Тепловий баланс утилізаційного котла. Оцінка глибини утилізації тепла випускних газів двз

 

Мета заняття: придбання навичок складання попереднього теплового балансу утилізаційного котла з примусовою циркуляцією, оцінка ефективності використання тепла відпрацьованих (вихідних) газів суднових двигунів внутрішнього згорання.

Завдання 1. Залежно від варіанту завдання визначити паропродуктивність утилізаційного котла по насиченому пару або температурі вихідних газів;

2. Розрахувати величини складових теплового балансу утилізаційного котла, розрахувати величину його відносного ККД;

3. Знайти величину приросту ефективного ККД дизельної СЕУ за рахунок утилізації тепла вихідних газів. Розрахувати економічний ефект від дії установки утилізації протягом однієї доби. Середню вартість палива прийняти по практичному заняттю 7.

 

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Відпрацьовані гази суднових ДВЗ, що працюють на навантаженнях, близьких до номінальних, мають температуру 350 – 450 °С. З ними в довкілля втрачається 17 – 35 % тепла згорілого в циліндрах палива. Використання частини цього тепла в утилізаційних котлах дозволяє значно підвищити економічність суднової енергетичної установки.

Тепло відпрацьованих газів ДВЗ не може бути повністю використано в утилізаційному котлі з наступних причин:

- температура газів за утилізаційним котлом має бути не нижче 160 – 170°С, тобто температури точки роси пари розчину сірчаної кислоти, що утворилася при горінні сірчистого палива. Це дозволить запобігти інтенсивним корозійним руйнуванням поверхні нагріву котла;

- температура гріючого середовища (газів, що відпрацювали) має бути вище за температуру середовища (води, пара), що обігрівається, не менше чим на 30 – 50 °С, щоб уникнути зниження інтенсивності теплообміну;

- надмірне збільшення поверхні нагріву котла приведе до збільшення його габаритів, маси і вартості;

- аеродинамічний опір утилізаційного котла не має бути більше 3000 Па для двотактного і 5000 Па для чотирьохтактного дизеля. Його збільшення вище вказаних меж внаслідок забруднення поверхні нагріву продуктами згорання або надмірного збільшення спричинить погіршення процесів газообміну в дизелі і понизить його надійність і економічність.

Мінімально допустима температура газів за утилізаційним котлом може бути прийнятий рівною, °С:

(4.1)

де t_р – температура точки роси пари сірчаної кислоти, °C, t_р = 130(100S^p)^0,2.

 

Ефективність використання тепла в утилізаційному котлі може бути оцінена за допомогою коефіцієнта використання тепла:

(4.2)

де t_г – температура газів на вході в утилізаційний котел, °С;

t_ух – температура газів на виході з котла, °С;

t_о – температура довкілля, °С.

 

Величина ψ досягає значень 0,6 – 0,65 для установок з чотирьохтактними дизелями і 0,45 – 0,55 – з двотактними.

Повна кількість тепла, яке можна використовувати в утилізаційному котлі (теплова потужність) Q₁, кВт, складає:

(4.3)

де q₂ – втрата тепла з відпрацьованими газами ДВЗ, для різних типів 017 – 0,36;

g_e – середня питома ефективна витрата палива на цьому режимі, кг/(кВт·година);

Nе – ефективна потужність ДВЗ, кВт;

φ – коефіцієнт збереження тепла, рівний:

(4.4)

 

Втрата тепла в навколишнє середовище через обшивку котла q₅ визначається по відомій емпіричній залежності (див. заняття 3) або приймається рівною 2 – 5 %.

Корисна теплова потужність утилізаційного котла Q₁, кВт. може бути визначена за допомогою рівняння теплового балансу по газовій стороні:

(4.5)

де В – секундна витрата палива через ДВЗ, кг/с:

(4.6)

 

Паропродуктивність утилізаційного котла утилізації по насиченій парі D_н, кг/с, складає:

(4.7)

де і _х – ентальпія вологої насиченої пари, кДж/кг;

і _пв – ентальпія живильної води, кДж/кг.

 

Ефективний ККД ДВЗ η_е, %, визначається за формулою

(4.8)

де Q_н^р – нижча теплота згорання палива, кДж/кг, рівна 39000 – 40400 для мазутів, 40900 – 41500 для моторних палив, 42000 – 42800 для дизельних палив.

Оцінку ефективності використання теплоти в системі дизель – утилізаційний котел проводять за допомогою коефіцієнта використання тепла Θ. Він є відношенням тепла, корисно використаного в утилізаційному котлі, до кількості тепла, що виділилася в циліндрах дизеля при згоранні палива, %:

(4.9)

 

Величина Θ представляє собою приріст корисно використаного в СЕУ тепла з урахуванням утилізації частини тепла вихлопних газів дизеля. ККД дизельної СЕУ, %, з урахуванням утилізації тепла: