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

№	Наименование переменной	I	R	Значен.
	Потребность в паре	Dп	кг/ч	1700.
	Расход выхлопных газов	Gг	кг/ч	70405.2
	Температура выхлопных газов	Tг	^оС	231.93
	Давление пара	Pп	МПа	0.50

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

Таблица 6.5

Результат расчета производительности УПГ

Наименование переменной	I	R	Значен.
Температура уходящих газов	T2	^оС	186.21
Температура пара (насыщенный)	Tп	^оС	151.84
Средний температурный напор	DT	^оС	54.92
Выбран т/р УПГ КУП	КУП	т/р	КУП80СИ
Номинальная производительность	Dн	кг/ч	1700.00
Поверхность испарения	F	м^2	76.0
Ширина	B	м	2.060
Длина	L	м	2.480
Высота	H	м	3.980
Сухая масса	Gс	т	4.00
Рабочая масса	Gр	т	4.40
Коэффициент теплопередачи	Kтп	Вт/ ^оСм^2	0.2185
Фактическая производительность	Dф	кг/ч	1556.67

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

Марки топлива	Перед
перекачкой	сепарацией	форсунками
Моторное ДТ	5 – 10	40 – 60	65 – 75
Флотский мазут Ф-8	5 – 10	40 – 60	65 – 75
Флотский мазут Ф-12	10 – 25	55 – 80	90 – 95
Дизельный мазут ДМ	35 – 50	80 – 95	100 – 110
Топочный мазут М-40	60 – 70	110 – 120	130 – 135
Топочный мазут М-100	80 – 90	130 – 140	150 – 155

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

Параметры СОД	I	R	Режимы эксплуатации
Нагрузка на режиме в % от НМДМ	N	%
Частота на режиме в % от НМДМ	n	%
Расход газов	Gгаз	кг/кВт.ч	7,0	6,95	6,8	7,15
Температура газов	Тгаз	^оС

Данные таблицы могут быть аппроксимированы следующими зависимостями:

G_газ = (1759,2 / N_p + 0,31518 N_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. Все это оборудование 7, 1 и 5 отображено на рис. 6.2. Двухконтурный утилизационный котел и высокотемпературная секция нуждаются в новом проектировании, так как типоразмерных рядов такого оборудования нет. Предполагаем, что котлостроительные организации смогут наладить производство двухконтурных котлов в короткий отрезок времени по мере возникновения потребности в них, тем более, что высокотемпературная секция УПГ невелика. При этом должен быт решен вопрос о том, нужен ли нам пар с давлением 10 атм. в таком количестве – нужно сбалансировать потребность в паре высоких параметров с его выработкой.

Вспомогательные котлы производятся большим количеством производителей в РФ, ближнем и дальнем зарубежье. Однако для всех них стоит такой же вопрос о необходимости введения двухконтурности, иначе газы будут покидать поверхности нагрева с температурой 200 и более ^оС. Если в одноконтурном котле, имеющем только испарительный пучек, вырабатывается пар с температурой более 180 ^оС, то газы должны покидать его с указанной выше температурой. Экономайзер не нужен, так как питательная вода из теплого ящика с температурой 100 ^оС не может подаваться в экономайзерный пучек, так как на его трубках немедленно начнется сернистая коррозия. Можно бы подогреть питательную воду за счет теплоты продувочного воздуха, но он уже задействован. Кроме того питательная вода должна подаваться в сепаратор пара с недогревом, обеспечивающим работу питательного клапана. То есть с вспомогательными котлами тоже есть проблемы.

Тем не менее, они функционируют на судах, пусть и с недостаточной эффективностью.

На сухогрузных судах выбирается один вспомогательный котел с производительностью, определенной по корреляционной зависимости D = 1000 + 0,09 N_{eэ .}

Он резервирует на ходу утилизационный котел и дополняет его, если в УК не получена требуемая производительность пара. На стояночных режимах работает вспомогательный котел с неполной производительностью и в случае отказа может резервироваться береговыми средствами.

На танкерах в соответствии с Правилами Регистра РФ обязательно устанавливаются два вспомогательных котла не обязательно равной производительности. Меньший из них должен обеспечить минимально необходимый подогрев груза во избежание потери текучести – застывания груза. Суммарная производительность вспомогательных котлов должна обеспечить наиболее тяжелый стояночный режим, например, разгрузку пароприводными насосами с учетом подогрева груза и обеспечения жизнедеятельности на судне. Для анализируемого нами танкера пр. 05 55 эта величина составит:

D =1000 + + D _под= 1000+ 8208+ 11806.3=21014 кг/ч, .

Если разгрузка производится электроприводными насосами, то наиболее тяжелый режим – мойка в порту сразу после сдачи груза. В грузовом насосном отделении танкеров типа «София» и «Победа» установлены по два теплообменника ПЭВ-21, позволяющие каждый подогревать до 100 т/час забортной воды от температуры от +4 до +70 ^оС. За цикл мойки температура снижается на 15 – 20 ^оС. Именно эту разницу и нужно покрывать в подогревателях.

Расход пара на подогрев забортной воды для мытья танков и общесудовые нужды в момент начала мойки:

D =1000 + 2 100000 (70 – 4) 4,19 / 2330=24018 кг/ч.

Так как мойка идет по замкнутому контуру через слоп танки, то постепенно фактический расход станет меньше:

D =1000 + 2 100000 20 4,19 / 2330=8193 кг/ч.

Наиболее нагруженным может быть режим разогрева груза перед приходом в порт назначения. Для танкера 05 55 расход пара для разогрева груза и компенсацию потерь теплоты в окружающую среду составит:

D=1000+0,09 N_e^э +DRAZ+DPR–D_ук–D_втс= 1600+10027.1+11806.3 – 2686,3 –1470 = 19277 кг/ч.

Как видно из сопоставления количества пара, требуемого на разных режимах фактически требуется около 20т/час пара от вспомогательных котлов. Для подогрева груза при минимально допустимой температуре требуется DPO= 5067.0 4 кг/час пара. Таким образом для танкера 05 55 требуются два вспомогательных котла на 6 и 15 т/час. Выбираем из типоразмерного ряда фирмы Aalborg два котла: CHB 6000 с производительностью 6 т/час и CHB 15000 с производительностью 15 т/час. Этим мы обеспечиваем все характерные режимы. На длительном ходу в зимних условиях с подогревом высоковязкого груза работает система утилизации, обеспечивающая 4156 кг/час пара и котел CHB 6000 вырабатывает 2600 кг/час. В случае применения парового привода грузовых насосов на стоянке работают оба вспомогательных котла на полную производительность. То же при ходе с разогревом груза, но здесь включается еще система утилизации. Мойка не является лимитирующим режимом и ее можно проводить как на стоянке, так и в балластном пробеге.

Дата добавления: 2015-08-13