МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СУДОВОЇ ДОПОМІЖНОЇ КОТЕЛЬНОЇ УСТАНОВКИ - Наукові конференції
Головна
UA RU EN

Вас вітає Інтернет конференція!

Вітаємо на нашому сайті

Рік заснування видання - 2011

МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СУДОВОЇ ДОПОМІЖНОЇ КОТЕЛЬНОЇ УСТАНОВКИ

08.02.2022 17:10

[3. Технічні науки]

Автор: Липенков І.В., старший викладач, кафедра інженерних дисциплин Дунайського Інституту Національного Універсітету «Одеська морська академія»


Using the separate schemes of salvaging of secondary power resources provides the receiving of greater amount of heat energy in the form of steam or hot water. This, in turn, allows to shorten or completely exclude the fuel consumption for auxiliary boiler installation for running and parking modes of ships, reduce environment contamination, get the economic effect not only for dry cargo ships, but for tankers carrying heavy oil products.

Застосування роздільних схем утилізації вторинних енергоресурсів забезпечує отримання більшої кількості теплової енергії у вигляді пари або гарячої води. Це в свою чергу дозволяє скоротити або повністю виключити витрати палива на допоміжну котельну установку на тривалих ходових і стоянкових режимах експлуатації транспортних суден, знизити забруднення навколишнього середовища, отримати економічний ефект не тільки на суховантажні судна, але навіть на танкері, що перевозить важкі нафтопродукти.

Традиційна схема живлення споживачів теплової енергії на судні паром із загальної магістралі,  не забезпечує глибокої утилізації теплоти вторинних енергоресурсів, що призводить до необхідності покриття відсутніх потреб за рахунок спалювання палива в допоміжних котлах. Це не тільки приводить до додаткових витрат на паливо, а й визначає додаткові виділення речовин, що забруднюють навколишнє середовище. 

У разі ж застосування роздільних схем живлення споживачів парою з параметрами, відповідними їх потребам, з'являється можливість повністю виключити роботу допоміжних котлів на паливі на тривалих ходових режимах. Це характерно не тільки для суховантажних суден, потреби яких в парі не такі великі і цілком можуть покриватися утилізаційними котлами, а й на танкерах, що перевозять важкі нафтопродукти і нафти з високим вмістом парафінистих фракцій. На таких суднах витрати пари, що гріє на порядок більше, ніж на суховантажних судах.

Отримання більшої кількості пари, що гріє може бути забезпечено у разі застосування роздільних схем живлення споживачів, один з варіантів яких представлений на Рис.1. Гріючий пар виходить тут в основному за рахунок використання утилізаційних пристроїв, що використовують вторинні енергоресурси - теплоту робочих тіл, відпрацьовану в головних двигунах.




Рис. 1. Роздільна система живлення спожівачів парою:

1, 6 - ціркуляційні насоси УК и ВТС; 2 - утілізаційній котел (УК); 3 - сепаратор пара УК; 4 - сепаратор пара ВТС; 5 - високотемпературна секція охолодження продувочного повітря (ВТС); 7 - допоміжній котел (ДК); 8 –повітропровід, 9 - повітряні заслінки; 10 - котельня вентилятор; 11 - отстойно-видаткова паливна цистерна; 12, 15 - фільтри холодного и гарячого палива; 13 - паливний насос; 14 - паливопідігрівач; 16 - форсунки; 17-жівільній насос ДК; 18 - жівільній насос ВТС; 19 - жівільній насос УК; 20 - теплий ящик

Основна причина недостатньої ефективності об'єднаних схем (Рис.1) полягає у виробленні усієї кількості пари з температурою, необхідною для підігріву споживача з найбільш високою температурою підігріву. Таким споживачем зазвичай є важке паливо, що спалюється в головних двигунах на тривалих і стабільних режимах експлуатації судна.

По мірі зростання потреб у нафтопродуктах ціна палива підвищується, що призводить до необхідності спалювати дешевше і більш в'язке паливо, яке потребує все більшого підігріву для зниження його в'язкості перед уприскуванням в циліндри двигунів. В даний час всі двигуни розробляються для роботи на найбільш в'язкому паливі за класифікацією ISO - RMK55 з в'язкістю 700 сСт при 50℃ (мазут М-100 відповідно до вітчизняного стандарту).

Будь-яка система підігріву вимагає наявності температурного напору – перевищення температури гріючого середовища над нагріваємою. У системах з насиченою парою, коли температура пара при випаровуванні і конденсації не змінюється, температурний напір прийнято приймати на рівні 25-30℃, що дозволяє отримати помірні площі поверхонь теплообміну.

Таким чином, для використання мазуту М-100 в якості палива для дизелів необхідний підігрів цього палива до 150-155℃ і температура пари, що гріє повинна бути не нижче 180℃. Для отримання пара з такою температурою вихлопні гази на виході з утилізаційного котла УК не можуть мати температуру нижче 210℃. Пара використовується насиченою, з огляду на її переваги в системах підігріву. 

На морських транспортних судах широко використовуються малообертові дизелі. У останніх температура вихлопних газів на тривалому ходовому режимі під час вступу до УК не перевищує 230-235℃. Охолоджуючи ці гази до 210℃, можна отримати лише незначну кількість пара. І це є наслідком об'єднання пара ДК і УК. Якщо їх зробити незалежними, то в УК може бути отримано набагато більшу кількість пара, нехай більш низьких параметрів, але корисного для значного числа споживачів на судні.

Вимоги споживачів до параметрів робочого тіла (його температури і витрати) в системі підігріву розрізняються суттєво. Саме на  режимі довгих переходів через його велику тривалість слід отримати максимальну кількість теплової енергії від системи утилізації теплових втрат головного двигуна, що дозволить зменшити експлуатаційні витрати і знизити забруднення навколишнього середовища шкідливими компонентами вихлопних газів (CO2 та SO2, продуктами хімічного і механічного недопалу).

 Найбільшу кількість пара витрачається на підігрів вантажу, що перевозиться, підігрів і зволоження повітря в системах вентиляції і кондиціонування. Всі ці споживачі мають потребу в значно більш низькій температурі пара, ніж та, яка потрібна для підігріву важкого палива для спалювання в головних двигунах. Для останнього необхідно менше 240 кг/год пара. І через це невеликої кількості пара доводиться тримати підвищений тиск у всій системі і недоотримувати пар в системі утилізації теплоти вихлопних газів.

На танкерах можуть перевозитися різні вантажі, причому в різних рейсах різні. Система підігріву вантажу повинна бути розрахована на найбільш в'язкий вантаж, перевезення якого на даному судні імовірна. До таких вантажів належать мазути.

Система підігріву вантажу, що перевозиться повинна забезпечувати підтримку температури вантажу на рівні, що перевищує температуру застигання не менше ніж на 5-10℃. Крім того, ця температура підігріву повинна бути нижче температури спалаху парів рідких вантажів на 15℃. Таким чином, в'язкі вантажі слід підігрівати теплоносієм від утилізаційних пристроїв до температури не вище 30-40℃ і для цього потрібно мати температуру теплоносія не нижче 60-70℃.

Це може бути вода з атмосферним тиском і не обов'язково кипляча. Звичайно, пар більш зручний у використанні, так як не потребує насосу для переміщення робочого тіла. Пар з атмосферним тиском має температуру 100℃. Цього достатньо в порівнянні з водяною системою з мінімально необхідною температурою, так як температурний напір збільшений, а площі гріючих змійовиків можуть бути зменшені. Такий пар в системі утилізації отримати нескладно і в великій кількості.

Максимально можливу кількість пара в системі утилізації теплоти вихлопних газів обмежується наявністю в вихлопних газах сірчастих сполук. 

При найбільшому (за ГОСТом) вмісті сірки до 4,5% відповідна точка роси становить 137℃ і можливе зниження температури газів тільки до 145℃ (запас необхідний для забезпечення змінних режимів). Це дозволить отримати в 4 рази більше пара від утилізаційного котла, ніж в разі представленої на Рис.1. об'єднаної системи постачання судна паром.

Слід, однак, пам'ятати, що температури точки роси має становити гази, а робоче тіло, яка відбирає від газів теплоту, так як конденсація водяної пари і утворення кислоти відбувається на поверхні трубки, а термічний опір її металу не дуже велик. Отже, гази можна охолодити лише до 170 ℃ киплячою водою з температурою 145℃. Виграш в кількості пара в порівнянні з традиційною схемою буде не такий значний - всього в 3 рази. Але і це суттєво.

Більш того, це дозволяє застосувати утилізацію продувочного повітря, поки ще мало освоєне джерело теплоти. Мабуть, це джерело не розробляється у зв'язку з неможливістю отримати в ньому пар з тиском 10 бар і подати його в загальний сепаратор з допоміжним котлом. Вище ми показали непотрібність цього для утилізаційного котла, що працює на вихлопних газах. Повна аналогія і для системи утилізації теплоти продувочного повітря.

Температура продувочного повітря може досягати 170-180℃. Для цього джерела теплоти важливо відсутність обмеження по температурі точки роси. Охолоджувати це повітря для подачі в циліндри потрібно до 40-60℃. 

Додатковий дохід виправдовує установку високотемпературної секції охолодження продувочного повітря і застосування роздільних систем обігріву вантажу з трьома ступенями тиску: з атмосферним тиском, що живиться парою від високотемпературної секції охолодження продувочного повітря; з тиском 5 бар, що живиться парою від утилізаційного котла; з тиском 10 бар, що живиться парою від допоміжного котла. Запропонована роздільна схема є ефективною, але вона не позбавлена недоліків, пов'язаних з необхідністю роботи ДК на паливі при малому навантаженні. 

Переваги пропонованої роздільної системи утилізації теплоти вихлопних газів і продувочного повітря, незалежних від допоміжного котла, дозволяють на тривалому ходовому режимі повністю забезпечити танкер теплотою для всіх потреб виключно за рахунок утилізації. Підігрів важкого палива головного двигуна на ходових режимах здійснюється за рахунок пара високотемпературної секції утилізаційного котла.

Підвищення енергетичної та екологічної ефективності забезпечено, однак економічна ефективність потребує додаткового дослідження з огляду на необхідність розробки нових типів двоконтурних утилізаційних котлів.

Режими стоянки танкерів не тривалий, і на цих режимах можлива робота стоянкових дизель-генераторів і допоміжних котлів на легкому паливі, що не вимагає підігріву і містить меншу масову частку вуглецю і сірки.

Для універсальних суховантажних суден характерні тривалі стоянкові режими, пов'язані з вантажно-розвантажувальними роботами або очікуванням вантажу. На таких судах, мабуть, актуально застосування утилізації теплоти стоянкових дизель-генераторів. З огляду на більш високу температуру вихлопних газів середньообертових двигунів ДГ можливе отримання більшу кількість теплоти від утилізації теплоти вихлопних газів і повне забезпечення потреб судна в тепловій енергії, в тому числі в зимовий період і для підігріву важкого палива ДГ-ДП, ДМ і навіть М- 40. Робота ДК на стоянці може бути виключена повністю.

На річкових судах використовується менш в'язке дизельне паливо ДЛ з вмістом сірки до 0,2%, що не потребує підігріві. Тобто, при отриманні пара з тиском 2,5 бар і температурою 127℃ низькотемпературна корозія не виникає. При використанні ж важкого палива типу ДТ або Ф-12 з вмістом сірки до 0,6% зазначена проблема також не актуальна, якщо підняти тиск в утилізаційному котлі до 3 бар (температура насичення 133℃). Оскільки інші споживачі на річковому танкері не потребують більш високій температурі, то тут можливе об'єднання ДК, УК і ВТС в єдину систему з зазначеним вище тиском, безпечним по сірчистої корозії.

Однак витрачання будь-якого палива завдає шкоди навколишньому середовищу додатковими викидами CO2 і SO2, тому застосування утилізації відповідно до схеми на Рис.1 актуально і для річкових суден зважаючи на загальне зменшення витрати палива.

Перелік використаної літератури:

1. Возницкий И.В., Паливна апаратура суднових дизелей-конструкция, перевірка стану і регулювання:- Санкт-Петербург,2006.

2. Возницкий И.В. Практика использования морских топлив на судах. - СПб., 2002. - 120 с.

3. Возницкий И.В. Практические рекомендации по смазке судовых дизелей. - СПб., 2002. - 132 с.

4. Вінников  В. В.  Економіка підприємства морського транспорту  (Економіка морських перевезень): Підручник. 2-ое изд. и перераб. – Одеса: Латстар, 2001 – 450 с.

5. Двигателестроение – Санкт-Петербург, 2 (220)  2005.

6. Колегаєв М.О., Іванов Б.М., Баранець М.Г. «Безпека життєдіяльності і виживання на морі» Навч. Посібн / Під ред. В.В.- Пономаренка.  Одеса: ОНМА, 2007.-352с.

7. Колеров Л.К. / Газові двигуни поршневого типу / Москва: Машгиз, 1955

8. Міжнародна конвенція по предатврощению забруднення з судів (МАРПОЛ 73/78). – Одеса: Изд.  Центр”Студия”Негциант”, 2005

9. Суворов П.С. Управління режимами роботи головних суднових дизелів.-Одеса: ЛАТСТАР,2000.-238с.



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Інші наукові праці даної секції

Конференції

Конференції 2024

Конференції 2023

Конференції 2022

Конференції 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення