1539

Розробка теплової схеми установки

Контрольная

Производство и промышленные технологии

Допоміжна котельна та опріснювальна установки. Вибір кількості та типів генераторів та приводів. Розробка теплової схеми установки. Вибір і обґрунтування параметрів робочого тіла. Розрахунок теплової схеми на режимі повного ходу.

Украинкский

2013-01-06

115 KB

8 чел.

  Розробка теплової схеми установки

1. Допоміжна котельна та опріснювальна установки

Для забезпечення господарсько-побутових потреб судна (системи опалення, камбуз, душові, пральні та ін.), а також для роботи підігрівачів різного призначення (систем обігріву кінгстонів, донної та забортної арматури, систем підігріву важкого палива та ін.) потрібен пар низьких параметрів або гаряча вода. Для задоволення цих потреб на стоянці використовується комбінований котел, а при переходах - комбінований котел в утилізаційному режиму.

Основними загальними вимогами, які висуваються перед допоміжними установками, є такі:

можливе більш повне використання підведеної теплоти;

малі габарити та маса;

безвідмовність роботи на будь-якому режимі;

висока маневреність, тобто швидкість введення допоміжної установки в дію та перехід з одного навантаження на інше;

простота конструкції, зручність обслуговування та ремонту;

можливість комплексної автоматизації;

низька вартість виготовлення.

Витрати пари на споживачів, що обслуговують енергетичну установку, виробничі, господарсько-побутові та загальносуднові потреби приведені в таблиці 1.

Як ми можемо бачити з таблиці 1 комбінований котел продуктивністю

5000 кг/год у змозі повністю задовольнити потреби суднових споживачів у парі.

Враховуючи те, що в процесі проектування склад енергетичної установки не зазнав значних змін, є можливість залишити допоміжну паровиробничу установку без змін.

Потреба прісної води на судні дуже велика. Опріснена вода може використовуватись для побутових потреб, потреб СЕУ, а також для технологічних цілей. В умовах досить тривалих рейсів морських транспортних суден загальний запас прісної води склав би значну частину їх вантажопідйомності.

Тому прісну воду як для технічних, так і для побутових потреб під час рейсу отримують шляхом випаровування морської води в спеціальних випарних установках.

Опріснювальна установка, що встановлена на серійному судні здатна повністю задовольнити потреби у прісній воді для судна, що проектується тому що, як вже було зазначено вище, в процесі проектування склад енергетичної установки не зазнав значних змін.

2. Суднова електростанція

Суднова електростанція генерує електричну енергію необхідних параметрів і розподіляє її між судновими споживачами у відповідності з режимами роботи судна. Вона повинна забезпечувати безперервне постачання електроенергією високої якості всіх відповідальних споживачів на всіх режимах роботи судна, а також задовольняти таким вимогам: простота, зручність під час обслуговування та висока надійність при мінімально можливих початковій вартості, масі та експлуатаційних витратах.

Аварійний дизель-генератор повинен бути автономним із запасом палива не менше, ніж на шість годин роботи.

Визначенню складу електростанції під час проектування передує детальний аналіз її експлуатаційних режимів, навантаження та техніко-економічних показників. Найкращі експлуатаційні та техніко-економічні показники СЕС отримуються при комплектації її однотипними генераторами.

2.1. Розрахунок суднової електростанції

Розрахунок СЕС виконується в табличній формі для основних режимів експлуатації:

ходовий режим;

стояночний режим;

маневрений режим;

ходовий аварійний режим;

• аварійний режим.

Складається таблиця навантажень СЕС, в якій всі споживачі електроенергії поділяються на наступні групи:

палубні механізми;

механізми машинного відділення;

механізми трубопроводів;

механізми суднових систем;

побутові споживачі;

суднове освітлення;

радіозв’язок та навігація;

автоматика.

Всі споживачі в групах розподіляються на підгрупи:

Б – безперервно працюючі споживачі;

П – періодично працюючі споживачі;

Е – епізодично працюючі споживачі.

В розрахунку прийняті наступні визначення і скорочення:

РС – режим роботи споживачів;

Рн.в. – встановлена потужність;

η – коефіцієнт корисної дії;

Рн.с.= Рн.в./η – номінальна споживана потужність;

n – кількість споживачів;

КЗ – коефіцієнт завантаження електродвигуна;

Р = n · Рн.с · КЗ – споживана потужність.

2.2. Вибір кількості та типів генераторів та приводів

Основні вимоги при комплектації СЕС зводяться до наступного [ ]:

  1.  Електрогенератори по можливості повинні бути одного типу.
  2.  Завантаження генераторів на всіх режимах повинне бути не менше 5560% номінальної потужності.
  3.  На кожному режимі (крім аварійного) в резерві повинні знаходитись

не менше одного генератора, рівному по потужності тим, які працюють.

В таблиці 2 наведено розрахунок споживачів електроенергії на судні.

Під час вибору кількості ДГ та їх потужності слід прагнути до того, щоб в ходовому режимі працював лише один дизель-генератор, так як це значно спрощує керування, регулювання СЕС та підвищує її економічність. Як правило, на нових вантажних транспортних суднах з ГФК, до яких відноситься і даний балкер, встановлюють два-три ДГ.

На підставі визначених табличним методом витрат електроенергії на режимах роботи судна, а також з наведеного вище здійснений вибір кількості та типів генераторів. Як основні джерела електроенергії вибрані три дизель-генератори типу 6L20 фірми "Wartsila" потужністю 3975 кВт, які працюють на легкому дизельному паливі (газойлі).

Фірма " Wartsila " - одна із провідних виробників дизельних двигунів, які відзначаються досить високою надійністю та економічністю, а також потребують мінімального обслуговування. Вся машинна продукція фірми ґрунтується на модульному підході, де вузли типу головки циліндрів, циліндри та поршні використовуються в широкому різновиді машинних моделей. Це приносить багато переваг, так як обслуговування вузлів більш просте, що, в свою чергу, гарантує мінімально коротку бездіяльність дизелів.

Всі двигуни " Wartsila " оснащені двохступеневим очищенням змащувального масла, що є рішучим фактором в забезпеченні досить тривалої експлуатації дизельних двигунів.

Характеристики генератора та привода:

кількість циліндрів – 6

номінальне число обертів, об/хв – 900

потужність двигуна, кВт – 1020

потужність генератора, кВт – 975

питома витрата палива, г/кВт·год – 189

рід струму – змінний

напруга, В – 400

частота струму, Гц – 50

коефіцієнт потужності генератора (cos ) – 0,8

ККД генератора – 0,96

Як аварійне джерело електроенергії обраний дизель-генератор. Вихідна потужність генератора складає 216 кВт при 1800 хв-1 (400 В, 50 Гц, cos = 0,8). Потужність двигуна приводу 240 кВт та питомою витратою палива 204 г/(кВт·год). Аварійна генераторна установка розташовується на палубі юта. Дизель запускається електричним стартером автоматично та підключається до своєї електричної шини у випадку, коли не може запуститись головна генераторна установка. Охолоджується дизельний двигун за допомогою радіаторної системи. Цей тип охолодження використовують для більшої надійності, оскільки АДГ розташовується вище палуби водонепроникних перегородок. В них масло та охолоджуюча двигун вода віддає теплоту навколишньому повітрю, в радіаторі, що знаходиться поблизу двигуна.

До числа споживачів аварійного ДГ відносяться: аварійне (внутрішнє та зовнішнє) освітлення, радіонавігаційні прилади та зв'язок, рульові машини, пожежний та осушувальний насоси. Аварійний дизель-генератор має бути повністю автономним з запасом палива не менше ніж на 6 годин роботи; його потужність повинна забезпечувати живлення вищевказаних споживачів. В доповнення до АДГ передбачаються акумуляторна батарея з ємністю, достатньою для живлення тих же споживачів протягом 30 хвилин.

3. Розробка теплової схеми установки

Турбокомпресор нагнітає повітря в головний двигун (ГД) через охолоджувач наддувочного повітря (ОНП). ОНП зроблено двосекційним. Перша високотемпературна секція охолоджується живильною водою, що надходить у сепаратор комбінованого котла. Друга секція охолоджується забортною водою до необхідної температури.

Система охолодження головного двигуна забезпечує автоматичну підтримку заданої температури води на вході в ГД. Циркуляцію води в опріснювальній установці забезпечує циркуляційний насос прісної води. Вода із системи охолодження дизеля циркулює у міжтрубному просторі випарника і віддає теплоту забортній воді, що випаровується усередині трубок. Пароповітряна суміш з конденсатора і розсіл з випарника віддаляються за борт за допомогою розсільно-повітряного ежектора. Дистилят з конденсатора за допомогою насосу надходить у збірний бак. З бака дистилят через датчик солімеру подається до електромагнітного клапана, що у залежності від солоності води направляє її в цистерну прісної води чи повертає у випарник.

Охолодження води після водоопріснювальної установки забезпечується у водоохолоджувачі за допомогою забортної води.

Змащення дизеля здійснюється за допомогою масляного насоса. Охолодження масла забезпечується забортною водою. У масляній системі передбачене автоматичне регулювання температури.

Паливна система оснащена регулятором в'язкості. У цій системі автоматизований весь процес паливопідготовки, поповнення паливних видаткових і відстійних цистерн із сигналізацією про граничні рівні; видалення палива із сепараторів і очищення фільтрів механізоване.

Циркуляція робочих середовищ у допоміжних дизель-генераторах здійснюється за допомогою навішаних насосів прісної води й масла. Забезпечується автоматична підтримка частоти обертання вала, температури води й масла.

Випускні гази ГД із турбіни направляються в атмосферу через утилізаційну частину комбінованого котла (КК). Живильним насосом вода з теплого ящика, проходячи через фільтр і ОНП, подається в сепаратор пари, де змішується з відсепарованим конденсатом.

Із сепаратора води циркуляційним насосом вода подається в економайзер утилізаційної частини КК, а з економайзера в секцію випарної поверхні нагрівання, де вона частково випаровується. Після цього з випарника утилізаційної частини КК пароводяна суміш повертається в сепаратор, де відбувається відділення пари. Пара направляється до загальносуднових споживачів. Від суднових споживачів пара, що відробила, надходить у конденсатор, вода надходить по магістралі в теплий ящик.

Системи КК автоматично підтримують тиск пари, рівень води в теплому ящику й у сепараторі КК, температуру палива перед форсунками.

Робота КК цілком автоматизована: автоматизований пуск і зупинка паливного насоса, живильного насоса, продувка паливного і газового тракту, включення і вимикання запального пристрою.

3.1. Вибір і обґрунтування параметрів робочого тіла

В енергетичній установці з довгоходовими двотактними двигунами, що характеризуються низькою температурою випускних газів (tвг=250 °С), навіть при потужностях 19,62 МВт одержати перегріту пару в кількості і з параметрами необхідними для роботи утилізаційного турбогенератора (УТГ), у широкому діапазоні експлуатаційних навантажень, дуже складно. У таких установках застосовують комплексну систему утилізації, що використовує теплоту газів, що відходять від наддувочного повітря й охолоджуючої води. При високих значеннях тиску наддуву (рк=0,3 МПа) у таких двигунах можна одержати достатньо високу температуру повітря за компресором, і використовувати його для попереднього нагрівання води, що надходять в сепаратор КК чи для потреб суднових споживачів.

Щоб використовувати теплоту наддувочного повітря, ОНП виконують багатосекційним. При цьому одна чи дві секції ОНП, що називаються високотемпературними, охолоджуються прісною водою, а інші - забортною водою до необхідної температури.

У даній схемі розроблена комплексна утилізація теплоти випускних газів, наддувочного повітря й охолоджуючої води для двигуна 6S70ME-С8 потужністю Ne=19620 кВт.

У систему утилізації включено двосекційний ОНП. У його першій секції тече прісна вода під тиском, з температурою t=60 °C (надходить з теплого ящика tтя=60 °С). Температура води на виході складає =90 °С. Нагріта в такий спосіб вода надходить у сепаратор комбінованого котла. В другій секції наддувочне повітря охолоджується забортною водою до температури =50 °С.

Розрахунок виконаємо при умовах =35 °C; =30 °C.

Випускні гази після розширення в турбіні з =250 °C надходять в утилізаційну частину комбінованого котла. Пара надходить через сепаратор до споживачів.

Температура газів на виході з утилізаційної частини КК складає 190 °С, що задовольняє вимогам які виключають низькотемпературну корозію, що можлива при температурі газів близько 160 °С.

Широке застосування одержує утилізація теплоти прісної води, що охолоджує ГД. Двигун охолоджується прісною водою. Температура охолоджуючої води на виході з двигуна складає =70 °С, (що виключає можливість скипання води при розгерметизації), перепад температур у водяному охолоджувачі для МОД складає =10 °С, тобто температура води на вході в ГД =60 °С.

Напір масляного насоса маслоохолоджувача приймають у залежності від схеми змащення ДВЗ у межах 0,18.. .0,3 МПа.

Масло сепарують при температурах 40...70 °С, для чого використовують підігрівач. Підігрів повинний забезпечити в'язкість масла не більше 5 ВУ(30...45 сСт). Температура масла на виході з двигуна для МОД складає =50 °C.

На сучасних транспортних судах для теплообмінних апаратів використовується насичена пара низького тиску, що має більш високий коефіцієнт тепловіддачі, чим перегріта пара.

Необхідна паропродуктивність допоміжної парогенераторної установки на різних режимах роботи судна визначається підсумовуванням витрати пари всіма споживачами.

3.2. Розрахунок теплової схеми на режимі повного ходу

Головний двигун

  •  ефективна потужність    = 18640 кВт
  •  частота обертання    nгд = 89,2 хв-1
  •  питома витрата палива = 0,1687 кг/(кВт·год)
  •  ступінь підвищення тиску повітря в компресорі

наддувного агрегату ДВЗ к = 4,2

  •  коефіцієнт корисної дії надувного компресору к = 0,80
  •  сумарний коефіцієнт надлишку повітря  = 2,3
  •  температура газів перед утилізаційною частиною КК = 523 К
  •  температура повітря на вході в наддувний компресор Tп = 318 К
  •  нижча теплота згоряння палива  =42700 кДж/кг

Теплота, що виділилась при спалюванні пального, кВт,

= ge Ne =0,1687·18640·42700/3600 = 37298 кВт,

Gпал= ge Ne = 0,1687·18640/3600 = 0,873 кг/с,

Теплота, що втрачається з відпрацьованими газами:

= 29,60·1,096·523 – 28,73·1,015·318 = 7694 кВт,

Gг, Gп – кількість відпрацьованих газів та повітря двигуна

=2,3·14,3·0,1687·18640/3600 = 28,73 кг/с,

= 0,1687·18640·(1+2,3·14,3)/3600=29,60 кг/с

Теплоємності відпрацьованих газів та повітря відповідно [ ]

кДж/(кг·К)

кДж/(кг·К)

cpп = 1,015 кДж/(кг К) cpг =1,096 кДж/(кг К);

Теплота, що відбирається від наддувного повітря

=28,73·1,015·(518-318)=5832 кВт

Tk – температура повітря після наддувного компресора

=318· [1+(4,20,286–1)/0,8]=518 K

T – підвищення температури в дійсному процесі стиснення повітря в

компресорі ТНА

,

де к =0,8– коефіцієнт корисної дії (ККД) компресору ТНА.

Втрати теплоти від розсіювання до навколишнього середовища є залишковим членом балансу і складають 1,5 – 2 % від Qпал.

Теплота, що втрачається з охолоджуючою прісною водою та з маслом у вузлах тертя відповідно:

= Gпр.в cпр.в Tпр.в ,

= Gм cм Tм ,

Gпр.в – витрати прісної води ОПВ, кг/с,

– масла через ОМ, кг/с,

Tпр.в – перепади температур прісної води на вході та виході відповідного теплообмінного аппарату = 10°С.

– перепади температур масла на вході та виході відповідного теплообмінного аппарату = 7°С,

= 0,085 = 0,085·37298 = 3170 кВт

=0,035 = 0,035·37298 = 1305 кВт

Зробимо перевірку рівняння теплового балансу для головного двигуна

Qпал =Ne+ Qг + Qм, + Qпр.в + Qнп + Qзал,

37298 = 18640+7694+1305+3170+5832+560

Нев’язка балансу складає 0,26 %, допустимий небаланс – ±0,5%.

Таблиця. Складові теплового балансу двигуна

Найменування складових теплового балансу

Значення , кВт

1

37298

1,000

2

18640

0,500

3

7694

0,206

4

5832

0,156

5

3170

0,085

6

1305

0,035

7

560

0,015

3.3. До складу ТС входять наступні елементи:

1 – опріснювальна установка (ОУ);

1.1 – конденсатор ОУ;

1.2 – випарник ОУ;

1.3 – збірник конденсату ОУ;

1.4 – дистилятний насос ОУ;

1.5 – регулятор рівня;

1.6 – датчик солеміру дистиляту;

1.7 – електромагнітний клапан;

2 – конденсатний насос ОУ;

3 – циркуляційний насос забортної води;

4 – ежектори водоструминні;

5 – циркуляційний насос охолоджувальної води;

6 – охолоджувач прісної води;

7 – охолоджувач масла стернової машини (ОМСМ);

8 – розширювальна цистерна ДГ;

9 – деаератор ДГ;

10 – масляний насос ДГ;

11 – маслоохолоджувач ДГ;

12 – турбокомпресор ДГ;

13 – охолоджувач надувного повітря ДГ;

14 – дизель-генератор;

15 – сепаратор пари КК;

16 – циркуляційний насос КК;

17 – комбінований котел;

18,19 – конденсатовідвідчик;

20 – охолоджувач «чистих» конденсатів;

21 – охолоджувач «брудних» конденсатів;

22 – конденсатно - збірна цистерна;

23 – теплий ящик;

24 – цистерна збірна котлової води;

25 – цистерна дистиляту;

26 – підігрівач масла ГД;

27 – турбокомпресор ГД;

28 – охолоджувач надувного повітря прісною водою;

29 – охолоджувач надувного повітря забортною водою;

30 – охолоджувач циркуляційного масла;

31 – масляний насос ГД;

32 – головний двигун;

32.1 – ресивер вихлопних газів ГД;

33 – розширювальна цистерна ГД;

34 – деаератор;

35 – циркуляційний насос ГД;

36 – охолоджувач прісної води ГД;

37 – підігрівач прісної води;

38 – конденсатор холодильної машини провізійної камери (КХМПК).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80762. Object of the Theory of Grammar. Its place among Other Linguistic Sciences 29.78 KB
  Language is social by nature: it is inseparably connected with the people who are its creators users. L. consists of three parts (sides): the phonological system, the lexical system, the grammatical system; without any one of them three is no human L. in the above sense.
80763. DISTINCTIVE LINGUISTIC FEATURES OF THE MAJOR FUNCTIONAL STYLES OF ENGLISH 26.76 KB
  A functional style of language is a system of interrilated language means which serve a definite in communication. The english literary standard we distinguish the following major functional styles: the language of belles-letters, the languge publicistic literaeture, the language of newspapers...
80764. Право граждан на благоприятную окружающую среду 31.86 KB
  Право на жизнь объединяет с правом на благоприятную окружающую среду то что первое несомненно связано с состоянием окружающей среды в которой проживает человек. По оценкам Всемирной организации здравоохранения состояние здоровья человека до 80 определяется условиями среды его обитания. Есть основания предположить что годы жизни укорочены наряду с другими причинами изза деградации окружающей среды. В той части в какой право на жизнь связано с охраной природной среды оно может защищаться способами и средствами предусмотренными...
80765. Право на достоверную информацию о состоянии окружающую среду. Источники экологической информации 33.31 KB
  Источники экологической информации. ФЗ Об информации информационных технологиях и защите информации предусматривает защиту прав граждан на экологическую информацию в том числе сведения о последствиях аварий и катастроф информацию о безопасности населенных пунктов. Подобная информация не может составлять государственную тайну доступ к данной информации не может быть ограничен. Одним из критериев такой информации является ее достоверность.
80766. Права общественных формирований в области охраны окружающей среды 31.04 KB
  Полномочия общественных экологических объединений в области охраны окружающей природной среды предусмотрены рядом законодательных актов. Федерального закона Об охране окружающей среды. Одним из примеров реализации прав общественных объединений в области охраны окружающей среды может служить опротестование Российским социально-экологическим союзом в Вологодском областном арбитражном суде решения вологодских властей о строительстве на территории Национального природно-исторического парка Русский Север образованного Правительством РФ в...
80767. Право собственности на природные объекты: понятие, виды, объекты и субъекты, основания возникновения 30.39 KB
  Земля и другие природные ресурсы могут находиться в частной государственной муниципальной и иных формах собственности. Земли которые не находятся в собственности граждан юридических лиц или муниципальных образований представляют собой государственную собственность. Право собственности на природные ресурсы – возможность владения пользования и распоряжения данными природными ресурсами.
80768. Право природопользования: понятие, содержание и виды 35.24 KB
  Позитивное природопользование классифицируется по объекту природопользования на землепользование водопользование пользование лесами недрами и животным миром. Право природопользования понимается в двух значениях. В объективном смысле право природопользования это совокупность правовых норм регулирующих отношения по поводу использования и охраны природных ресурсов.
80769. Право общего природопользования 34.47 KB
  При этом однако в ряде случаев устанавливаются пределы и условия общего пользования природными ресурсами. Однако в составе земель поселений выделяются рекреационные территориальные зоны на которых осуществляется право общего землепользования. Землями общего пользования в значительной степени являются земли лесного фонда правовой режим которых определяется земельным законодательством.
80770. Право специального природопользования: основания возникновения и прекращения 31.45 KB
  Формы специального природопользования: комплексное природопользование; специальное пользование водами недрами объектами животного мира другими природными ресурсами. Необходимость введения комплексного природопользования обусловлена тем что нередко при предоставлении одного природного ресурса в пользование используются в большей или меньшей степени другие ресурсы либо на них оказывается воздействие. Право специального природопользования возникает на основании разрешений лицензий договоров оформляемых в рамках определенных в...