Технико-экономические характеристики СЭУ с ДВС и возможности их повышения.

Дизельные установки имеют наибольшую экономичность по сравнению с ПТУ и ГТУ. Это достигнуто, как правило, их совершенствованием и часто за счет усложнения тепловой схемы и конструкции. Прежде всего, за счет введения глубокой утилизации теплоты выхлопных газов, охлаждающей воды, надувочного воздуха и смазочного масла.

ДВС имеют наиболее высокий КПД, который в лучших образцах достигает 50…54% в малооборотных и 48…52% в среднеоборотных дизелях. Но в них теряется значительное количество теплоты. Например, с выхлопными газами теряется от 28 до 40% теплоты, с охлаждающей пресной водой – от 10 до 14%, отбираемая от надувочного воздуха – от 7 до 10%, со смазочным маслом в узлах трения – от 4 до 7%, рассеивается в окружающую среду от 1,5 до 2% теплоты, полученной от сжигаемого топлива в цилиндрах двигателя.

Анализ тепловых балансов дизельных установок транспортных судов свидетельствует, что 80…85 % топлива затрачивается на получение механической энергии для движения судна, 8…12% - на производство электроэнергии, а остальные на выработку тепловой энергии во вспомогательных котельных установках. Ясно, что получение электрической и тепловой энергии не за счет сжигания топлива, а за счет утилизации теплоты рабочих сред установки является существенным резервом для повышения экономичности установки.

Следует иметь в виду, что утилизация тепловых потерь ограничивается температурами утилизируемых сред. Так, температура масла на выходе из двигателя не должна превышать 70…80°С, а охлаждающей воды – 75…90°С. Эти ограничения определяют возможные зоны утилизации тепловых потерь с маслом и водой.

Современные ДВС имеют высокое давление наддува (до 0,35…0,40 мПа), что повышает температуру воздуха за компрессором до 150…180°С. Потенциал теплоты надувочного воздуха можно использовать сполна для получения пара низких параметров (0,1…0,2 мПа) и подогрева тяжелого топлива. Наибольший потенциал имеет теплота выхлопных газов (260…350°С), что позволяет использовать ее для получения насыщенного или перегретого пара давлением до 1,5 мПа. В тоже время для современных ДВС (особенно малооборотных, обеспечивающих длительный ход) характерно снижение температуры выпускных газов, что значительно уменьшает возможности получения пара в утилизационном котле.

Опыт эксплуатации свидетельствует о высокой экономической эффективности систем утилизации вторичных энергоресурсов, так как генерируемого утилизационным котлом пара достаточно, чтобы при мощности 6…7мВт полностью удовлетворить все общесудовые потребности и исключить работу вспомогательного котла в ходовом режиме. Ресурсы теплоты выхлопных газов, сжатого воздуха, воды и масла называют вторичными потому, что главное предназначение ДВС – получение механической энергии (первичного ресурса). При более высоких мощностях главного двигателя появляется излишек пара, который после перегрева в утилизационном котле используется для привода утилизационного паротурбогенератора электростанции. Это позволяет полностью или частично заменить в ходовом режиме дизельгенератор. Такая утилизация теплоты получила название глубокой.

Однако наибольший эффект достигается при использовании комплексной системы утилизации, которая позволяет существенно сократить затраты насыщенного пара на общесудовые нужды и увеличить получение перегретого пара в утилизационном котле. С этой целью применяют трехсекционные охладители надувочного воздуха. Нагретая в первой секции пресная вода до температуры 100…150°С идет на подогрев тяжелого топлива в цистернах основного запаса и расходных, а также на обогрев судовых помещений. Вторая секция охладителя надувочного воздуха используется для подогрева питательной воды утилизационного котла, а третья – для охлаждения надувочного воздуха забортной водой.

Система охлаждения надувочного воздуха позволяет генерировать на 60…70% больше энергии по сравнению с системой утилизации только теплоты выхлопных газов. Это значительно расширяет диапазон эксплуатационных нагрузок на главный двигатель (практически до 50% от номинальной), при котором возможно полное удовлетворение потребностей в тепловой и электрической энергии на ходовом режиме исключительно за счет внутренних энергоресурсов.

При больших мощностях дизелей целесообразна глубокая утилизация теплоты, что позволяет удовлетворить все потребности в теплоте и электроэнергии, а также получать дополнительную механическую энергию и передавать ее на гребной вал. Для этого предусматривается силовая газовая утилизационная турбина, механическая энергия которой передается на гребной вал через специальную передачу. Это позволяет повышать эффективный КПД дизеля на 55%, но существенно усложняет конструкцию установки.

Силовая газовая турбина может устанавливаться на всех больших и мощных дизелях фирмы «МАН-Бурмейстер и Вайн», типа МС МСЕ, а также фирмы «Зульцер» типа RTA.

6. Системы дизельных энергетических установок.