Понятие энергетического баланса

Тепловой баланс по определению рассматривает распределение затраченной (вновь привнесенной) теплоты на полезную работу и различные потери, в соответствии с основными потоками энергии.

В объектах также имеются дополнительные потоки энергии, которые движутся по замкнутым и открытым контурам.

выход из котла

Сепаратор

Паропере- греватель

Потребители перегретого пара

Потребители насыщенного пара греватель

Питательный насос

вход в котел

Теплый ящик

 

Рис. 6. Замкнутый циркуляционный пароводяной контур утилизационного котла, производящего перегретый и насыщенный пар

Дополнительные замкнутые контуры потоков энергии основного оборудования:

- для ДВС:

1 - контур охлаждающей пресной воды (двигатель–ТА-насос-двигатель), теплоноситель - вода;

2 - контур смазочной системы (двигатель–ТА – насос – фильтрующий элемент - двигатель), теплоноситель – смазочное масло;

3 – воздушный контур, для ДВС с наддувом (двигатель - турбина нагнетателя – компрессор – охладитель наддувочного воздуха - двигатель), теплоноситель - до турбины – выхлопные газы, после компрессора – воздух;

- для вспомогательных котлов – пароводяной контур (выход из котла - потребитель - теплый ящик - питательный насос - котел), теплоноситель – пар на выходе из котла, постепенно переходящий при движении по контуру в питательную воду на входе в котел, а затем постепенно переходящий в пар при движении по поверхностям нагрева котла;

- для утилизационных котлов, производящих перегретый и насыщенный пар – пароводяной контур по рис. 6;

- для утилизационных котлов, производящих только насыщенный пар – в пароводяном контуре будет отсутствовать пароперегреватель и потребители перегретого пара см. рис. 6;

-для водогрейных котлов - контур движения воды (выход из котла - потребитель - теплый ящик - питательный насос - котел), теплоноситель-вода.

Рассмотрим работу контура охлаждающей пресной воды ДВС на установившемся режиме см. рис. 7. Пресная вода выходит из двигателя с теплотой Q_вых и температурой 70 ⁰С, далее, проходя ТА, вода охлаждается на 12 ⁰С и теряет соответственно теплоту, отводимую с забортной водой Q_пот. Затем вода возвращается в двигатель с температурой 58⁰С и соответствующей теплотой Q_вх. Далее, проходя через двигатель, вода, забирая теплоту Q_дв от двигателя, вновь возвращается к исходному состоянию с температурой 70 ⁰С и теплотой Q_вых на выходе из двигателя.

Из рис. 7 можно сделать вывод, что пресная вода с теплотой (энергией) Q_вх является постоянной составляющей потоков энергии, движущейся на всех участках контура, и ее можно считать теплоносителем, забирающим (принимающим) у двигателя теплоту Q_дв и отдающим эту теплоту в эквиваленте Q_пот забортной воде, без учета потерь в холодильнике и при перемещениях в других элементах трубопровода. Затем теплоноситель возвращается в двигатель за новой долей энергии, совершая непрерывную циркуляцию.

Для вспомогательной котельной установки можно рассмотреть замкнутый контур потока энергии по рис. 6, приняв питательную воду с теплотой Q_п.в. как теплоноситель, принимающий (получающий) энергию в котле, переходя в пар, и затем отдающий эту энергию потребителям пара,при этом вновь превращаясь в воду, которая возвращается в котел через теплый ящик за новой долей энергии. Таким образом, обеспечивается циркуляция по замкнутому контуру.

Qвых =Qвх + Qдв

Qвх

Двигатель

ТА (охладитель пресной воды)

Qпот= Qдв

Qдв

 

Рис. 7. Движение энергетических потоков в контуре пресной воды системы охлаждения ДВС

 

Рассмотрим также движение потоков энергии по воздушному контуру ДВС с наддувом см. рис. 8.

Наддувочный воздух с энергией _. поступает в двигатель и участвует в процессе горения топлива.

Из двигателя в выпускной коллектор выходят выхлопные газы с энергией , энергия наддувочного воздуха _. находится в составе этой энергии.

Далее выхлопные газы поступают в турбонагнетатель, где совершают полезную работу по сжатию воздуха, при этом их энергия распределяется по уравнению:

где:

- энергия выхлопных газов, поступивших в турбонагнетатель, кВт.;

- энергия отводимая от наддувочного воздуха в турбонагнетателе, кВт;

- энергия выхлопных газов, выходящих из турбины турбонагнетателя в газоотводной трубопровод, кВт;

- потери в турбонагнетателе;

- энергия, полученная наддувочным воздухом в турбонагнетателе, и возвращаемая в двигатель, кВт.

Тепловой баланс рассматривает только распределение энергии, полученной от сгорания топлива, а энергия вносимая наддувочным воздухом рассматривается как циркулирующий поток энергии.

Поэтому формула (1) имеет вид:

где:

- энергия выхлопных газов, поступивших в турбонагнетатель, без учета циркуляционного потока наддувочного воздуха кВт.;

 

Рис. 8 Энергетические потоки выхлопных газов и наддувочного

воздуха в ДВС с наддувом

 

Движение потоков энергии по открытым контурам в анализе энергетического (теплового) баланса СЭУ непосредственно учитывается только при составлении баланса котельных установок, когда рассматриваются потери с уходящими газами как разности энтальпий уходящих газов и подводимого воздуха. Другие подобные потоки не рассматриваются в связи с их незначительностью до 0,5%.

Энергетический баланс рассматривает полные фактические потоки энергии в объектах. В энергетическом балансе необходимо, кроме потоков энергии теплового баланса, указать также дополнительные потоки энергии замкнутых и открытых контуров.

Энергетический баланс СЭУ

Энергетический баланс СЭУ состоит из трех составных частей, в соответствии с составом СЭУ.

В этом случае рассматриваются:

- баланс пропульсивной установки, в которой основным источником энергии является главный двигатель, потребителем - корпус судна, движущийся с определенной скоростью;

- баланс судовой электростанции, в которой основным источником энергии является генератор, получающий привод от вспомогательного двигателя. Промежуточным потребителем является главный распределительный щит (ГРЩ);

- баланс вспомогательной энергетической установки, которая вырабатывает несколько видов энергии, имеет соответствующее количество источников энергии. Это: котлы, дизелькомпрессоры, дизельнасосы и т.п.