автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Сравнительное оптимизационное исследование систем утилизации теплоты с целью повышения эффективности вьетнамских транспортных судов

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ КК.УДЛРСЛ «СННЫН МОРСКОН ТГ.ХНИЧРСКИИ УНИВГРСИТ1 I

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ОПТИМИЗАЦИОННО!; ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЬЕТНАМСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СУДОВ

Специальность 05.08.05 — судовые энергетические установки и их элементы (главные и ксночоглтельные)

ДО ВАН ТИРУ

УДК 629.12—843;6:662.614.2

На крапах ру копт и

Автореферат диссертации на соискание ученой оепенн кандидата технических наук

Санкг-Пегсрбург 1993

Диссеотачионкая оабота выполнена на каждое Судовг-ту турбин •/ тупбинтт устаксчок Санкт-Петербургского государственного мтскгго технического университета .

Научней руководитель доктос технических наук, псс^сссю Курзон А.Г.

инициальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Камнин С. В. кандидат технических наук, доцент Бируля В, А.

Ьедуцее гшедприятие: ЦНШМФ г. ^анкт-Петербург

Защита диссертации состоится "27* "1993 г. час в аудитории

Atf.ptка заседании специализированного совета Д0Ь3.23.02 ггои государственном мссском техническом •/ничеоситете. '

Стянвы на автореферат, заверенные 'печатью, паост направлять по адресу: 19000&Санкт-Г!етерОуг>г, йодаанская ул., 3.

С диссеютачие1* можно ознакомиться в библиотеке ГМТУ.

Автоое^ешт оа'зослан "25 ". Т99^ г.

Учения сектзетапь спегшалиаивсванногс совета доктпэ техни-и.-ч-к:"1' наук, пос^есссо НаселныЧ Б,Г.

ОБЩАЯ КАРАКТЕРИОТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблею/: - одним из способов экономии топливо-смазочных материалов (ТС(Л в морском флоте является утилизация вторичных энергоресурсов (ЮР) судовых дизелей. Степень и эффективность утилизации ВЭР определяются количеством и потенциалом ВЭР и потребностями судна. С усовершенствованием судовых малооборотных дизелей (МОД), иг КПД повышается и достигает 50 «• и более, у СОД - 4& «- 47°4 и более, доля БЭР и температура отходящих газов (ОП снижаются. Поэтому проблема утилизации БЭР и повышения ее эффективности в новы* условиях очень актуальна.

Сравнительные оптимизационные исследования разнообразных систем утилизации ВЭР судовых дизельных установок (СДУ) позволяют выбрать и формировать оптимальную систему, а это может существенно повысить технике—экономическую эффективность СДУ в целом. Цель работы: выполнить объективное сравнение технико-экономической и термодинамической эффективности различных систем утилизации вторичных знергоресурсоэ (СУЮ) СДУ; дать сравнительную оценку эффективности современных СУВЭ СДУ и выявить системы утилизации, наиболее эффективные в конкретных условиях Вьетнама. Методика исследования. На основании обзора, анализа и классификации основных современных СУВЭ отобраны для исследования интересующие варианты, которые представлены единой обобщенной схемой, содержащей все варианты в качестве частных случаев. Математическая модель и программный комплекс (на алгоритмическом языке фортран-ГУ применительно к ЭВМ ЕС 1060) синтезируют нужный вариант и обеспечивают возможность расчета и оптимизации вариантов, определение целевой функции. Наиболее эффективные варианты по экономическому и термодинамическому критериям, вычислены, при оптимальном для

каждого варианта . комплексе параметров.

Научная новизна; впервые проведено оптимизационное исследование систем утилизации в конкретных условия* экономики, техники и эксплуатации транспортных судов Вьетнама с целью повышения эффективности вьетнамского торгового флота. Сравнена эффективность рассмотренных вариантов утилизации; исследована новейшая турбо-компаундная система в различив* сочетаниях с другими системами и дана оценка их эффективности.

Исследованы и сопоставлены систеин утилизация СДУ с МОЛ и СОД с целью выяснения влияния типа ГД на эффективность утилизации ВЭР.

Выполненные исследования, вместе с другими подобными работа-ии, позволят дополнить теорию СДУ разделом о возможных СУЮ, их сравнительной эффективности, о методах ее повышения и оптимизации систем утилизации.

Практическая ценность работы. При проектировании, закупке и модернизации судов вьетнамского торгового флота и их ЭУ важно правильно выбрать систему утилиеации, обеспечивающую максимальную топливную и экономическую эффективность. При этом можно опереться на результаты, полученные в данной работе.

Самостоятельное практическое значение имеют выводы по работе, даввдае сравнительную оценку множества вариантов СУЮ и условий их оптимальности. Новые варианта СУВЭ могут быть оценены с помощью той же методики. Практическое значение имеют также полученные в работе данные и выводы о влиянии основных параметров СУВЭ, а также некоторых внешних условий (стоимость ТСМ, годовое число рейсов и др.) на эффективность различных СУВЭ.

Реализация результатов •работы. Результаты данной работы и ее выводы, а также методика выбора оппщехьной СУЮ для конкретных условий будут внедрены на об-ьединении водного транспорта Вьетн

(г.Хешиминь) для использования при проектировании, заказе и

приобретении судов.

Апробация работы. Основное содержание работы и результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ПГМТУ в феврале 1990 г., в феврале 1993 г., а также на кафедре CT и 1У по ходу выполнения работы.

Публикации. По материалам и результатам работы опубликованы 2 статьи (на вьетнамском языке).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложения. Диссертация содержит III стр. машинописного текста, 45 рисунков и таблиц. Список использованной литературы на 15 стр. включает 169 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследования, представлены практический интерес работа и ее задачи.

В первом разделе представлен аналитический обзор современных СУЮ СДУ в их развитии, опубликованных в последнее время. Сформулирована постановка задачи.

Комплексная технико-экономическая оптимизация параметров (КТОП) теплоэнергетических установок получила широкое и методическое обоснование в стационарной энергетике (работы Л.С.Попырина, Г.В.Левенталя и др.). Выполнены оптимизационные исследования судовых: ГПУ на технико-экономической основе (в работах Курзона А.Г., Н.П.Малых, Г.Д.Седельникова, А.В.Мохова и др.). Г.В.Ульский проводил оптимизационные исследования судовых ПТУ и разрабатывал некоторые обвще методические вопросы. Использование энергоресурса

СГ МОД для теплофикации и производства электроэнергии в УТГ исследовалось в работах В.Л.Денисенко, А.В.Злотухина, Л.П.Коршунова, главным образом с точки зрения влияния на КПД СДУ. Д.З.Алексиев, В,А.Йорданов, И.Н.Лазарев исследовали СУВЭ СДУ болгарских судов. Анализ известных работ показывает, что вопроси оптимизации СУЮ СДУ и выбора оптимальной системы заслуживает дальнейшей разработки. Применительно к судам и условиям эксплуатации вьетнамского торгового флота эти вопросы исследуются впервые.

Структура и количество энергоресурсов современных малооборотных и среднеоборотных ДУ допускают разнообразные варианты утилизации ВЭР с различными целями:

1. Частичное или полное замещение ЕК утилизационным котлом.

2. Частичное или полное замещение одновременно ВК и ДГ.

3. Возможность передачи мощности, полученной от утилизации ВЭР на гребной винт.

Степень утилизации ВЭР различна в зависимости от баланса потребностей в теплоте и электроэнергии на судне. Может быть утилизирована только теплота ОГ или одновременно теплота ОГ и (или)наддувочного воздуха (ИВ), или охлаждающей воды (ОВ) в разных комбинациях. Анализ ВЭР современных ЮД и СОД показывает, что в последнее время температура ОГ уменьшается, а энергоресурс НВ увеличивается, доля ВЭР в целом снижается.

Развитие СДУ определяет этапы развития утилизационных систем, которые можно разделить на следующие:

1. Использование всей или части теплоты ОГ для всех или части тепловых.потребителей.

2. Создание систем "глубокой" утилизации (СГУТ), в которых пар от утилизационного котла используется для теплоснабжения и для выработки электроэнергии.

3. Появление систем комплексной утилизации теплоты, в которых

используются 2 или 3 ЮР.

4.Внедрение систем с утилизационной газовой турбиной (УГТ).

5. Предлагаются системы с новыми теплоносителями, позволяюил-ми повысить ^(Мкзктивность утилизации ВЭР.

Таким образом, главный двигатель - основной источник ВЭР, и его усовершенствование ставит проблему комплексного использования э системах утилизации как высокопотенциально!} теплоты ОГ, так и теплоты НВ и ОВ в соответствии с энергопотребителями СДУ и судна в целом.

Разнообразные частные варианты СУЮ можно выразить единой обобщенной схемой. Всё эти варианты удобно разделить на группы СУВЭ. Группа А : В этой группе ЗДГ и УГГ дают судну электроэнергию, а теплоснабжение обеспечивает УК. Конкретные варианты СУЮ (условно обозначенные А1, А2, АЗ, А4) синтезируются в зависимости от исполь-зоования ВЭР ГД:

А1 - утилизируется теплота только от ОГ ГД, А2 - утилизируется теплота ОГ и НВ ГД, АЗ - утилизируется теплота ОГ и ОВ ГД, А4 - утилизируется теплота ОГ, НВ и ОВ ГД.

Группа АВ : в этой группе ВГ и УТТ вырабатывают ялектроэнергию для судна, а теплоснабжение обеспечивает УК. Возможные варианты в группе те же, что в группе А , т.е. АВ1, АВ2, АВЗ, АВ4, соответственно утилизируются те же ВЭР ГД как в группе А.На стоянке электроэнергию обеспечивают 2 ДГ, а теплоснабжение осуществляет ВК. Вариант Б1 - базовый вариант, в котором нет УТГ, всю электроэнергию вырабатывает ВГ, а комбинированный котел дает тепловым потребителям насыщенный пар.

Группа ВС : В этой группе япектроэшргию обеспечивает ВГ, а теплоснабжение - УК. Перегреты!» пар из УК идет в пропульсивную

турбину (ППГ) для передачи мощности на гребной винт. Возможны те же варианты утилизации ВЭР ГД как и в группах А и АВ, т.е. BCI, ВС2, ВСЗ, ВС4.

ГруппаD • В этой группе есть утилизационная газовая турбина (УГТ), работающая на гребной винт. В зависимости от сочетания оборудования, возможны три подгруппы: БА (с УТГ и УГТ), DAB (с УГТ и ВГ, УТГ); DBC (с УГТ и ВГ, ППТ). В каждой подгруппе имеются по четыре варианта утилизации ВЭР ГД как в группах А, АВ, ВС (например, PAI,DA2,DA3, ЕА4 и т.д.).

Таким образом, для каждого ГД заданной мощности общее число возможных вариантов в работе равно flj = 49.

Раздел 2: посвящен математическому моделированию объектов комплексной оптимизации параметров СУВЭ, их сравнительному исследованию. Обоснован выбор технико-экономического критерия оптимальное и, сформирована функция цели. Различные СУЮ сравниваются между собой при одинаковых внешних условиях и при оптимальном для каждого варианта комплексе оптимизируемых параметров.

Система утилизации ЮР в ее взаимосвязях с СДУ является сложной системой. СДУ можно рассматривать как элемент судна. Одновременно СУВЭ можно разделить по структуре и рабочему процессу, на подсистемы, подсистемы - на блоки, блоки - на элементы и т.п. В СУЮ совершаются разнообразные энергопреобразования, физические процессы, перемещение различных количеств теплоты и массы и т.д. Все процессы, протекающие в СУЮ, описываются соответствующий уравнениям! и формулами, в которые входит множество внутренних параметров дискретных: тип, количество; характеристики энергетического оборудования (парогенераторов, электрогенераторов, насосов, ДГ, теплообменников и др.) и непрерывных - термодинамические, энергетические, гидравлические, расходные параметры и др. Значения этих внутренних параметров определяют направление, уровень и масштаб процессов, протекающих в СУВЭ, и характер взаимосвязей между ее

элементрми. Обозначим все эти внутренние параметры вектором X .

На границах СУВЭ или вне ее действуют условия, определяющие внешние параметры. Это такие параметры как тип и характеристики судна; тип, номинальная мощность и режимы ГД и ДГ. Общесудовые потребности в теплоте и электроэнергии; параметры теплопотоков на входе в ГД, ДГ; стоимость топливо-смазочных материалов (ТСМ) и оборудования СДУ; эксплуатационный период; продолжительность ходового времени и стоянок в портах; портовые сборы; различные нормативные коэффициенты и т.д. Обозначим все эти внешние параметры вектором \д/ .

В процессах оптимизационных исследований различных вариантов СУЮ все внутренние параметры варьируются в широких пределах, но не должны выходить из границ, определяемых ресурсом, возможностями технологии, требованиями эксплуатации, надежности и т.д. Совокупность всех технологических, надежностных и габаритных ограничений обозначим вектором ^ •

По постановке задачи исследования СУВЭ наша цель состоит в поиске такой СУВЭ, которая обеспечивает наибольшую технико-экономическую эффективность при определенных параметрах в соответствии с известными внешними условиями. Эти параметры, по смыслу задачи, являются оптимальными.

Тогда задача комплексной оптимизации параметров формулируется следующим образом. Найти экстремальные значения функции цели:

3=3 (Х,У, (п

и,

и соответствующие ей комплекс/оптимальных параметров системы, при совокупности аналитических и графически:: связей между внутренними и внешними параметрами:

Г(х = О

(2)

и при ограничениях: Хт;„ ^ X $ * та*

^ V ^ Х^х • ^ NN ^ (3)

Далее в диссертационной работе на основе уравнения (I) дана конкретная форма технико-экономического критерия оптимальности. Равенство (2) разворачивается в ряд уравнения материальных и энергетических балансов, баланса давлений в том или ином элементе, уравнений изменения состояния энергоносителей в элементах объекта, уравнения зависимостей массогабаритных и стоимостных характеристик энергетического оборудования от параметров СУВЭ и т.п.

Условия (3) играют важную роль в процессе комплексной оптимизации параметров СУВЭ, так как только при соблюдении этих условий найденное оптимальное решение в достаточной мере учитывает специфику задачи с точки зрения технологии, надежности и эксплуатации.

Сопоставление эффективности вариантов СУВЭ ведется с помощью технико-экономического критерия оптимальности:

3 = С -г Ен.К (4)

где: 3 - годовые приведенные затраты по рассматриваемому варианту;

Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

К - капитальные вложения по рассматриваемому варианту, определяемые суммой затрат на приобретешь оборудования, транспортировку, монтаж и испытания, руб.;

С - эксплуатационные затраты по рассматриваемому варианту (затраты на ТСМ на ве^х режимах эксплуатации,

включая маневры и стоянки, на текущий ремонт и обслуживание; на амортизационные отчисления на реновацию с учетом фактора времени л на капитальный ремонт), руб/год.

Минимум приведенных затрат соответствует оптимальному варианту. Экономический эффект (экономия приведенных затрат) каждого рассматриваемого варианта СУВЭ определяется его сравнением с существующей базовой СУВЭ на базовом варианте.

В диссертационной работе получены формулы для величин входящих в критерий оптимальности (формула (4)). При этом целевая функция становится многопараметрической функцией множества внутренних и внешних параметров СУВЭ, учитывающей также влияние ограничений.

В разделе 3 сосредоточены математический аппарат и алгоритм решения задачи, позволившие выполнить вариантные оптимизационные расчеты на ЭВМ всех 49 вариантов, и исследовать эффективность СУВЭ, а также устойчивость оптимальных решений при изменении внешних условий. Все расчеты выполнены на ЭВМ EC-I060.

Математическая модель разработана применительно к обобщенной схеме СУВЭ СДУ, которая включает в качестве частных случаев все исследуемые системы СДУ. Основное ядро математической модели состоит из уравнений материальных и энергетических балансов как по судну в целом, так и по СУВЭ и отдельным ее блокам и элементам. В их числе уравнения баланса по перегретому и наснценному пару, бзланс механической энергии для пропульсивного комплекса с учетом ВГ и пропульсивной УТГ, баланс электроэнергии по судну на режимах хода судна, стоянок и маневрирования и др.

3 данном разделе припедекн тагспо математ;'«зскио м од '."-'.конных блоков СУБЭ, как УТГ, ППТ, УК, яропульсивной утил::ля!г/сичо;~ газовоЧ турбин» (ПИ"), насосов,теплосбменнкков.В блок УТГ vxcsr.r:

паровая турбина, редуктор, электрогенератор и вспомогательные элементы (конденсатор, маслоохладитель, конденсатный насос, масляный насос, эжектор с конденсатором}. В блок ППТ входят: паровая турбина с передачей, вспомогательный конденсатор с вжектсром и конденсатнда насосом. Состав и расчет блоков УГГ и ППТ во многом аналогичны. с.

В диссертации приведены также математические модели насосов, входящих в состав СУВЭ и в систему охлаждения ГД, ДГ и теплообменников турбогенераторов. Эти насосы следующие: насосы ковденсатно-питательной системы и котла, насосы пресной и забортной воды ГД и ДГ, масляные насосы, циркуляционные для охлаждения конденсаторов.

Математическая модель блока котла-утилизатора (УК) отражает состав блока, куда входят сепаратор, питательный и циркуляционный насосы. Приведены уравнения и алгоритм комплексного теплового, габаритного, аэродинамического и гидравлического расчетов УК для следующих случаев: I) расчет блока УК с трехсекционнш УК (экономайзер, испаритель и перегреватель пара) и сепаратором пара (для варианта Б1, где комбинированный котел (КК) производит только насыщенный^пар для теплофикации на судне). При наличии УК полное газодинамическое сопротивление выпускного тракта ГД увеличивается и это влияет на удельный расход топлива ГД. Поэтому в расчетах учтено влияние УК на расход топлива ГД.

Уравнения математических моделей, блоков и элементов СУВЭ, как и СУЮ в целом, представляют собой единую систему. Алгоритмы и программы реализуют эти уравнения выполнением соответствующих логических условий; в зависимости от варианта СУВЭ некоторые величины могут быть приравнены к нулю.

Опираясь на опыт оптимизации в суровой и стационарной энергетике , и учитывая специфику данной задачи, оптимизируется следующий комплекс параметров:

- Температура ОГ на выходе из УК Тук , °С.

- Давление в сепараторе пара высокого давления, Р мПа.

- Давление в конденсаторе УТГ или ППТ, Рх , КПа.

- Газодинамическое сопротивление поверхностей нагрева УК,

дРг , кПа.

- Температура перегретого пара на выгоде из перегревателя пара ЭД, Т®е , °С.

- Кратность циркуляции воды в УК, Кц.

- Температура перегретого пара на выходе из перегревателя

ИД -

пара низкого давления (ВД), Т„е , °С.

По выбранному критерию оптимальности производится комплексная оптимизация этих параметров на основании сочетания двух методов нелинейного программирования.

1. Метода покоординатного поиска с реверсом (осуществленного в первом режиме работы алгоритма с переменным по направлении и величине шагом изменения оптимизируемого параметра).

2. ''отода прямого упорядочения вариантов по критерию эффективности в пространственной сетк/с постоянным шагом, с циклическим выводом результатов оптимизации на дисплей и на бумагу.

Для проверки выполнения ограничений (габаритных, скоростных, температурных и по влажности пара) при оптимизационном исследовании используется метод зигзагообразного движения вдоль границ •и метод "барьеров".

В разделе 4 представлены основные результата сравнительных оптимизационных исследований различных СУВЭ, выполненных с помощью математической модели, описанной в разделе 3 и синтезированных программным комплексом применительно к вьетнамскому сухо-' грузному судну. "Хаузанг", представительному для серии одинаковых судов английской постройки. Это судно принято в качестве базового (Б1), т.е. базы для сравнения вариантов СУВЭ..

Судно Б1 сухогрузное, дедвейтом 12800 т., с. 2-мя ГД типа

12 Ü 26 LV фирмы "Вурмейстер и Вайн" номинальной мощностью каждого ГД Ng"* = 2340 кВт, при удельном расходе топлива cjz ~ О ,220 кг/кВт.ч Расчетная эксплуатационная мощность в ходовом режиме каждой ГД Ne = 2060 кВт, при числе оборотов Па = 750 об/мин., температура ОГ ГД перед входом в УК Тг = 335°С, количество ОГ двух ГД Gr = 39100 кг/ч. Время работы судна такое: ходовое время Т, = 257 сут/г, время стоянки Тст =.73 сутки/год, время маневров Тм = 64 ч/год. Электростанция состоит из одного ВТ мощностью N®1" «= 350 кВт и двух ДГ KT II50Q при номинальной мощности электрогенератора N^ «= 275 кВт с коэффициентом COS <f = 0,8. Привод электрогенератора - четырехтактными дизелями мощностью 308 кВт при удельном расходе топлива ДГ 0,225 кг/кВт ч. На ходовом режиме средневзвешенные потребности в электроэнергии судна 256 кВт (или 6,6 % мощности ГД).

'Максимальное количество теплоты, необходимое для судна и СДУ на ходовом режиме Оосп= 825 кВт. На базовом судне с целью обеспечения этой теплоты применена слаборазвитая система утилизации БЭР ГД производительностью 600 кг/ч, при давлении 6 Бар. Для выявления полного эффекта утилизации ВЭР ГДв качестве базы для сравнения рассматривается и нулевой вариант, под которым понимается СДУ базового судна без утилизации ВЭР ГД, а потребности в электроэнергии и теплоте удовлетворяются с помощью диэельгенера-торов и вспомогательного котла.

Для выбора наиболее эффективной СУВЭ из множества вариантов экономическая эффективность СУВЭ оценивается экономией приведенных затрат ¿\3 , экономией затрат на 1С!.! ДЗТСМ ; капитальными вложениями Л К , сроком окупаемости "Пзц , энергетическим ( ^ и эксергетическим ( ) КПД, коэффициентом использования тепла

топлива CKj). Значения лЗ каждого варианта СУВЭ определяются ''У-

N2 ВАРИАНТА

Ряс Л. Э'-:снс\таческ;п: гфйект дЗ (- и • ). экономия

затрат на ТСМ лЗтсм (---и о ), и сроки

окупаемости Тек (—•—•— н Х ) вариантов с использованием ЛГГ;

1>В1 - базоы/й вариант с аслользозакяем УГТ; 1)60 - нулевой вариант с использованием УГТ а ВТ*

сравнения с соответствующими значениями приведенных затрат или затрат на ТСМ у нулевого варианта. Сроки окупаемости определяются отношением разности капитальных затрат по новому и базовому вариантам к разности эксплуатационных затрат по базовому и новому вариантам СУВЭ. Различные варианты СУЮ сравниваются при оптимальных для каждого варианта параметрах и при одинаковых внешних условиях.

На рис.1 представлены экономический эффект, экономия затрат на ТСМ и срок окупаемости вариантов с использованием утилизационной газовой турбины (УГТ). Зависимость экономического эффекта от температуры отходящих газов за УК, давления пара ВД и давления в конденсаторе показано на Рис.2.

Раздел 5 посвящен исследованию различных СУЮ второго базового судна "Шонг Тхыонг" японской постройки. Это судно принято в качестве базового (Б2), т.е. базы для сравнения эффективности вариантов СУЮ. Судне Б2 - сухогрузное, дедвейтом 10029 т., с малооборотным главным двигателем типа 6 UEC 52/105 Е фирмы

. .гд.

"Мицубиси" с номинальной мощностью ГД Ме = 5665 кВт при удельном расходе топлива 0,211 кг/кВт ч. Нагрузка ГД (расчетная) на эксплуатационном ходовом режиме равна 85% при частоте вращения

Пгд = 175 об/мин, температура ОГ ГД перед входом в УК Тг = 260°С, количество ОГ ГД (Зг = 5937В кг/ч. Время работы судна такое: ходовое время Тх = 215 сут/г, время стоянки Тст = 32 суток, а-время маневрирования Тм = 56 часов. Электростанция состоит из трех основных ДГ типа 6ML- HT. Номинальная мощность электрогенератора каждого ДГ Njji = 300 кВт при коэффициенте мощности COS <jp = 0,6. При работе ДГ номинальная мощность каждого среднеоборотного дизеля привода генератора составляет 280 кВт при частоте вращения 720 об/мин. Номинальный расход топлива на ДГ -

Тук °С /30

0,4 \_

Об

0,6

/.о

_I

4

5

6

7

д РхКПа9

Рис.2

Зависшюотл экснатзского эффекта ( дЗ ) от

темпеоатуры ОГ за УК (-). давле-ий дара

_______) и давлений з конденсаторе (---)

Cje = 0,230 кг/кВт ч и соответствующий расход масла на ДГ

= 3,61 • 10"^ кг/кВт.ч. На ходовом режиме средневзвешенные потребности в электроэнергии судна 225 кВт.

Максимальное количество теплоты, необходимое судну и СДУ на ходовом режиме С?^,, = 775 кВт. На базовом судне Б2 установлен комбинированный котел " osaka eoiLER " с производительностью 600 кг/ч при давлении 6 бар.

С целью выбора наиболее эффективной СУЮ из множества вариантов эффективность системы утилизации оценивается показателями, представленными в разделе 4 для первого судна Б1 и в разделе 5 для второго базового судна Б2.

В заключении представлены основные выводы выполненного диссертационного исследования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫЮДЫ

1. Использование валогенератора вместо дизельгенератора на первом базовом судне BI повышает экономическую эффективность, которая у варианта £54 достигает лЗ = 0,?t, дЗтсм = 1,3. Это происходит благодаря тому, что коэффициент полезного действия (КОД) ГД больше, чем КГЦ ДГ, и на судне установлены среднеоборотные ГД и ВН11, которые требуют меньших капитальных вложений для установки

ВГ чем на судне Б2 с МОД.

2. В результате использования теплоты 0Г для теплофикации судна и ВГ для выработки электроэнергии базовый вариант утилизации теплоты судна EI по сравнению с нулевым вариантом даёт экономию дЗ = 7,3% и дЗтсм = 8,8^, а на втором базовом судне

(Б2) без ВГ эффективность меньше ( ¿3 = 6,I4t, дЗ = 6,Ш).

ГСМ

3. Переход от простой системы утилизации, обеспечивающей только теплофикацию судна, к так называемой системе "глубокой"

утилизации (с УТЛ повышает экономическую эффективность, которая у варианта ABI судна Б1 достигает дЗ = 9,72t, дЗтсм = 12,87t, а у варианта AI судна Б2 (с МОД) дЗ = 7t и дЗтсм= 9,3%.

4'. Комплексное использование ВЭР отработавших газов, наддувочного воздуха и охлаждающей пресной воды повышает экономический oiWeitT по сравнению с системой "глубокой" утилизации. Так, у варианта A4 судна Б1 дЗ = 12,4, и лЭтсм= 15,4t; у варианта A4 судна Б2 дЗ = 9,4 и аЗкм= 12,43.

5. Включение в СУТ пропульеивной паровой турбины позволяет поглотить любое количество пара от СУТ без ограничения. Но экономическая эффективность группы ВС (с Iii IT) меньше чем в других группах. Это объясняется наличием в СУТ дополнительного дорогого оборудования (блок ППТ, редуктор, ...) и низким КГЩ блока ГШТ.

6. Использование утилизационной газовой турбины (система турбокомпаунд). Экономические показатели значительно улучшаются при небольшом количестве дополнительного несложного оборудования. Так, лЗ у варианта DA4- судна Б1 достигает 14,2t, и у системы БАВ4 судна Б2 (с МОД) дЗ = II,6t.

7. Переход от схемы СУВЭ w I и !Г° 2 с одним давлением к системе с двумя давлениями пара может несколько повысить экономические показатели устаноэки благодаря увеличению мощности УТТ£или ШГ). Так, дЗ у варианта AI с двумя давлениями пара судна Б1 доходит до 10,4t (против 9,8 в системе с одним давлением) и у варианта ABI с двумя давлениями судна Б2 (с МОД) дЗ = 7,9t (против 7,5t при одном контуре давления). Переход на два уровня давления вариантов 3 и ."> 4 невыгоден потому, что экономия на ТСМ уравновешивается капитальными затратами на добавочное (при двух давлениях) оборудование.

8. Оптимальные значения давления и температуры пара высокого давления на первом судне Б1 вше чем на втором судне Б2. Эта

разница объясняется более высокой температурой газов за турбиной у СОД по сравнению с МОД. Оптимальные значения остальных параметров слабо зависят от типа СУВЭ и их отклонения от оптимальных значений умеренно и неодинаково влияют на экономические показатели; на дЗ наиболее сильное влияние оказывает отклонение гх , Р , Кц , слабо влияют отклонения Тук , 1Пе и

дРг

(см. рис.2).

9. При изменении внешних условий (уменьшении цен ТСМ к ходового времени) наибольшую экономическую эффективность (всегда большую, чем у базового варианта судна Б1) имеют системы комплексной утилизации всех видов ВЭР (А4, АВ4). Системы группы ВС

(с ППТ) и в этих условиях оказывались менее эффективными по сравнению с другими группами. В обоих случаях оптимальные значения параметров СУВЭ мало изменяются за исключением группы ВС (с ППТ) в которой оптимальная температура газов за УК возрастает до верхней границы исследованного диапазона.

10. Полученные результаты показывают, что СУВЭ двух базовых судов недостаточно эффективны. Правильный заказ при его покупке мог бы принести более высокую эффективность: на 3 «- приведенным затратам и на 6 + 9,7 экономии затрат ТСМ по отношению к базовому судну. Так, если бн заказали первое судно Б1 с энергетической установкой варианта ЦАВ4, то каждый год одно судно приносило бы прибыль больше чем базовое судно на 124870 руб. и при помощи целесообразной утилизации экономило бы 750 т/год тяжелого топлива. А если бы проектировали второе судно Б2 с энергетической установокй варианта $ЗАВ4, то каждый год одно судно экономило бы 99800 руб. приведенных затрат благодаря уменьшению расхода тяжелого топлива на 598 т/год.

11. Проведенные исследования позволяют высказать некоторые общие положения. Выбор СУГ и ее параметров зависят от типа судна, характеристик ГД и утилизационного оборудования, условий эксплуатации,- стоимости ТСМ, размера капвложений и других факторов. Эффект чистой теплофикации зависит от соотношения между мощностью общесудовых потребителей теплоты (и электроэнергии) и мощностью главного двигателя. Обычно чистая теплофикация дает от 50 до 651 общего выигрыша от утилизации ВЭР, соответственно от 35 до 50^ общего выигрыша приходится на доли утилизационного обеспечения, общесудовых электропотребителей.

12. Сложная комплексная система не всегда обеспечивает максимальный экономический эффект, нередко предпочтительнее оказывается более простая система. Определяющее значение имеют факторы, перечисленные в п.И.

Проектирование эффективной СУВЭ требует исследований, аналогичных выполненным в данной работе. При этом может быть использована предлагаемая методика исследования, а также сделанные выводы.

В народном хозяйстве Вьетнама имеется значительное число дизельных установок, работающих без утилизации ВЭР. Это открывает широкое поле деятельности для внедрения полученных результатов и пввышения эффективности судов, а также народнохозяйственных •дизельных установок Вьетнама,

.ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание диссертации опубликовано в двух статьях (на Вьетнамском языке).

1. Об утилизации теплоты на судах серии "Хаузанг". Ханой, Транспорт, 1991, № 8, с. 18 - 20.

2. Метод комплексной оптимизации параметров систем утилизации теплоты судовых дизельных установок. Труды Хайфонского института водного транспорта. Хайфон, 1992, № 2, с. 21 - 24.