Выбор системы теплоснабжения

Вспомогательные автономные, утилизационные и комбинированные котельные установки служат для обеспечения горячей водой или паром низких параметров на стояночных и ходовых режимах различных судовых потребителей. Выбор типа котла зависит от назначения судна, типа и мощности главных двигателей, принятой степени утилизации теплоты уходящих газов, потребной паро- или теплопроизводительности, параметров вырабатываемого теплоносителя (температуры и давления пара или температуры горячей воды). В общем случае суммарное количество теплоты на судовые нужды складывается из расхо­дов теплоты на отопление помещений, санитарно-бытовые нужды, подог­рев масла, топлива, а на танкерах, кроме того, на подогрев груза и воды для мытья танков.

Расчет выполняется в определенном порядке. Выбирают и обосновы­вают схему теплоснабжения судна (возможны варианты с применением в качестве теплоносителя пара или горя­чей воды). При выборе типа котла можно руководствоваться опытом эксплуатации построенных судов, а также следующими соображениями. Обычно на судах морского флота независимо от типа судна и СЭУ, а также на всех танкерах, где имеется большое количество различных потребителей теплоты и пара, целесообразно устанавливать паровые котлы. Для большинства грузовых и грузопассажирских судов, толка­чей предпочтительней схема с применением горячей воды. На судах мощ­ностью выше 220 кВт, как правило, для покрытия потребностей в теплоте в ходовых режимах устанавливают утилизационные котлы, использующие теплоту выпускных газов главных двигателей (ДВС или ГТД), в некоторых случаях используют теплоту воды внутреннего контура системы охлаж­дения двигателей. В таком случае для покрытия потребности в теплоте на режимах стоянок необходима установка на судне автономного котла. Для подогрева груза на танкерах устанавливают специальные автономные паровые котлы. Автономные котлы должны использовать тот же сорт топлива, что и главные двигатели.

В котельной установке может быть предусмотрено раздельное использование автономных и утилизационных котлов или их блокировка для совместной работы. В этом случае применяют однотипные паровые или водогрейные автономные и утилизационные котлы.

Далее производится расчет общего максимального потока теп­лоты на судне, кВт.

Поток теплоты на отопление помещений, кВт:

где ∑F- площадь поверхности стенок отапливаемых помещений, м²; k - общий коэффициент теплопередачи через стенку, для многослой­ной наружной стенки жилых помещений, k = 0,7...1,0 Вт/(м²·К); t - разность температур внутри помещений и за стенкой. В расчётах можно принять: температуру наружного воздуха в зависимости от района плавания от -5 до -12°С, температуру внутри кают +20°С, душевых +25°С, машинных по­мещений не ниже +12°С, температуру забортной воды +1,0 ...+1,5°С.

В первом приближении можно произвести упрощенный расчет Q_от, кВт,основанный на эмпирических зависимостях расхода теплоты на отопление помещений от основных характеристик судна. Эти зависимости имеют следующий вид:

- для буксиров-толкачей Q_от = 7+0,018

где - суммарная мощность главных двигателей, кВт;

-для сухогрузных судов и танкеров Q_от=23,3+0,012G_с,

где G_с - грузоподъ­емность судна, т;

- для пассажирских судов Q_от=0,35(6,5z_к +5z_п),

где z_п - количество пас­сажиров на судне, чел.; z_к - количество членов команды, чел.

Потребный поток теплоты на санитарно-бытовые нужды, кВт:

Q_сб⁼ (z_п+ z_к)(q_вм+ q_вп),

где q_вм- расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды в еди­ницу времени на одного человека, который составляет: на пассажирских судах 0,35...0,46 кВт/чел., на буксирах-толкачах и грузовых судах 0,50...0,75 кВт/чел.; q_вп- удельный расход теплоты на приготовление кипячёной питьевой воды составляет на пассажирских судах 0,10 ... 0,12 кВт/чел., на толкачах и грузовых судах 0,11... 0,12 кВт/чел.

Потребный поток теплоты на подогрев топлива, масла и другие техни­ческие нужды, кроме подогрева груза для наливных судов, кВт:

Q_пт = (0,14...0,15)(Q_от + Q_c6).

Для подогрева нефтепродуктов в танках танкеров обычно применяют специальный паровой котел.

Потребный поток теплоты кВт, для подогрева высоковязких нефтепродук­тов в танках определяется по выражению

где Q_гр - поток теплоты при охлаждении нефтепродукта на судне во время рейса, кВт; _т- КПД транспортировки теплоты, равный отношению теплоты, подведенной к нефтепродукту, к теплоте, израсходованной на эти цели: - 0,75...0,82 при паровом подогреве без возврата конденсата; - 0,90...0,92 - с возвратом конденсата; = 0,95 - для электроподогревате­лей.

Поток теплоты опреде­ляется по формуле

где k_w, k_в- коэффициенты теплопередачи соответственно от нефтепродукта к воде и окружающему воздуху, кВт/(м²·К); t_w, t_в- температуры окружающей среды (соответственно воды и воз­духа), как и ранее, она принимается минимальной в условиях эксплуата­ции данного судна, °С; - площади поверхностей охлаждения, граничащие соответст­венно с водой и воздухом, м².

Рекомендуемые для расчета коэффициенты теплопередачи при охла­ждении нефтепродукта в корпусе судна приведены в табл. 1.

Таблица 1

Тип обшивки бортов и днища	kw,	kв
Одинарная	0,0062	0,0036
Двойная	0,0024	0,0035

Площади поверхностей охлаждения в м² принимаются пропорцио­нально грузоподъемности судна: F_w = (0,30...0,35)G и F_в= (0,25...0,30)G, где G - грузоподъемность танкера, т.

Расчёт общего потока теплоты, потребного на судне, производится в табличной форме (табл. 2). В таблице загрузки для всех потребителей теплоты в ходовом и стояночном режимах коэффициент k_з = 0,5...0,9.

При расчёте фактического потока теплоты учитывается коэффициент запаса k_с = 1,1и коэффициент одновременности , который принимается равным для ходового режима 0,8...0,9, а для стояночного – 0,7...0,8.

Фактический потребный поток теплоты в ходовом режиме Q_х = k_c k_o ∑Q_oх; в стояночном режиме – Q_c = k_ck_o∑Q_oc.

По общей величине потока теплоты, потребляемой на судне, про­изводят расчёт мощности источников теплоты и их подбор. В качестве источника теплоты на судах используются утилизационные котлы, автономные котлоагрегаты и калориферы.

Максимальный поток теплоты выпускных газов Q_ук, кВт, который может быть утилизирован, определяется по формуле, кВт,

где - доля теплоты, приходящаяся на выпускные газы: ; -коэффициент,учитывающий потери теплоты в окружающую среду и загрузку ДВС; - низшая рабочая теплота сгорания топлива, кДж/кг; - минимальная температура выпускных газов УК и температура воздуха внутри машинного помещения; - коэффициент избытка воздуха ДВС ( для СОД и для ВОД); - теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг; - удельная теплоёмкость газов, кДж/кг·К; - удельный расход топлива ДВС, кг/кВт·ч; - суммарная мощность главных двигателей, кВт.

Если Q_ук > , то мощность утилизационного котла принимается рав­ной .

Если Q_ук < , то мощность утилизационного котла принимается равной Q_уки не­достающая часть теплоты на ходовом режиме обеспечивается работой автономного котлоагрегата.

Таблица 2

Потреби- тели теплоты	Макси­мальный поток теплоты	Режим работы судна
Ходовой	Стояночный
Коэффициент загрузки, kз	Потребный поток теплоты,	Коэффициент загрузки, kз	Потребный поток теплоты,
Отопление
Приготов-ле­ние горячей воды
Подогрев топлива, масла и пр. нужды
Итого			∑Qох		∑Qос

Мощность автономного котлоагрегата должна быть достаточной для обеспечения всех нужд судна в теплоте при любом режиме работы утилизационного котла, следовательно, он должен быть выбран по максимальной вели­чине из двух определенных с помощью таблицы фактически потребных потоков теплоты, т. е., или по величине , илипо величине .

В зависимости от принятой схемы снабжения судна теплотой из соот­ветствующего источника по величине теплового потока подбирают автономные и утилизационные котлы. Производительность котлов по теплоносителю в кг/ч определяют по уравнению

D_к=3600Q_к/∆h,

где Q_к- тепловой поток котла, кВт; ∆h – прирост энтальпии пара (воды) в котле кДж/кг.

На судах мощностью свыше 1450 кВт следует рассмотреть возможность установки турбогенератора, работающего в ходовом режиме от утилизационных котлов. В этом случае утилизационные и автономные котлы должны быть паровыми, а автономный котёл при этом выбирают без учёта потребления пара турбогенератором. Количество пара, которое необходимо для работы турбогенератора, подсчитывают по его удельному расходу на 1 кВт выработанной энергии, составляющему 11…13 кг/(кВт·ч). Давление пара в котле принимают равным (6…9)10² кПа.