Тепловой баланс теплообменных аппаратов

Тепловой баланс, рассматриваемый в данном разделе, относится к теплообменным аппаратам (ТА) и оборудованию применяемых в СЭУ: подогреватели питательной воды котлов, охладители воды, масла, подогреватели топлива, утилизационные котлы и т.п.

Для теплообменных аппаратов, то есть оборудования, не использующего энергию сгорания топлива непосредственно, а получающего располагаемую теплоту в виде теплоносителей с определенной энергией (пар, горячая вода ит.д.) уравнение теплового баланса в общем виде имеет вид:

где:

- энтальпия теплоносителя, на входе в ТА, для УК- энтальпия выхлопных газов ДВС;

- теплота, преобразованная в полезную энергию, для УК – определяется количеством и качеством производимого пара или горячей воды аналогично вспомогательным котлам;

- энтальпия теплоносителя, на выходе из ТА, для УК - энтальпия продуктов сгорания выходящих из УК;

- потери в окружающую среду от ТА.

На рис. 4 показана диаграмма теплового ба­ланса основных потоков энергии для теплообменных аппаратов (утилизационного котла).

Все потоки энергии выражены в процентах, причем за 100 % принята энтальпия теплоносителя на входе вТА - i_под.

 

i_под =100%

iух

Рис. 4. Диаграмма теплового баланса для теплообменных аппаратов: КИТ – коэффициент использования тепла; УК – утилизационные котлы;

ТО – теплообменные аппараты в целом

 

Полезная работа — q_пол, определяется количеством и качеством воспринятой энергии (количеством, энтальпией, температурой и давлением произведенного пара, количеством и разностью температур охлажденной воды и т.п.), косвенно характеризуется коэффициентом использования теплоты – η_{т .} В свою очередь коэффициент использования теплоты определяется по формуле:

η_т = φ• q_пол / q_под

где:

φ – коэффициент сохранения теплоты, который зависит от потерь в окружающую среду.

К потерям энергии относятся:

q₅ — потери тепла в окружающую среду;

i_ух — энтальпия теплоносителя на выходе из ТА.

 

Анализируя диаграмму можно сделать вывод - коэффициент использования теплоты, η_т, изменяется в широких пределах.

 

Тепловые балансы агрегатированного вспомогательного оборудования

Агрегатированное вспомогательное оборудование СЭУ, в дальнейшем агрегаты, - это дизель- и турбогенераторы, дизель- и турбонасосы, дизелькомпрессоры и т.п. Они состоят из двух единиц оборудования – привода и преобразователя механической энергии, установленных на общей переходной раме или на общем судовом фундаменте и функционально связанных. Приводы бывают двух типов: дизельный и турбинный. Дизельный привод превращает в механическую энергию вращения выходного вала (N_e) химическую энергию сгорания топлива, турбинный - превращает в механическую энергию во внутреннюю энергию рабочего тела (пара или масла). Преобразователи механической энергии (генераторы, насосы, компрессоры и т.п.) превращают механическую энергию вращения входного вала в другой вид энергии (электрическую, сжатый воздух, давление перекачиваемой жидкости и т.п.).

Рассмотрим тепловой баланс агрегата на примере дизельгенератора.

 

Дизель

Химическая энергия сгорания топлива

Ne

П о т е р и

Генератор электричес-кого тока

П о т е р и

Рe

Рис. 5. Схема основных потоков энергии дизельгенератора:

N_e- мощность дизеля; Р_e – мощность генератора электрического тока (генератора)

 

Тепловой баланс для дизельгенераторов имеет вид:

или

где:

- теплота, выделившаяся при сгорании топлива, кВт;

В_e - расход топлива ВД, кг/час;

- низшая теплота сгорания топлива, кДж/час.

- потери теплоты в ВД, кВт;

-потери теплоты в генераторе, кВт;

Р_e – мощность генератора;

где:

- эффективная мощность ВД, кВт;

- КПД генератора.

 

Для турбогенераторов, работающих на паре, вырабатываемом утилизационными котлами (УК), тепловой баланс имеет вид:

где:

- количество выхлопных газов, выходящих из ДВС или газовой турбины, кг/ч;

- энтальпия выхлопных газов на входе и выходе в УК соответственно, кг/час;

- эффективная мощность турбины, кВт;

- КПД генератора;

- потери теплоты в турбине и УК, кВт;

-потери теплоты в генераторе, кВт.