 1 МПа для подогрева М-100, обеспечения его распыления и сжигания в главных двигателях, дизель-генераторах и вспомогательных котлах.

В утилизационных котлах, также как и в других теплообменных аппаратах, необходим температурный напор 20 – 25 ^оС. Это значит, что если получается пар с температурой 179 ^оС, то газы можно охладить не ниже 200 – 210 ^оС. То есть выхлопные газы из объединенной схемы выбрасываются в атмосферу не охлажденными – с температурой не ниже 200 ^оС.

В то же время на судне есть много потребителей не требующих столь высокой температуры пара – это бытовые потребители, подогрев груза на танкере, отопление, вентиляция и кондиционирование, собственно это все другие потребители теплоты на судне, причем, многие нуждаются в различной температуре пара или воды.

Получение большего количества греющего пара может быть обеспечено  в случае   применения  раздельных схем питания потребителей, один из вариантов которых представлен на рис. 6.2.  Греющий пар получается здесь в основном за счет использования утилизационных устройств, использующих вторичные энергоресурсы – теплоту рабочих тел отработавших в главных двигателях.

Утилизационный котел выполнен двухконтурным – в выскотемпературной секции получается небольшое количество пара для подогрева тяжелого топлива – до 3% от общей потребности танкера в теплоте на все нужды на режиме хода с подогревом груза. В низкотемпературной секции УК получается большее количество пара, ограниченное наступлением точки росы на поверхности кипятильных трубок. При содержании серы в топлива до 5% точка росы соответствует  137 ^оС. Для защиты трубок от коррозии на переменных режимах в контуре поддерживается температура насыщения 143 ^оС, что соответствует давлению 0,4 МПа. Газы охлаждаются до 160 ^оС и с такой температурой удаляются в атмосферу.

Поскольку общий перепад температуры газа в УПГ составляет 231,9 – 143 = 88,9 ^оС, то на получение 5% пара (2% – в запас на переменные режимы) температура газов снижается на 4,4 ^оС. Это обеспечивает в ВТС котла уменьшение поверхности нагрева из–за повышения температурных напоров. На входе в низкотемпературную секцию газы имеют температуру 227,5 ^оС. Это также благоприятно для НТС  котла по той же причине. Всего в УПГ может быть получено 2686,3 кг/час пара с двумя ступенями давления 1МПа – 5% и 0,4 МПа – 95%.

Высокотемпературная  секция охлаждения продувочного воздуха позволяет получить примерно такое же количество теплоты пара или горячей воды, как и в УК вследствие отсутствия в продувочном воздухе сернистых соединений. Точка росы при 100 ^оС не является опасной.

D _втс = 69282 (169,4 – 120)/2330= 1470 кг/час

Современные утилизационные котлы рассчитаны на изменение давления в соответствии с потребностью судна, что позволяет тонко регулировать систему утилизации вторичных энергоресурсов. Утилизация теплоты пресной воды, охлаждающей втулки и крышки главных двигателей, рассмотрена в разделе 8.

В инструкциях по проектированию СЭУ со среднеоборотными двигателями приводятся данные, позволяющие рассчитать утилизацию теплоты выхлопных газов. Пример данных из расчета на один цилиндр для двигателя L40/54, работающего по винтовой линии с ВФШ, приведен в табл.6.8.

Таблица 6.8

Расход и температура выхлопных газов СОД на переменных режимах

Данные таблицы могут быть  аппроксимированы следующими зависимостями:

G_газ = (1759,2 / N_p + 0,31518N_p)^1/2 ;

T_газ = (3096,31000/N_p + 98206)^1/2.

В остальном методика такая же, как и для МОД.

6.4. Выбор основного оборудования ВКУ

Основное оборудование ВКУ – вспомогательные (работающие на топлива) и утилизационные котлы и высокотемпературные секции охлаждения продувочного воздуха