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

85384. Система наблюдения и контроля атмосферного воздуха ОГСНКа 34 KB
  В России существует сеть станций которая ведет наблюдения за содержанием загрязняющих веществ в атмосфере. Обычно на каждом посту измеряется до 8 загрязняющих веществ но учитывая что каждый промышленный центр имеет свою экологическую специфику и набор 3В возможно измерение до 80 компонентов. Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Помимо наблюдений в городах ведутся наблюдения за пределами урбанизированных...
85385. Средства контроля воздушных и других газообразных сред 81 KB
  Отбор проб воздуха. Средства контроля подразделяют на: системы комплексы приборы другие технические средства контроля загрязнения ТСКЗ воздушного бассейна с группировкой их по особенностям анализируемой воздушной среды следующим образом: ТСКЗ атмосферы ТСКЗ воздуха населенных мест и жилых помещений ТСКЗ воздуха рабочей зоны и производственных помещений ТСКЗ выбросов и паро воздушных смесей поступающих в атмосферу. Они могут быть сгруппированы следующим образом: промышленные газоанализаторы более 60 40 анализаторы...
85386. Экологический мониторинг поверхностных водных объектов 78.5 KB
  Программа ГСМОС Вода включает 7 основных пунктов: создание всемирной сети станций мониторинга; разработка единой методики отбора и анализа проб воды; осуществление контроля за точностью данных; использование современных систем хранения и распространения информации; организация повышения квалификации для специалистов; подготовка методических справочников; обеспечение необходимым оборудованием в отдельных случаях. Основные задачи систематических наблюдений за качеством поверхностных вод в системе ОГСНК можно сформулировать следующим образом:...
85387. Отбор проб воды. Методы анализа водных сред 47.5 KB
  Отбор проб воды. representtive представительный показательный считается такая проба которая в максимальной степени характеризует качество воды по данному показателю является типичной и не искаженной вследствие концентрационных и других факторов. Пробы из рек и водных потоков отбирают для определения качество воды в бассейне реки пригодности воды для пищевого использования орошения для водопоя скота рыборазведения купания и водного спорта установления источников загрязнения. Учитывая длительность существования озер на первый план...
85388. Роль пробоотбора в общей процедуре методики анализа 44.5 KB
  Роль пробоотбора в общей процедуре методики анализа. Отбор проб почвы донных отложений растительности. Эффективность и достоверность методик и методического обеспечения системы экоаналитического контроля определяются прежде всего пробоотбором и пробоподготовкой. Любой химический анализ чаще всего начинают с отбора и подготовки пробы к анализу.
85389. Стабилизация, хранение, и транспортировка проб для анализа 57.5 KB
  Стабилизация хранение и транспортировка проб для анализа. Подготовка проб к анализу в лаборатории Пробы объектов окружающей среды могут отбираться как непосредственно перед анализом так и заблаговременно. В последнем случае применяются промежуточные операции хранения и стабилизации проб. Хранение проб в том числе содержащих следовые количества исследуемых веществ осложнено проблемой их потерь за счет сорбции на стенках сосудов а также разрушения в растворителях и на поверхностях носителей под действием кислорода света и других факторов...
85390. Метрологические аспекты экоаналитической процедуры 230.5 KB
  Задача количественного анализа определение измерение содержания т. Методики анализа включают в себя стадии подготовки пробы к анализу прямые измерения аналитических сигналов и их обработку вычисления результата анализа функционально связанного с результатами прямых измерений. Каждая стадия влияет на формирование аналитического сигнала и соответственно на результат анализа. Поэтому для метрологической характеристики определений необходима подробная методика описание всех условий и операций которые обеспечивают регламентированные...
85391. Основные принципы естествознания и концепция систем мониторинга 179 KB
  Концептуальные и теоретические схемы систем мониторинга. Пути усовершенствования мониторинга которые могут предложить современная наука и техника. Процедуру и технику эксперимента мониторинга нужно сделать как можно более устойчивой к неизвестным условиям наблюдения и изменяющимся и неизвестным параметрам или свойствам самого объекта.
85392. Цели и задачи экологического мониторинга 49.5 KB
  Цели и задачи экологического мониторинга. Классификация видов мониторинга В XX веке в науке возник термин мониторинг для определения системы повторных целенаправленных наблюдений за одним или более элементами окружающей природной среды в пространстве и времени. определяет мониторинг как систему регулярных длительных наблюдений в пространстве и во времени дающую информацию о прошлом и настоящем состояниях окружающей среды позволяющую прогнозировать на будущее изменение ее параметров имеющих особенное значение для человечества. Согласно...