Расчет возможной паропроизводительности ГУПК

 

Возможная производительность пара ГУПК:

 

D _ГУПК = Q _уг• k _пос/(h ₀ – h _пв), кг/ч. (2.13)

 

где: Q _уг – количество теплоты воспринятое ГУПК от газов, кДж/ч;k_пос ‒ коэффициент, учитывающий потери теплоты через обшивку в окружающую среду (k_пос= 0,96).

 

Количество теплоты, воспринятое ГУПК определим по формуле:

 

Q _уг = Δh _рвг• G _вг,кДж/ч. (2.14)

 

где: Δh _рвг ‒ располагаемый теплоперепад выпускных газов ГД, кДж/ч;G_вг ‒ расход выпускных газов ГД, кг/ч.

 

Располагаемыйтеплоперепад выпускных газов ГД найдем по формуле:

 

Δh _рвг = С _рвг’• T _вг’ ‒ С _рвг”• T _вг”, кДж/кг. (2.15)

 

где: С_рвг’ ‒ средняя весовая изобарная теплоемкость выпускных газов ГД перед ГУПК, кДж/(кг•К);T_вг’ ‒ температура выпускных газов ГД перед ГУПК, К;С_рвг” ‒ средняя весовая изобарная теплоемкость выпускных газов ГД за ГУПК, кДж/(кг•К);T_вг” ‒ температура выпускных газов ГД за ГУПК, К.

 

На каждый метр длинны газового тракта снижение температуры выпускных газов составит порядком 1,2 ⁰С, тогда при удалении УПК от ГД на L = 6 метров, температура выпускных газов перед ГУПК составит:

 

T _вг’= T _вг – L •1.2, К, (2.16)

T _вг’= 533‒6∙1,2=525,8, К.

 

Далее необходимо определить температуру выпасных газов за ГУПК. Во избежание достижения точки росы и низкотемпературной коррозии поверхностей нагрева УПК температура выпускных газов за котлом должна быть не ниже 180 ⁰С.

Затем по диаграмме состояния водяного пара (H-S)определяем температуру насыщенного пара(t_s)при заданном рабочем давлении ГУПК (p_УПК).

 

Так же необходимо соблюсти минимально необходимый температурный перепад между стенкой и газами, обеспечивающий достаточно эффективный теплообмен, и возможное приращение температуры стенки поверхности нагрева в связи с наружным загрязнением, обычно подобный термоперепад не ниже Δt_эф = 15 ⁰С.

Тогда минимальная температура газов на выходе из ГУПК будет равна:

 

T _вг”= t _s + Δt _эф + 273, К, (2.17)

 

где: t_s‒температура насыщенного пара при р_УПК = 0,6 МПа, ⁰С;Δt_эф ‒ поправка на загрязнение поверхности нагрева и эффективность теплообмена.

 

T _вг” = 159+15+273=447, К (174,0⁰С)

 

Для полученных значений строим график зависимости температуры выпускных газов ГД перед ГУПК от нагрузки ГД (T _вг’ = f (N_e)).

Подобным же способом строятся графики для значений температур выпускных газов ГД до ТК и после УГТ.

Полученные значения температур заносим в таблицу 2.2, на основании которой строим графики рисунка (рис. 2.1).

 

Таблица 2.2 – Возможная паропроизводительность ГУПК

 

Обозначения	Размерн.	Значения	Примечания
Ne	%
Ne	кВт
T вг ’	К	533,8	526,8	521,8	519,4	521,8	525,8	T вг ’ = f (Ne)
T тк ’	К							T тк ’ = f (Ne)
T УГТ ”	К							T УГТ ”= f (Ne)

 

На рисунке 2.1 показан график зависимости температуры выпускных газов от нагрузки главного двигателя.

 

Рисунок 2.1 График зависимости температуры выпускных газов от нагрузки ГД

Далее определим теплоемкости выпускных газов ГД.

Среднюю весовую изобарную теплоемкость выпускных газов рассчитаем по формуле:

 

С _рвг = g _г• С _рг + g _в• С _рв, кДж/(кг•К). (2.18)

 

где g _г ‒ весовая доля продуктов сгорания; g_в ‒ весовая доля воздуха; С _рг ‒ весовая изобарная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кг•К); С _рв ‒ весовая изобарная теплоемкость воздуха, кДж/(кг•К).

 

Весовую долю продуктов сгорания найдем по формуле:

 

g _г=(α • L ₀+1)/(φ _a• α • L ₀+1), (2.19)

 

где: α ‒ коэффициент избытка воздуха ГД; φ_a ‒ коэффициент продувки ГД; L₀ ‒ количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, кг/кг.

 

g _г = (2,04•13,89+1)/(1,35•2,04•13,89+1)=0,746.

 

Весовую долю воздуха найдем по формуле:

 

g _в = 1‒ g _г, (2.20)

g _в = 1‒ 0,758 =0,254.

 

Зависимости теплоемкости составляющих выпускных газов от температуры:

‒ для продуктов сгорания:

 

С _рг=((4,89+(α ‒1)•4,6+1,986• α)/(µ • α))+(86+(α ‒1)•60)/(µ •α•10⁵))• Т. (2.21)

 

где: µ ‒ средний молекулярный вес для воздуха и выпускных газов, кг.

 

µ = 28,97, кг

 

С _рг = А _г + В _г • Т, кДж/(кг•К), (2.22)

 

А _г=(4,89+(α ‒1)•4,6+1,986• α)/(µ•α), (2.23)

 

А _г=(4,89+(2,04‒1)•4,6+1,986•2,04)/(28,97•2,04)=0,232,

 

В _г=(86+(α ‒1)•60)/(µ•α •10⁵), (2.24)

 

В _г=(86+(2,1‒1)•60)/(28,97•2,04•10⁵)=2,511•10^‒5,

 

С _рг=(0,232+2,511•10^‒5• Т _вг)•4,2, кДж/(кг•К). ‒ для воздуха:

 

С _рв=(6,59+0,006)/ µ•Т, (2.25)

 

С _рв = А _в + В _в • Т, (2.26)

 

А _в=6,59/ µ, (2.27)

 

А _в=6,59/28,97=0,227,

 

В _в=0,0006/ µ, (2.28)

 

В _в=0,0006/28,97=2,071•10^‒5,

 

С _рв=(0,227+2,071•10^‒5• Т _вг)•4,2, кДж/(кг•К). (2.29)

 

Формула средней весовой изобарной теплоемкости выпускных газов будет иметь следующий вид:

 

С _рвг=(0,231+2,392•10^‒5• Т _вг)•4,2, кДж/(кг•К). (2.30)

 

Расход выпускных газов ГД определим по формуле:

 

G _вг=(α• φ_a • L ₀+1)• N_{е ГД}• g_{е ГД}, кг•ч, (2.31)

 

где: α ‒ коэффициент избытка воздуха ГД; φ _a ‒ коэффициент продувки ГД;

L ₀‒ количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, кг/кг; N_{е ГД} ‒ мощность ГД, кВт; g_{е ГД} ‒ удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт•ч).

 

Последующий расчет возможной паропроизводительности УПК насыщенного пара с учетом его степени сухости (D _нпУПК) и перегретого пара (D _ппУПK) сведем в таблицу 2.3.

Для определения D _ппУПK необходимо задаться температурой пере­гретого пара (t _пп), для большинства УГТ t _пп = (220 ‒ 260) °С, при этом необхо­димо учесть минимально допустимый термоперепад между температурой перегретого пара и температурой выпускных газов на входе в УПК Δ t _ппмин= 40 ⁰С.

Принимаем Δ t _пп = 220 ⁰С.

Так же необходимо учесть снижение давления перегретого пара перед турбиной УТГ вследствие различных потерь, на величину Δ р = 0,1 МПа.

Давление перегретого пара перед УТГ составит:

р ₁= р _УПК‒Δр, (2.32)

р ₁=0,6–0,1=0,5, МПа.

Энтальпию перегретого пара перед турбиной УТГ выбираем по диаграмме состояния водяного пара (H-S), для давления р ₂.

 

h _пп = h ₁= 2836 кДж/кг.

 

Далее необходимо определить энтальпию питательной воды на входе в УПК с учетом охлаждения воды в вакуумном конденсаторе, для этого необходимо задаться давлением пара за турбиной УТГ, при этом важно, что бы степень сухости пара была χ > 0,9.

Согласно диаграмме состояния водяного пара (H-S) давление пара за турбиной УТГ р ₂ = 0,0067 МПа.

Температуру насыщения воды (конденсации пара) для давления р ₂(t _HK), определим по диаграмме состояния водяного пара (H-S).

 

t _HK = 38 ⁰С.

 

С учетом переохлаждения конденсата на величину Δ t _OK= 5 ⁰С, температура конденсата составит:

 

t _XK= t_HK ‒ Δt _OK,⁰C, (2.33)

t _XK=38–5=33,⁰C.

 

Энтальпию конденсата (как питательной воды) для давления р₂ (h _XK), определим по диаграмме состояния водяного пара (H-S)

 

h _XK = 159, кДж/кг.

 

С учетом того, что в современных СГУТ подогрев холодного конденсата перед подачей его в УПК является распространенным явлением, расчет D_nnУПK проведем для нескольких значений подогретого конденсата.

Подогрев конденсата в СГУТ можно осуществить путем утилизации теплоты ГД, а в частности теплоты пресной охлаждающей воды (Q _пв) или теплоты воды охлаждающей наддувочный воздух ГД (Q _ов) в высокотемпературной секции ВО ГД.

В случае использования Q _пв при температуре пресной воды на выходе из ГД равной t _пв'= 80 ⁰С, температура пресной воды охлаждающей ГД на вы­ходе из подогревателя питательной воды УПК составит t _пв"= 75 ⁰С, с учетом минимально допустимого термоперепада Δt _гв = 5 ⁰С, между температурой воды греющей и подогреваемой, температура подогретого конденсата на входе в УПК составит:

 

t _пв= t _пв"‒ Δt _гв, ⁰С, (4.34)

t _пв=75–5=70, ⁰С.

Энтальпию подогретого конденсата (как питательной воды) определим по формуле:

 

h _пк = t _пк• С _в, кДж/кг, (4.35)

 

где: С _в ‒ средняя теплоемкость питательной воды, кДж/(кг•К).

 

h _пк=70•4,2=294, кДж/кг.

 

Утилизацию потерь теплоты ГД с наддувочным воздухом проще и на­дежнее осуществить посредством установки двух дополнительных секций ВО, а в частности, высокотемпературной секции (для выработки свежего па­ра) и среднетемпературной секции (для выработки горячей технической во­ды), доохлаждение наддувочного воздуха осуществляется в низкотемпера­турной секции ВО забортной водой.

В случае использования Q _ов при температуре охлаждающего воздуха на входе в высокотемпературную секцию ВО равной t _овв ' = 144 ⁰С, температура воздуха на выходе из данной секции ВО (секции воздушного парогенератора) с учетом "срабатывания" в данной секции Δt _ср = 10,0 ⁰С, составит:

 

t _овв"= t _овв’ ‒ Δt _рв, ⁰С, (2.36)

t _овв"= 147,9‒10=139,7; ⁰С.

 

При минимально допустимом термоперепаде Δt _овв = 5 ⁰С, между температурой греющего воздуха и генерируемого свежего пара, температура последнего составит:

t _повв = t _повв”‒ Δt _овв, ⁰C, (2.37)

t _повв = 137,9‒5=132,9; ⁰C.

 

Данной температуре насыщения пара соответствует давление р _овв = 0,28 МПа.

При минимально допустимом термоперепаде Δt _гп = 5 ⁰С, между температурой греющего пара (выработанного в высокотемпературной секции ВО) и подогреваемым конденсатом температура последнего на входе в УПК составит:

Δt _гк = t _повв”‒ Δt _гв, ⁰C, (2.38)

Δt _гк = 132,9 – 5=127,9; ⁰C.

 

Энтальпию конденсата (как питательной воды), подогретого паром из высокотемпературной секции ВО определим по формуле:

 

h _гк = t _гк• С _в, кДж/кг, (2.39)

h _гк = 127,9•4,2=537,1, кДж/кг.

 

Так же при использовании Q _ов температура охлаждающего воздуха на входе среднетемпературную секцию ВО равной t _овс' = t _овв" = 134 ⁰С, темпера­туру воздуха на выходе из данной секции ВО (секции подогрева технической воды) примем t _овс" = 100 ⁰С, при минимально допустимом термоперепаде

Δt _овс = 5 ⁰С, между температурой греющего воздуха и нагреваемой техни­ческой воды, температура последней составит:

 

t _повс = t _овв" ‒ Δt _овс, ⁰C, (2.40)

t _повс = 100‒5=95, ⁰C.

 

При минимально допустимом термоперепаде Δt _гв = 5 ⁰С, между тем­пературой греющей технической воды (выработанной в среднетемпературной секции ВО) и подогреваемого конденсата, температура последнего на входе в ВУПК составит:

t _гкв = t _пвос"‒ Δt _гв, ⁰С, (2.41)

t _гкв =95‒5=90, ⁰С.

 

Энтальпию конденсата (как питательной воды) подогретого техничес­кой водой среднетемпературной секции ВО определим по формуле:

 

h _гкв = t _гкв• С_в, кДж/кг, (2.42)

h _гкв = 90•4.2=378, кДж/кг.

 

Потребность судна в свежем паре составляет:

 

D _СКУ = D_{н ВПК} • Н _ВПК/100, кг/ч, (2.43)

D _СКУ = 2500•65/100=1625, кг/ч.

 

 

Количество теплоты, необходимое для удовлетворения нужд всех потребителей СКУ рассчитаем по формуле:

 

Q _ску = D _ску • (h ₀ ‒ h _пв), кДж/ч, (2.44)

Q _ску = 1625 • (2741 – 251,7) = 4045112, кДж/ч.

 

В таблице 2,3 рассчитаем значения производительности ГУПК для следующих случаев:

1) 100 % Q_вг используется для производства насыщенного пара для нужд потребителей СКУ – (D _нпГУПК);

2) 100 % Q_вг используется для производства перегретого пара (для УГТ) с учетом разной степени подогрева питательной воды (D_{ппГУПК_1‒4});

3) часть теплоты Q_вг равная Q_CKУ используется для производства насы­щенного пара, оставшаяся теплота ‒ на генерацию перегретого пара с учетом разной степени подогрева последнего (D_{нппГУПК_1‒3}).

Возможная производительность пара ГУПК для случая (3):

D _{нппГУПК} = (Q _уг ‒ Q _СКУ)• k _пос/(h ₀ – h _пв), кг/ч. (2.45)

Для расчета D _{ппГУПК_1‒4} и D _{нппГУПК_1‒3}в формулы (2,13) и (2,45) подставляются вместо h ₀ ≥ h _пп, а вместо h _пв ≥ h _хкп, h _гк и h _гкв соответственно температуре питательной воды (t_пв).

Таблица 2.3 – Возможная паропроизводительность ГУПК

 

Обозначения	Размерность	Значения	Примечания
Ne	%							‒
Ne	кВт							‒
Tвг’	К	533,8	526,8	521,8	519,4	521,8	525,8	Рис. 2,1 Tвг’ = f (Ne)
Срвг’	кДж/(кг)	1,023	1,023	1,022	1,022	1,022	1,023	Формула (2.30)
Твг”	К							Формула (2.17)
Срвг”	кДж/(кг•ч)	1,015	1,015	1,015	1,015	1,015	1,015	Формула (2.30)
Δhрвг	кДж/кг	92,7	85,2	79,8	77,6	79,8	84,1	Формула (2.15)
Gвг	кг/ч							Формула (2.31)
D ппГУПК	кг/ч							tпв = 60 0С
D ппГУПК_1	кг/ч							tпв = 330С
D ппГУПК_2	кг/ч							tпв = 70 0С
D ппГУПК_3	кг/ч							tпв = 90 0С
D ппГУПК_4	кг/ч							tпв =124,40С
D нппГУПК_1	кг/ч							tпв = 330С
D нппГУПК_2	кг/ч							tпв = 70 0С
D нппГУПК_3	кг/ч							tпв = 90 0С

 

На рисунке 2.2 показан график возможной производительности УПК, из которого следует, что производительность пара прямо зависит от мощности нагрузки.

 

Рисунок 2.2 График возможной производительности ГУПК

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: