Судовые паропроизводящие установки

Способы повышения экономичности КТЭУ

Экономичности КТЭУ можно добиться, если улучшить экономические показатели составляющих, входящих в формулу КПД КТЭУ;

Л КТЭУ = Лтс 'ЛК 'Лв ' Росс

Где;

?7ГС - КПД тепловой схемы, оценивающий совершенство взаимосвязей между элементами установки, и систем, обслуживающих ее основные элементы. На КПД тепловой схемы влияют; значения энтальпии рабочих сред; начальные и конечные параметры пара; тип регенеративного процесса, число ступеней регенерации; тип применяемых водоподогревателей, число отборов пара (для схем 1-го рода), характер процессов теплообмена в теплообменниках

И другие факторы; г/к - КПД главных котлов; г/е - эффективный КПД главной турбины;

Росс - коэффициент общесудовых затрат, характеризующий расход пара на общесудовые потребители;

В общем случае, для повышения экономичности КТЭУ возможно использование следующих технических решений;

• увеличение начальных параметров пара. Этот способ повышения КПД достаточно эффективен и часто используется в совокупности с промежуточным перегревом пара. В КТЭУ с ППП повышением начального давления пара можно увеличить КПД установки на 3 ^ 8 %, повышением начальной температуры - на 2,5 ^ 5 %;

• увеличение числа ступеней регенеративного подогрева питательной воды. КПД цикла КТЭУ повышается;

- при одноступенчатом подогреве питательной воды на 3,5 ^ 4,0 %;

- при двухступенчатом - на 5,5 ^ 6,0 %;

- трехступенчатом - на 7,0 ^ 7,5 %;

- четырехступенчатом - на 8,0 ^ 8,5 %.

Увеличение числа ступеней подогрева более пяти не дает ощутимого выигрыша в повышении КПД, но значительно усложняет тепловую схему установки, систему регулирования и управления КТЭУ, и увеличивает массогабаритные показатели и стоимость установки. Увеличение числа ступеней регенерации неразрывно связано с повышением начальных параметров пара. Чем более высокими будут начальные параметры пара, тем больше ступеней регенерации возможно применить, тем более высокой будет температура питательной воды на выходе из последней ступени подогрева;

• увеличение КПД главных котлов; возможно за счет снижения потерь теплоты в котлах;

- от химической и механической неполноты сгорания топлива, что в свою очередь достигается совершенствованием процессов сгорания топлива;

- с уходящими газами, за счет совершенствования и оптимизации процессов теплопередачи в трубных поверхностях нагрева котла и использования развитых хвостовых поверхностей нагрева;

- в окружающее пространство, за счет применения более совершенных способов изоляции котла и поддержания качественного состояния изоляции котлов в процессе эксплуатации;

• увеличение КПДГТЗА; достигается совершенствованием аэродинамики проточной части турбины, увеличением частоты вращения ротора, применением планетарных передач, заменой реверсивных турбин

Реверсивными ВРШ, возрастанием агрегатной мощности, совершенствованием аэродинамических характеристик регулирующих органов;

• увеличение КПД вспомогательных механизмов; позволяет снизить расход пара на вспомогательные механизмы, и тем самым улучшить характеристику тепловой схемы;

• исключение маломощных турбоприводов с низким КПД и замена турбоприводных вспомогательных механизмов на электроприводные. В этом случае в тепловой схеме используется единственный вспомогательный турбомеханизм - турбогенератор, имеющий достаточно высокий КПД, остальные вспомогательные механизмы электрифици-рованы. В некоторых случаях для ряда турбомеханизмов используется групповой привод, в котором один мощный и имеющий высокий КПД турбомеханизм приводит в действие сразу несколько вспомогательных механизмов. Например, в ПКБТ от одного турбопривода производится раздача мощности на три насоса; конденсатный, бустерный и питательный. Часто групповой привод используется в конструкции турбогенераторов, когда от вала турбогенератора мощность передается на навешенные питательный и масляный насосы. Прирост КПД за счет использования группового привода может достичь 2,4 %;

• применение самопроточной циркуляции взамен принудительной, когда

Для прокачки трубной системы главного конденсатора вместо напора циркуляционного насоса используется динамический напор

Набегающего потока воды. При этом турбопривод ТЦН отключается, уменьшая расход пара в тепловой схеме на маломощные вспомогательные механизмы Прирост КПД может составить 0,9 %;

• уменьшение потерь теплоты с забортной водой. В тепловых схемах

КТЭУ прокачивание маслоохладителя, холодильников эжекторов и конденсатора испарительной установки часто производится забортной водой. При этом часть теплоты, полученной в паровом котле, передается забортной воде. Если обеспечить прокачку

Теплообменников конденсатом главного цикла, то можно уменьшить потери теплоты во внешнюю среду и вернуть теплоту обратно в цикл. Эти мероприятия могут дать прирост КПД КТЭУ до 0,5 %;

• замена эжекторов вакуумными насосами. При этом из тепловой

Схемы исключаются струйные насосы (эжекторы), имеющие

Относительно низкий КПД и потребляющие некоторое количество пара для работы. Замена эжекторов на вакуумные электронасосы уменьшает общий расход пара на нужды установки и может дать прирост КПД КТЭУ до 0,2 %.

1. Области применения различных тепловых схем КТЭУ

Термодинамическая природа регенеративных тепловых схем 1-го и 2­го рода полностью идентична, не смотря на их разнородный состав. При этом давления отбираемого из турбин греющего пара в схемах 1-го рода изменяются в зависимости от режима работы главных турбин. В схемах 2­го рода параметры пара, подаваемого на приводы вспомогательных механизмов, и давление греющего пара постоянны, и не зависят от режима работы главной турбины. Это различие между тепловыми схемами в основном и определяет области их применения в составе котлотурбинной установки судна.

Применяемость той или иной тепловой схемы ПСУ на судах и кораблях исходит от основного назначения судна, основных ходовых режимов ГЭУ, осуществляемых в течение длительного времени а также преимуществ и недостатков той или иной тепловой схемы.

Схемы 1-го рода, как более экономичные и совершенные, следует применять в составе КТЭУ транспортных и пассажирских судов, имеющих постоянную рейсовую скорость хода. Значительную часть ходового времени у таких судов составляет режим полного хода, при этом главные турбины и сама тепловая схема работают в стабильном режиме без резких изменений параметров греющего пара и конденсата. Основной задачей системы авторегулирования при этом является поддержание основных параметров работы установки на расчетном ходовом режиме. Со схемами 1-го рода целесообразно применять промежуточный перегрев пара, еще больше увеличивающий экономичность установки, и позволяющий в определенных пределах снизить массогабаритные показатели главных турбин и турбоприводов. Осуществление реверса и изменение скорости хода судна при этом возможны за счет использования в составе пропульсивного комплекса винтов регулируемого шага.

В установках, длительное время работающих на средних, малых ходах, и в режимах частой смены ходов и реверсирования, применение схем 1-го рода крайне затруднительно. При таких условиях работы энергетической установки целесообразно использовать тепловые схемы 2­го рода, в которых регенерация тепла осуществляется отработавшим паром вспомогательных турбомеханизмов. В этих установках главная турбина выполняется без отборов пара, а вспомогательные турбины работают на противодавление, величина которого определяется оптимальной температурой питательной воды. При этом часть вспомогательных механизмов может работать на вакуум. Вне зависимости от режима работы главной турбины, вспомогательные механизмы работают на постоянных и стабильных параметрах пара, поддерживаемых автоматически, а на первое место в таких установках вместо показателей экономичности выходят такие качества, как надежность управления, высокая маневренность, малые массогабаритные показатели, способность работать в различных динамических режимах, в том числе при резких сменах ходов и частых реверсах. Такими качествами должны обладать КТЭУ, устанавливаемые на судах ледового класса, ледоколах, крупных паромах, рыболовных судах и на боевых кораблях.

Более простые нерегенеративные тепловые схемы обычно применяют в таких установках, в которых вопрос экономичности установки не является главным, а на первый план выходят вопросы максимально возможной простоты тепловой схемы и надежности ее работы на всех режимах. Такие тепловые схемы применяют в основном на судах и кораблях с ЯЭУ. При этом используется практически полная электрификация приводов вспомогательных механизмов и навешивание части вспомогательных механизмов на валы турбогенераторов.

Применение достаточно сложных и разветвленных тепловых схем 3­го рода в судовых КТЭУ должно быть оправдано экономически.