Выбор автономного топливного и утилизированного котлов

Автономный котёл выбирается по величине максимального потребления теплоты в стояночном или ходовом режиме. В таблице 3.2.1 показаны потребные количества потоков энергии:

 

Таблица 3.2.1

Потребители теплоты	Максимальный поток теплоты Q, кВт	Режим работы судна
		Ходовой		Стояночный
		К3	Qox	К3	Qoc
Отопление	47,3	0,9	42,57	0,5	23,65
Приготовление горячей воды	7,1	0,9	6,39	0,5	3,55
Подогрев топлива, масла и пр.нужды	8,16	0,9	7,344	0,5	4,08
итого	62,56		56,304		31,28

 

Так как максимальный потребный тепловой поток необходим в ходовом режиме работы судна, =49,5кВт, выбираем водогрейный утилизационный котёл по величине общего потребления теплоты на ходовом режиме и автономный котёл по величине общего потребления теплоты на стояночном режиме, =24,1кВт.

 

В качестве автономного котла выбираем автономный водогрейный котел GT 334. Характеристики автономного котла приведены в таблице 3.2.2

 

 

Таблица 3.2.2 Основные характеристики автономного котла GT 334

Характеристика	Значение
Тепловая мощность, кВт	70
КПД при тем-ре 70°С, %	90
Расход воды, м3/ч	6,0
Температура дымовых газов, °С	210
Избыточное давление в топочном прос-ве, мбар	0,3
Объем, м3	0,096
Масса котла без воды, кг	612
Габариты, мм	991/800/1297
Расход топлива, кг/ч	2,38

 

Выбираем утилизационный водогрейный змеевиковый котел КАУ-1,7. Характеристики утилизационного котла приведены в таблице 3.2.3

 

Таблица 3.2.3 Основные характеристики утилизационного котла КАУ-1,7

Характеристика	Значение
Тепловая мощность, кВт	84
Поверхность нагрева, м	6
Температура (наибольшая) на выходе из котла , °С	90
Температура газов до котла, °С	400
Масса котла без воды, кг	770
Род тока: однофазный, переменный; частота , Гц	50
Напряжение, В	220
Срок службы, лет	10

Производительность водогрейного утилизационного котла на ходовом режиме по теплоносителю в кг/ч определяю по уравнению:

Δh=  кДж/кг – прирост энтальпии в котле,

Производительность автономного водогрейного котла на стояночном режиме по теплоносителю в кг/ч определяю по уравнению:

Δh=   кДж/кг – прирост энтальпии в котле,

Расход топлива автономными котлами определяется по формуле

,

где Q_к=24,1×3600=86760кДж/ч – теплопроизводительность;

  - низшая теплота сгорания дизельного топлива.

- КПД котла

.

Расчет и выбор вспомогательных механизмов и оборудования систем СЭУ

Система сжатого воздуха

 

Система предназначена для пуска главных и вспомогательных двигателей, работы пневматических систем автоматики и управления, работы приборов звуковой сигнализации, продувки кингстонов, работы пневматического инструмента и других общесудовых и специальных нужд.

Система состоит из компрессоров (в них получают сжатый воздух), баллонов, воздухохранителей, водо- и маслоотделителей (в них очищают воздух), трубопроводов и арматуры.

В соответствии с Правилами [5] на судне устанавливается два компрессора: навесной (с приводом от ГД) и автономный с приводом от электродвигателя.

Пуск дизеля производится сжатым воздухом с давлением 2,5 ¸ 3 МПа (для СОД). Запас сжатого воздуха в баллонах должен обеспечивать не менее 6 пусков. Число баллонов не менее двух с равной емкостью.

Суммарная емкость пусковых баллонов для главных двигателей определяется по формуле:

, м³,

     где  - удельный расход воздуха на 1м³ объёма цилиндра двигателя;

, м³ - рабочий объём цилиндра двигателя;

 - диаметр цилиндра двигателя;

 - ход поршня;

,

- число цилиндров двигателя;

- число двигателей;

- число последовательных пусков;

- давление окружающей среды;

- давление в баллонах для ВОД;

- минимальное давление, при котором возможен запуск ГД для ВОД,

.

Принимаем два баллона для пуска главных двигателей ёмкостью по 0,5м³.

Объём тифонных баллонов определяется по формуле:

, м³,

     где  - расход свободного воздуха тифоном;

         - время подачи сигнала;

      - начальное давление в тифонном баллоне;

      - минимальное давление в тифонном баллоне,

.

где V_∑=2,4+0,216=2,616  м³- суммарный объем пусковых баллонов главных двигателей,

Подача компрессоров определяется из условия заполнения пусковых баллонов в течение 1 часа от P_min до рабочего давления. 

Q_k = V_Σ^.( P- P_min), м³/ч

где: V_Σ=1,4  м³ - суммарный объем пусковых баллонов главных двигателей,

Q_k = 2,616^.(3 – 1,2)= 4,70 м³/ч

 

 

Система охлаждения

 

Система предназначена для охлаждения двигателей и отвода теплоты от рабочих жидкостей: масла, воды.

Состав системы: насосы (обеспечивают циркуляцию воды в системе), охладители (для отвода теплоты в воду), расширительные цистерны (для компенсации объема и удаления воздуха из системы), терморегуляторы (поддерживают температуру воды и охлаждающей жидкости), трубопроводы.

Тип системы охлаждения - двухконтурная замкнутая.

Подача насоса пресной воды определяется по формуле:

,м³/ч,

  где  - коэффициент запаса подачи;

     - доля теплоты, отводимая пресной водой;

       

    - низшая рабочая теплота сгорания топлива;

    - плотность воды;

    - теплоемкость пресной воды;

   - разность температур на входе и выходе из двигателя;

     - удельный расход топлива ГД;

     - мощность ГД,

.

Подача насоса забортной воды:

, м³/ч,

    где - коэффициент запаса, учитывающий расход забортной воды на охлаждение компрессора, дейдвуда и т.д;

- доля теплоты, отводимая пресной водой;

    - доля теплоты, отводимая с маслом;

   - перепад температуры забортной воды;

 - теплоемкость забортной воды,

С целью унификации насосы пресной и забортной воды приняты с одинаковой подачей. Необходимое давление насосов должен быть не менее 0,3 МПа.

 

 

Мощность, потребляемая насосом, равна:

,кВт,

       где  - коэффициент запаса мощности;

- подача насоса;

- Давление насоса;

-КПД насоса,

.

   Поверхность охлаждения холодильника системы охлаждения определяется по формуле:

,

  где  - общий коэффициент теплопередачи;

 - средняя разность температур:

,⁰С,

    где  - температура пресной воды на выходе двигателя для ВОД;

      - температура пресной воды за холодильником;

      - температура забортной воды перед водяным холодильником;

      - температура забортной воды после водяного холодильника;

.

Тогда:

.

 

Система масла

 

Масляная система обеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям для уменьшения их трения и для отвода теплоты, выделяющейся при трении.

В состав оборудования входят расходные, циркуляционные масляные цистерны, насосы, сепараторы, цистерны отработанного масла, холодильники, фильтры, терморегуляторы и др. Тип системы смазки - с “мокрым”  картером.

Суммарное количество масла в системе 3500 кг, срок службы масла в главных двигателях и вспомогательных дизелях составляет 110 ч.

По назначению масляные насосы разделяются на перекачивающие, циркуляционные (нагнетательные и откачивающие) и прокачивающие. Выбор перекачивающего насоса производят исходя из необходимого времени перекачки требуемого объема масла.

  Подача перекачивающего насоса определяется по формуле:

, м³/ч,

  где - объём масла в циркуляционной системе;

- время перекачки;

- коэффициент запаса,

.

 Количество отводимой теплоты определяется по формуле:

 кДж/ч,

         где - доля теплоты, отводимая с маслом,

                

      где - плотность масла;

          - теплоёмкость масла;

         - коэффициент запаса по подаче;

        - температурный перепад в холодильнике масла

 

Мощность, потребляемая насосом:

, кВт,

         где - коэффициент запаса мощности;

           - давление насоса;

            - КПД насоса,

.

Для очистки масла в систему включен сепаратор.

Производительность сепаратора определяется по формуле:

,м³/ч,

       где  - время прокачки,

.

Поверхность охлаждения холодильника системы масла определяется по формуле:

,

      где  - общий коэффициент теплопередачи;

         - средняя разность температур:

,⁰С,

      где  - температура масла перед холодильником;

         - температура масла за холодильником;

        - температура забортной воды перед холодильником;

        - температура забортной воды после холодильника,

.

 

Тогда:

.

 

Общее количество масла в картерах главных и вспомогательных двигателей оценивается по уравнению:

,т,

   где  - плотность масла;

- коэффициент мёртвого запаса;

- количество ГД;

- количество ДГ;

- ёмкость маслосборника ГД;

;

 - мощность ДГ;

 - ёмкость маслосборника ДГ;

,

.

 Объём сточно-циркуляционной цистерны определяется по формуле:

, м³,

   где - подача циркуляционного насоса;

- кратность циркуляции масла для СОД;

- коэффициент, учитывающий мёртвый запас,

.

Объём цистерн сепарированного масла для одного ГД:

,

.

 

 

Система топлива

 

Система предназначена для приема, хранения, перекачки, подогрева, очистки и подачи распыленного топлива в цилиндры дизеля.

Система низкого давления (для подготовки и подачи топлива к системе высокого давления). Система включает в себя насосы, фильтры, сепаратор, подогреватели, цистерны и топливопроводы.

Система высокого давления (для впрыскивания топлива в камеру сгорания). Система включает в себя топливный насос высокого давления ТНВД и форсунку, соединенные между собой топливопроводом высокого давления.

Подачу топливоперекачивающих насосов определяем по формуле:

, м³/ч,

         где  - удельный расход топлива ГД;

      

   - мощность ГД;

 - плотность топлива;

 - время перекачки топлива,

.

Для подачи топлива из цистерны основного запаса в расходную установлен дежурный насос, подача которого определяется из условия заполнения расходной цистерны за 25 минут:

 , м³/ч,

            где  м³ - объём расходной цистерны из условия хранения 10-ти    часового расхода дизельного топлива;

             - коэффициент, учитывающий мёртвый запас;

               - количество ГД;

               - плотность топлива;

                - мощность ГД,

,

.

Целесообразно установить отдельные расходные цистерны на ГД, на вспомогательные двигатели и автономный котел.

Объём расходной цистерны для вспомогательных двигателей из условия обеспечения их работы в течение 4 часов определяется по формуле:

, м³,

       где  - число дизель - генераторов;

  - удельный расход топлива ДГ;

 - мощность ДГ,

.

Объём расходной цистерны для автономного котла из условия обеспечения их работы в течение 4 часов определяется по формуле:

, м³,

  где - число автономных котлов;

- часовой расход топлива автономным котлом,

.

Производительность установленного для очистки топлива сепаратора определяется из условия очистки суточного расхода топлива за 10 часов:

.

 

 

Система газовыпуска

 

Система обеспечивает рациональный отвод в атмосферу выпускных газов от главных и вспомогательных дизелей, котлов и камбуза. Под рациональным отводом понимается такая организация газовыпуска, которая способствует:

- максимальному использованию энергии рабочего тела в цилиндрах и вне их;

- качественной очистке и наполнению цилиндров;

- минимальному воздействию вредных отработавших газов на среду обитания.

Состав системы:

- выпускные коллекторы, предназначенные для отвода из цилиндров отработавших газов;

- глушители шума;

- искрогасители;

- трубопроводы с малым сопротивлением выходу отработавших газов.

Каждый главный двигатель, вспомогательный двигатель и автономный котёл оборудуются самостоятельными трубопроводами, которые выводятся на палубу в общий кожух-трубу.

Газовыпускной трубопровод изготавливается из круглых стальных бесшовных труб стандартного размера. Для удобства монтажа трубопровод делается составным из труб длинной не более 3-5 м. Трубы соединяются фланцами, между которыми для обеспечения герметизации стыков устанавливаются прокладки из материала, стойкого при высоких температурах.

Для уменьшения тепловыделений в машинное отделение трубы покрываются изоляцией, обеспечивающей температуру на их поверхностях не выше 55⁰С.

 Газовыпускные трубы присоединяются к выпускным коллекторам дизелей.

Для снижения уровня звукового давления на газовыпускных трубопроводах устанавливают глушители.

Газовыпускные трубопроводы главных и вспомогательных дизелей покрыты изоляцией.

Площадь проходного сечения трубопровода для главных и вспомогательных двигателей определяется по формуле:

, м²,

  где - коэффициент избытка воздуха при горении для ВОД;

- количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1кг топлива;

-газовая постоянная продуктов сгорания;

- температура газов за двигателем;

- температура газов за дизель-генератором;

- допускаемая скорость движения газов для четырёхтактных двигателей;

- давление газа в выпускном коллекторе,

 

,

.

Площадь проходного сечения трубопровода для автономных котлов:

, м²,

   где - коэффициент избытка воздуха при горении для котла;

    - часовой расход топлива автономным котлом;

    - температура газов за автономным котлом;

     - допускаемая скорость движения газов для автономных котлов,

.