Тепловой баланс утилизационного котла и сепаратора

Энергоресурс отработавших в ГТД газов определяется как разность между их энтальпией и энтальпией поступающего в двигатель воздуха:

                             (3.9)

Этот же энергоресурс можно определить из теплового баланса ГТД, как часть теплоты, выделившейся при сгорании топлива

.                                (3.10)

В уравнениях (3.9) и (3.10):  – массовый расход, соответственно, отработавших газов и воздуха, поступающего в двигатель;  – средние изобарические теплоемкости соответственно отработавших газов и воздуха;  – температуры, соответственно, отработавших газов и воздуха, поступающего в ГТД;  – удельный расход топлива;  – эффективная мощность ГТД;  – теплотворная способность топлива.

Эффективность утилизации теплоты отработавших газов оценивают коэффициентом утилизации, который равен отношению теплоты, используемой в утилизационном котле к энергоресурсу отработавших газов

,                   (3.11)

где  – температура газов на выходе из утилизационного котла.

На практике коэффициент утилизации определяют по упрощенной зависимости

,                                      (3.12)

где t ₀ – температура окружающей среды, соответствующая нормальным атмосферным условиям.

Температура газов за ГТД t _г в зависимости от конструкции агрегата и нагрузки изменяется в широких пределах (350÷550°С).

Энергоресурс газов за ГТД достигает 60÷75% от теплоты, подведенной к двигателю. В ГТД, по причине высоких значений коэффициента избытка воздуха можно принять ≈  , тогда энергоресурс отработавших газов с достаточной точностью определятся выражением:

                               (3.13)

Значение ψ в зависимости от температуры газов за утилизационным котлом для современных ГТД находится в пределах 0,4÷0,75.

В процессе работы утилизационного котла имеют место два вида тепловых потерь, это потери теплоты с уходящими газами и рассеяние теплоты в окружающую среду.

Рассеяние теплоты в окружающую среду учитывается коэффициент сохранения теплоты η_р, который находится в пределах 0,95÷0,98.

Утилизационный паровой котел комбинированный ГПТУ, как правило, производит насыщенный пар. Который используется, в основном, потребителями общесудового назначения и перегретый пар для утилизационных паровых турбин, работающих на гребной винт или на привод электрогенератора. Тогда уравнение теплового баланса утилизационного котла можно записать в виде:

 , (3.14)

где  – производительность соответственно перегретого и насыщенного пара;  – энтальпия на выходе из котла, соответственно перегретого и насыщенного пара;  – энтальпия питательной воды.

Большое внимание на эффективность работы утилизационного котла оказывает температура воды, поступающей из циркулярного насоса к экономайзеру. Рассмотрим тепловой баланс сепаратора пара с целью определения энтальпии циркулирующей воды. Схема движения теплоносителей сепаратора показана на рисунке 3.7.

 

 

Рисунок 3.7 — Схема движения теплоносителей сепаратора

 

Если не учитывать потери тепла в результате его рассеяния в окружающую среду, то тепловой баланс сепаратора можно записать

,               (3.15)

где  – расход пара отводимого от сепаратора;  – энтальпия в состоянии насыщения соответственно пара и воды;  – расход воды в составе пароводяной смеси от испарительного пучка труб;  – расход питательной воды;  – энтальпия питательной воды;  – расход воды через циркуляционный насос;  – энтальпия воды на входе в экономайзер.

Для установившегося режима работы ТУК будут справедливы соотношения:

Если использовать понятие кратности циркуляции, которая равна отношению расхода циркулирующей воды к расходу пара из сепаратора k , то после преобразования выражение (3.15) можно записать:

 .                                  (3.16)

Понижение i _ц и, следовательно, температуры воды на входе в утилизационный котел позволяет уменьшить температуру газов выходящих из котла при сохранении ∆Т₂ (рис. 3.6), что обеспечивает увеличение коэффициента утилизации теплоты и, соответственно, КПД ГПТУ. Если понижения i _ц вызывает увеличение ∆Т₂, то при этом уменьшается суммарная площадь поверхности теплообмена и утилизационный котел становится более компактным.

На i _ц большое влияние оказывает кратность циркуляции k, с понижением k уменьшается i _ц. В настоящее время в составе ТУК уже используются утилизационные котлы с кратностью циркуляции 2,5. Дальнейшее понижение k может отразиться на надежности котла, так как при неравномерном обогреве парообразующих пучков труб, в отдельных трубках кратность циркуляции может быть меньше 1,25, что приведет к интенсивному отложению солей на внутренней поверхности трубок.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение комбинированной энергетической установки (КЭУ);

2. Назовите принципиальное отличие КЭУ с термодинамической связью от КЭУ с механической связью;

3. Назовите основные элементы, входящие в состав судовой парогазотурбинной установки;

4. Перечислите конструктивные особенности парового котла судовой парогазотурбинной установки;

5. Запишите выражение для определения термического КПД цикла парогазотурбинной установки;

6. Назовите основные элементы, входящие в состав судовой газопаротурбинной установки;

7. Перечислите основные конструктивные особенности утилизационного парового котла судовой газопаротурбинной установки;

8. Назовите термодинамические процессы цикла газопаротурбинной установки, в которых происходит отвод теплоты в окружающую среду;

9. Запишите выражение для определения термического КПД цикла газопаротурбинной установки;

10. Дайте определение коэффициенту утилизации теплоты газов, отработавших в газотурбинном двигателе;

11. Дайте определение кратности циркуляции утилизационного парового котла;

12. Как кратность циркуляции влияет на экономичность теплоутилизационного контура газопаротурбинной установки.

Список использованной литературы

1. Гречко Н.Ф. Судовые турбинные установки: учебное пособие для студентов высших учебных заведений / Н. Ф. Гречко. – Одесса: Феникс, 2005. – 317с.

2. Курзон А.Г. Основы теории и проектирования судовых паротурбинных установок: учебник для студентов высших учебных заведений / А. Г. Курзон. – Л.: Судостроение, 1974. – 536с.

3. Курзон А. Г. Проектные расчеты тепловых схем судовых паротурбинных установок: учебное пособие для студентов высших учебных заведений теплоэнергетических специальностей / А. Г. Курзон, В. Л. Конюков, Г. Д. Седельников. – Хабаровск, 1990. – 86с.

4. Маслов Л. А. Судовые газотурбинные установки: учебник для студентов высших учебных заведений / Л. А. Маслов – Л.: Судостроение, 1973. – 400с.

5. Артемов Г. А. Судові енергетичні установки: навч. Посібник для студ. ВНЗ III-IV рівнів акредитації / Г. А. Артемов, В. М. Горбов. – Миколаїв: УДМТУ, 2002. – 352с.

6. Беляев И. Г. Эксплуатация судовых утилизационных установок: справочное пособие для инженерно-технических работников / И. Г. Беляев. – М.: Транспорт, 1987. – 173с.

7. Курзон А.Г. Судовые комбинированные энергетические установки: учебное пособие для студентов высших учебных заведений /А.Г. Курзон, Б.С. Юдовин. – Л.: Судостроение, 1981. – 276с.

 

Вячеслав Леонтьевич Конюков

 

СУДОВЫЕ ТУРБОМАШИНЫ

Раздел

ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ, ЦИКЛЫ СУДОВЫХ ТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

 

Конспект лекций

для курсантов специальности

26.05.06 Эксплуатация судовых энергетических установок

очной и заочной форм обучения

 

Тираж ________экз. Подписано к печати ________.

Заказ №_____. Объём 2,4 п.л.

ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет»

298309 г. Керчь, Орджоникидзе, 82.