Підвищення ефективності використання вторинних енергоресурсів суднових енергетичних установок у рибомучному виробництві

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 друкованих наукових праць, зокрема 6 статей у наукових спеціалізованих виданнях (без співавторів 2), 3 тези доповідей (без співавторів 3), отримано 2 патенти України на винахід.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 6 розділів та висновків. У додатках наведено документи, що підтверджують впровадження основних результатів дослідження.

Обсяг дисертації складає 184 сторінки машинописного тексту та 3 сторінки додатків, 64 рисунки. Бібліографія містить 147 найменувань.

 

 

Виконаний у розділі 1 аналіз статей витрати паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР) на рибопереробних суднах (РПС) показав, що витрати палива на виробництво пари для РМУ на промислі сягають 15…20 % загальносуднового його споживання, тобто РМУ є найбільшим споживачем пари і крупним споживачем палива на РПС. Оскільки РМУ споживають пару, що виробляють утилізаційні котли за рахунок теплоти відхідних газів головних двигунів СЕУ, то саме з РМУ пов’язані резерви підвищення ефективності використання вторинних енергоресурсів СЕУ. Істотну частку в паливно-енергетичному балансі промислового судна становить також паливо, що витрачається на виробництво холоду. Тому проблема скорочення цих двох статей витрат палива є актуальною, а напрямок її вирішення шляхом використання низькопотенційної скидної теплоти для сумісного виробництва пари й холоду  вельми перспективним. Суттєві резерви пов’язані з використанням теплоти пари вторинного скипання (ПВС) від випарних апаратів РМУ та "пролітної" пари, що надходить разом із конденсатом від РМУ до холодильників забортної води, які становлять заключну ланку ланцюгу використання вторинних енергоресурсів СЕУ (рис. 1) і втрати яких сягають 20...30 % теплоспоживання РМУ. Підвищеним вимогам із масогабаритних характеристик і надійності роботи, що пред’являють суднові умови експлуатації, відповідають тепловикористовуючі ежекторні контури (ТЕК). Саме в цьому напрямку й може бути вирішена задача підвищення ефективності використання вторинних енергоресурсів СЕУ, а відтак і скорочення споживання ПЕР судновими РМУ.

Вдосконалення ежекторних холодильних машин (ЕХМ) зазвичай здійснювалося в напрямках вибору робочого тіла, вдосконалення проточної частини ежекторів, розробки схемно-конструктивних рішень. Але резерви, пов’язані з ефективністю роботи випарників і конденсаторів ЕХМ суднових РМУ, від якої залежать енергетичні втрати в циклі, зумовлені кінцевими різницями температур в цих теплообмінниках, не досліджувалися. Це виключало можливість раціонального проектування та створення теплогідродинамічно вдосконалених теплоутилізаційних контурів РМУ, а відтак і комплексного використання вторинних енергоресурсів (ВЕР), що забезпечувало б скорочення споживання пари і відповідно палива. Визначено об’єкт і предмет дослідження, сформульовано його мету та завдання.

Обґрунтування напряму та методу дослідження, а також гіпотези вирішення задачі підвищення ефективності використання пари судновими РМУ наведено в розділі 2. Відповідно до цієї гіпотези резерви раціонального пароспоживання РМУ пов’язані з комплексним використанням пари вторинного скипання для виробництва теплоти та холоду в ежекторних паро- та холодовиробляючих контурах, а резерви підвищення ефективності самих контурів  з інтенсифікацією теплообміну у випарниках і конденсаторах, застосуванням регенерації теплоти. За критерій оцінки результатів порівняння варіантів утилізації ВЕР прийнято тепловий коефіцієнт ζ, що у разі виробництва холоду являє собою відношення кількості холоду, виробленого у випарнику (холодопродуктивності), до кількості затраченої теплоти, підведеної у генераторі від гострої пари, а у випадку виробництва пари  відношення кількості одержаної теплоти (тепловмісту сумарного потоку вторинної та гострої пари), до кількості затраченої теплоти (тепловмісту гострої пари). Таким чином, науково-прикладна задача вирішувалась у комплексній постановці  з розглядом обох можливих варіантів використання теплоти ПВС: для виробництва як теплоти, так і холоду.

Оскільки порівняння варіантів утилізації ВЕР повинно здійснюватись з урахуванням незворотних енергетичних втрат у робочих циклах, зумовлених кінцевими різницями температур у теплообмінниках, то перш за все були розроблені методики теплового розрахунку та математичні моделі апаратів  випарників і конденсаторів ТЕК РМУ. Їх методологічну основу становили положення про падіння інтенсивності теплообміну з переходом від дисперсно-кільцевої до дисперсної течії та перегрів пари відносно крапельної рідини, відомі з теплофізичних досліджень процесів кипіння у випарниках, а також про різке зниження інтенсивності теплообміну з наближенням процесу конденсації до свого завершення. 

Як метод дослідження вибрано фізико-математичний метод. Відповідно до нього спочатку розроблялися фізичні моделі процесів, на основі яких  математичні моделі випарників (генератора пари та повітроохолоджувача) і конденсатора. При цьому задача розрахунку теплообміну розв’язувалась у спряженій постановці − з урахуванням гідравлічного опору двофазових потоків у теплообмінниках.

Задача підвищення енергетичної ефективності ЕХМ вирішувалась з погляду виконанням протилежних вимог до стану холодоагенту на виході з випарника (волога пара, що гарантує роботу випарника з високою інтенсивністю теплообміну завдяки змоченим стінкам його змійовиків) та на всмоктуванні ежектора (суха насичена пара), що вимагає розширення елементної бази ежекторно-випарникового вузла із включенням до нього регенеративного теплообмінника (РТО) та відокремлювача рідини.

Коефіцієнти ежекції U і відповідно теплові коефіцієнти  ТЕК залежать від температури кипіння холодоагенту в генераторі пари та випарнику і температури конденсації, які в свою чергу  від інтенсивності теплопередачі та температурних напорів у цих апаратах. Тому загальноприйняті методики розрахунку характеристик ежектора повинні бути модифіковані з урахуванням параметрів потоків (температури та тиску), які встановлюються в залежності від інтенсивності теплообміну в апаратах. Отже в розділі 3 були розроблені методика раціонального проектування