Підвищення ефективності використання вторинних енергоресурсів суднових енергетичних установок у рибомучному виробництві

Вхідні параметри: тиск і температура пари активного (Рг, tг), всмоктуваного (Р0, t0) та стисненого потоків (Рк, tк); діаметри вихідного перетину сопла dp1, камери змішування d3 та горла сопла dкр.

Вихідні параметри: коефіцієнти ежекції та теплові коефіцієнти.

Визначення напірно-циркуляційних характеристик ежектора зводиться до визначення його максимального досяжного коефіцієнта ежекції U і здійснюється за загальноприйнятою методикою Ю.Я. Соколова та М.М. Зінгера. Характеристики ежектора з циліндричною камерою змішування при постійному тиску кипіння в генераторі Рг та випарнику Р0 і змінному тиску конденсації Рк обчислюються як

 

при постійному тиску Рг та Рк і змінному Р0:

 

де р2, н2, с3 – відносні ізоентропні швидкості робочого, всмоктуваного та змішаного потоків; Пр2, Пн2, Пс3 – відносний тиск пари робочого, всмоктуваного та змішаного потоків.

Ефективність ежектора характеризується коефіцієнтом ежекції:

 

а всієї тепловим коефіцієнтом:

 

Ідентифікація математичної моделі тепловикористовуючих ежекторних контурів здійснювалась двома шляхами: по-перше, порівнянням розрахункових і експериментальних даних із тепловіддачі і, по-друге, верифікацією ежекторних контурів в цілому зіставленням розрахункових коефіцієнтів ежекції та теплових коефіцієнтів як узагальнюючих показників ефективності роботи контурів із експериментальними даними.

Результати порівняння розрахункових коефіцієнтів тепловіддачі з експериментальними наведено на рис. 5. Як видно, розходження не перевищує 20 %, що є цілком задовільним.

Виявлено, що при параметрах, які відповідають умовам експлуатації конденсаторів ЕПК суднових РМУ і при неповному фазовому переході плівкова конденсація проходить в основному в режимі примусової циркуляції.

Результати розрахунку теплових коефіцієнтів за математичною моделлю ЕХМ зіставлялися з експериментальними даними, які були отримані у НУК Ю.В. Захаровим та в ОДАХ В.О. Петренком. На рис. 6 наведено результати порівняння з експериментальними даними Ю.В. Захарова для теплових коефіцієнтів в залежності від температур конденсації ЕХМ (рис. 6, а) і температури кипіння у випарнику (рис. 6, б). ЕХМ працювали за простим циклом без регенерації. Ежектори виконані з циліндричною камерою змішування, температури на розрахунковому режимі: tг = 140 °С, t0 = 7 °С, tк = 35 °С.

Розходження розрахункових значень коефіцієнтів ежекції та теплових коефіцієнтів з експериментальними не перевищують 20 %, що свідчить про адекватність розробленої математичної моделі.

Визначення теплового коефіцієнта як узагальнюючого показника ефективності роботи тепловикористовуючих ежекторних контурів РМУ проводилося з урахуванням інтенсивності теплообміну і гідравлічного опору в конденсаторі та випарниках (повітроохолоджувачі та генераторі пари), що дає змогу пов’язати вибір схемного рішення контурів із теплогідродинамічною ефективністю апаратів і, в кінцевому підсумку, забезпечити найбільш повне використання ВЕР РМУ

У розділі 4 розроблено та реалізовано в схемно-конструктивних рішеннях раціональні принципи утилізації теплоти пари вторинного скипання та "пролітної" пари в одно- та багатоступінчастих ежекторних установках (ЕУ). Встановлено, що багатоступінчасте ежектування енергетично не доцільне і призводить до зниження коефіцієнта ежекції та теплового коефіцієнта. Застосування одноступінчастої установки (рис. 7) забезпечує скорочення витрат палива на крупнотоннажних РПС на 0,5…1,2 %. З підвищенням Рр до 1,2 МПа та вище, що відповідає параметрам допоміжної котельної установки плавбаз та спеціалізованих рибомучних баз, економія палива становитиме 0,8…1,5 %. Застосування проміжного охолодження з частковою конденсацією дозволяє підвищити коефіцієнт ежекції у 1,3…1,5 рази порівняно з багатоступінчастим ежектуванням без промохолодження (рис. 8).

Розроблено та реалізовано раціональні принципи утилізації теплоти пари вторинного скипання в ежекторних одно- та багатоступінчастих установках. Встановлено, що багатоступінчасте ежектування енергетично більш доцільне (рис. 8).

Застосування ступінчастого генератора ЕХМ як РТО багатоступінчастої установки (рис. 10) дозволяє повністю покрити потреби суднової РМУ в холоді та забезпечує додаткове скорочення споживання палива на судні на 0,3…0,8 %.

Аналіз ефективності суднових РМУ та розробка раціональних схемних рішень ТЕК для виробництва холоду виконано у розділі 5. Основними елементами ТЕК для виробництва холоду (ЕХМ), що визначають енергетичну ефективність ТЕК і РМУ в цілому, є теплообмінники з фазовим переходом холодоагенту: генератор пари високого тиску, випарник і конденсатор. Скорочення температурних напорів у теплообмінниках та обумовлених ними енергетичних втрат від зовнішньої незворотності в циклі шляхом інтенсифікації теплопередачі забезпечує підвищення коефіцієнтів ежекції та відповідно теплових коефіцієнтів ТЕК, а відтак і енергетичної ефективності РМУ в цілому.

Підвищити температуру кипіння у випарнику на 3...5 °С завдяки зменшенню температурного напору можна шляхом інтенсифікації теплообміну. Для цього необхідно вилучити дисперсний режим течії з украй низькою інтенсивністю тепловіддачі, тобто обірвати фазовий перехід до його завершення. Для ефективної роботи ежектора треба, щоб силова та ежектована пара (відповідно після генератора та випарника) була сухою насиченою або перегрітою, оскільки попадання рідини з генератора пари в сопло ежектора, а з випарника на його всмоктування призведе до падіння коефіцієнта ежекції і теплового коефіцієнта. Щоб уникнути цього, після генератора пари і випарника необхідно встановлювати відокремлювач рідини (ВР). Відсепаровану рідину можна випаровувати у другому ступені (у разі генератора) або в самому випарнику, тобто здійснювати її рециркуляцію, наприклад інжектором (схема на рис. 11), що використовує потенційну енергію рідини високого тиску після конденсатора, яка зазвичай втрачається у дросельному клапані. При цьому досягається приріст коефіцієнта ежекції U і теплового коефіцієнта  майже на 0,1 (рис. 12). При вельми незначних U, які становлять