1.3 Тепловой баланс двс

Тепловой баланс ДВС имеет вид:

_или

где - теплота, выделившаяся при сгорании топлива, кВт;

- расход топлива, кг/час;

- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

- эффективная мощность двигателя – это мощность, измеряемая на выходном фланце коленчатого вала, для дизельредукторных агрегатов (ДРА) эффективная мощность измеряется на выходном фланце редуктора, кВт;

- сумма потерь теплоты, раздельно для каждого вида потерь, кВт.

Двигатели внутреннего сгорания относятся к числу наиболее экономичных двигателей. КПД лучших образцов ДВС достигает 50—51 %, однако и в них теряется значительное количество теп­лоты: около 30—40 % с выпускными газами, 10—20 % с охлаждающими средами (вода, масло).

На рисунке 1 представлена типовая диаграмма теплового ба­ланса судовых ДВС. Все потоки энергии выражены в процентах, причем за 100 % принята химическая энергия сжигаемого топлива q_т.

Рисунок 1 — Типовая диаграмма теплового баланса судовых ДВС

Полезная работа — q_пол характеризуется эффективным КПД двигателя – η_е.

К потерям энергии относятся:

q_н — теплота, рас­сеиваемая двигателем в окружающую среду и неучтенные потери;

q_M — теплота, отводимая с охлаждающим маслом;

q_вод — теплота, отводимая от двигателя с охлаждающей водой;

q_в — теплота, отбираемая от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, данный вид потерь имеет существенное значение и учитывается при высоких степенях наддува;

q_вг — теплота, отводимая с выпускными газами двигателя.

Большие значения КПД – для ДВС большей мощности, меньшие для ДВС небольшой мощности. При мощности ДВС менее 200 кВт, нижнее значение КПД может уменьшиться на 5%.

Анализируя диаграмму можно сделать несколько выводов:

1. Наибольшие потери – это потери с выхлопными газами, далее, по степени убывания, идут потери с охлаждающей водой, потери теплоты, отбираемые от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, потери теплоты, отводимые с охлаждающим маслом, потери теплоты, рассеиваемые двигателем в окружающую среду и прочие неучтенные потери.

2. Наибольшие потери – это потери с выхлопными газами, далее, по степени убывания, идут потери с охлаждающей водой, потери теплоты, отбираемые от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, потери теплоты, отводимые с охлаждающим маслом, потери теплоты, рассеиваемые двигателем в окружающую среду и прочие неучтенные потери.

3. Тепловой баланс дизеля зависит от его типа. При этом принята следующая классификация дизелей по частоте вращения n об/мин:

малооборотные дизеля (МОД) n = 90…300 об/мин;

среднеоборотные дизеля (СОД) n = 300…1000 об/мин;

высокооборотные дизеля (ВОД) n≥ 1000 об/мин.

4. Наибольший КПД и соответственно наименьший удельный расход топлива, у МОД, наибольший – у ВОД.

1.4 Тепловой баланс судовых котлов

Котлы (парогенераторы) относятся к наиболее совершенным преобразователям энергии. Их КПД составляет в среднем 80… 95%.

Котлы подразделяются:

по назначению - главные, вырабатывающие пар для главных двигателей и других потребителей; вспомогательные, обеспечивающие всех судовых потребителей (кроме главных двигателей) паром или горячей водой. В отдельных случаях, как например, на супертанкерах типа «Крым», вспомогательные котлы могут обеспечивать паром и главные турбины при внештатных режимах работы судна;

по роду производимого теплоносителя - производящие пар (перегретый, охлажденный, насыщенный); производящие горячую воду (водогрейные котлы);

по роду используемого топлива - использующие жидкое топливо (мазут или дизельное); газообразное топливо (метан); твердое топливо (каменный уголь);

- и т.д.

К отдельной группе относят вспомогательные утилизационные котлы, не имеющие топки и использующие теплоту уходящих газов ДВС или газовых турбин средней и большой мощности.

Тепловой баланс котлов имеет вид:

_или

_{для парогенераторов}

_{для водогрейных котлов:}

где - химическая теплота, выделившаяся при сгорании топлива, кВт;

- полезная работа, определяемая количеством и качеством вырабатываемого теплоносителя (пара или воды), кВт;

- расход топлива, кг/час;

- низшая теплота сгорания топлива, кДж/час;

паропроизводительность котла по перегретому, охлажденному и насыщенному пару, кг/час;

энтальпия перегретого, охлажденного, насыщенного пара, питательной, горячей, продувочной воды соответственно, кДж/кг;

- потери с продувочной водой, кг/час. Для водогрейных котлов и котлов, производящих только насыщенный пар в данных расчетах не учитываются;

- сумма потерь теплоты, раздельно для каждого вида потерь, кВт.

Рисунок 2 - Диаграмма теплового баланса для котлов различного назначения

На рис. 2 показана диаграмма теплового ба­ланса для котлов различного назначения.

Все потоки энергии выражены в процентах, причем за 100 % принята химическая энергия сжигаемого топлива q_т.

Полезная работа — q_пол, характеризуется КПД котла – η_к.

К потерям энергии относятся:

q₅ — потери тепла в окружающую среду и неучтенные потери;

q₄ — потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, для котлов на жидком топливе принимаются равным нулю;

q₃ — потери тепла от химической неполноты сгорания топлива;

q₂ — потери тепла с уходящими газами.

Анализируя диаграмму можно сделать несколько выводов:

1. Наибольшие потери – это потери с уходящими газами.

2. Тепловой баланс котла зависит от его типа. Главные котлы имеют большой КПД, т.к. на них установлено предельно развитое хвостовое хозяйство – многосекционные экономайзеры и воздухоподогреватели, а также применены другие конструктивные усовершенствования.

Тепловой баланс пароперегревателей, имеющих собственную топку, имеет вид аналогичный рисунок 2 и рассчитывается аналогично.

Тепловой баланс утилизационных котлов (УК) рассчитывается аналогично расчету теплообменных аппаратов, что изложено далее.