Расчет вспомогательной котельной установки

 

Вспомогательные котельные установки являются наиболее распространенными источниками теплоты на речных судах. Для удовлетворения потребности в теплоте в ходовом режиме на судах мощностью более 200 кВт, как правило, устанавливаются водогрейные или паровые утилизационные котлы, использующие теплоту выпускных газов главных двигателей. Потребность судна в теплоте на стоянках удовлетворяется автономными котлами, работающими на жидком топливе.

Общее количество теплоты на судовые нужды складывается из расходов теплоты на отопление помещений, санитарно-бытовые нужды, подогрев топлива и масла в системах энергетической установки, а также на подогрев перевозимого груза и воды для мытья танков на танкерах. Расход теплоты на отопление помещений Q_oт, санитарно-бытовые нужды Q_сб в кДж/ч различных типов судов производится по зависимостям, представленным на страницах 8,9, но с учетом изменившейся мощности главных двигателей, способной повлиять на минимально-допустимое количество экипажа (приложение 19). Численность экипажа учитывается в формулах для расчета расхода теплоты на отопление помещений для пассажирских судов и для расчета расхода теплоты на санитарно-бытовые нужды.

Расход теплоты на подогрев топлива, масла и другие технические нужды Q_пт в кДж/ч составляет:

Q_пт=(0,14÷0,15)(Q_от+Q_сб)

Расход теплоты на подогрев груза перед выгрузкой Qпт в кДж/ч определяется:

Q_пт=(1000·С·Δt+k·q_тт)G,

где k =1,2÷1,25 – коэффициент, учитывающий увеличение теплопотерь при подогреве груза;

С=2,1 кДж/(кг·К) – теплоемкость груза;

Δt – интенсивность подогрева груза, принимаемая равной 0,2÷10°С/ч;

q_тт – удельные тепловые потери при остывании тонны груза, рав­ные для танкеров:

- с двойными бортами и двойным дном 420÷630 кДж/(ч·т);

- без двойных бортов и двойного дна 840÷1050 кДж/(ч·т).

Расход общего количества потребления теплоты для различных режимов движения судна производится в табличной форме (табл. 5).

Коэффициенты загрузки потребителей в ходовом k_аx и стояночном k_ас режимах [U2] следует принимать 0,9÷0,6, а коэффициент одновременности k_опринимают равным для ходового режима 0,8÷0,9, для стояночного режима 0,7÷0,8.

Количество теплоты Q_г в кДж/ч, которое отводится от двигателя выпускными газами и может быть использовано в утилизационном котле, определяется по формуле:

Q_г=0,85Р_е·q_г·С_р(t₁-t₂) ζ,

где q_г – удельная масса выпускных газов, принимаемая равной для четырехтактных дизелей 6÷7 кг/(кВт·ч), а для двухтактных – 11÷12 кг/(кВт·ч);

С_р – массовая теплоемкость газов, равная 1,05÷1,13 кДж/(кг·К);

t₁ – температура газов на входе в котел, принимаемая равной 300÷500°С;

t₂ – температура газов на выходе из котла, принимаемая равной для водогрейных котлов 185÷215°С, а для паровых – 220÷250°С;

ζ=0,95 – коэффициент потери теплоты в окружающую среду.

Таблица 5

Расчет количества потребления теплоты на судне

Потребители тепла	Расчет­ный расход теплоты, кДж/ч	Режим работы судна
Ходовой	Стояночный
Коэффи­циент загрузки	Потребное количество теплоты, кДж/ч	Коэффи­циент загрузки	Потребное количесво теплоты, кДж/ч
	Q	kаx	Qox=kаx·Q	kаc	Qoс=kаc·Q
Отопление Санитарно-бытовые нужды Технические нужды Груз	Qот Qсб Qпг Qпг
Итого:	ΣQox=	ΣQoс=
Количество фактически потребляемой теплоты	Qx=1,1ko· ΣQox	Qc=1,1kо·ΣQoс

Производительность утилизационного котла выбирается по Q_x, если Q_г>Q_x, и по Q_г, если Q_г<Q_x. При чем в последнем случае (Q_г<Q_x) недостаток в потребности тепла на судовые нужды восполняется автономным котлом, включаемым в работу параллельно с утилизационным.

Производительность автономных котлов Q_x должна быть достаточной для обеспечения потребности судна в любом режиме без работы утилизационных котлов. Поэтому вспомогательные автономные котлы выбираются по максимальному количеству потребной теплоты Q_x или Q_c.

Выбор котлов производится соответственно по их тепло- или паропроизводительности по альбомам [10], по данным [1,6] и приложению 9, имея в виду, что паровые котлы, как правило, устанавливают на судах с большой потребностью в теплоте (пассажирские суда и танкеры). Если новым расчетным данным потребления теплоты на судне удовлетворяет автономный или утилизационный котёл из проекта-прототипа, то замена котла не производится, а представляется соответствующее обоснование. Для судов всех типов, кроме танкеров расчёт по таблице 5 производится для всех нужд за исключением расхода теплоты на груз, перевозимый судном, и котёл (автономный или утилизационный) выбирается один для удовлетворения всех нужд судна, кроме исключительных случаев. Для танкеров выбирается отдельно автономный котёл для подогрева груза и отдельно автономный котёл для потребления всех остальных нужд на судне. Поэтому суммировать расход тепла на подогрев груза и другие нужды не обязательно. Утилизационные котлы для подогрева груза не используются.

К вышеупомянутым исключительным случаям можно отнести ту ситуацию, когда количеству потребления теплоты на судне не в состоянии удовлетворить ни один автономный или утилизационный котёл из представленных в приложении 9. Тогда надо выбрать два котла, полностью способных обеспечить суммарное потребление теплоты на судне либо одной и той же марки (что более желательно), либо котлами разных марок.

Поскольку утилизационный котёл устанавливается на выпускной трубе главного двигателя, то их количество может быть не больше числа главных двигателей. Диапазон количества теплоты, которое можно отвести от выпускных газов, передав их воде или пару, не превышает количества теплоты выпускных газов Q_г, то есть теплопроизводительность утилизационного котла не должна превышать количества теплоты, полученного от выпускных газов двигателя. Если количеству потребления теплоты на судне удовлетворяет один утилизационный котёл, то он устанавливается на одну из выпускных труб одного из главных двигателей. Если одного утилизационного котла мало, то устанавливается второй однотипный с ним на выпускной трубе второго главного двигателя (если на судне их два).

Требуемая паропроизводительность паровых котлов D_n в кг/ч определяется как:

D_n=Q_а/Δi,

где Q_а – потребное (или возможное для утилизационных котлов, если Q_г<Q_x) количество теплоты, кДж/ч;

Δi – разность энтальпий насыщенного пара и питательной воды, принимаемая равной 2200÷2500 кДж/кг.