船舶主机热平衡分析及其余热利用
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收稿日期:2007212228
修回日期:2008201207
作者简介:甘念重(1971-),男,学士,实验师。研究方向:船舶制冷与空调技术。E2mail:ganaaa@mail.whut.edu.cn
文章编号:167127953(2008)0220066204
船舶主机热平衡分析及其余热利用甘念重(武汉理工大学能源与动力工程学院,武汉430063)
摘 要:通过对一条具体船舶主机的参数分析和热量计算,得出其热量平衡图。通过对热量平衡图的分析,提出了主机余热利用的主要途径和相应的限制条件,并说明了提高船舶柴油机热经济性的方向。关键词:主机;热平衡;余热;利用中图分类号:U664.121 文献标志码:B
HeatBalanceAnalysisandWasteHeatUtilizationforMainEnginesinVesselsGANNian2zhong(SchoolofEnergyandPowerEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China)Abstract:Thepaperanalysestheparametersandcalculatesquantityofheatofthecertainship,educestheheatbalancefig.Itbringsforwardmainapproachesandrestrictedconditionsforusingwasteheatofmainen2ginethroughanalyzingthefig,andpointsoutthewaytoimprovetheheateconomyofship’sdieselengines.Keywords:mainengine;heatbalance;wasteheat;utilization
现代商船上柴油机的热效率虽说较高,但一般也仅在50%左右,其余50%左右的热量通过排气、冷却水等方式被带走,因此,对这部分余热的充分利用是船舶节能的关键所在。柴油机热平衡一般是以试验的方法进行研究,研究的主要目的是[1]:1)了解热量分配情况,为提高柴油机的经济性指明方向,便于对废热利用的研究。2)为冷却系统和排气系统提供原始的数据。3)对新型强化柴油机高温零件的热负荷进行评价。1 远洋货轮主机的热平衡分析1.1 某船主机的相关参数主机型号:MANB&W6S70MC2C;最大持续功率:18630kW,转速:91.0r/min;正常持续功率:15835kW,转速,86.2r/min;缸数:6;缸径:700mm;行程:2800mm;主机单缸排量:
1077L。主机淡水冷却泵:2台,单台功率,26kW;转速,1800r/min;单台流量,165m
3
/h。
主机滑油循环泵(其中仅65%的滑油供主机本体润滑冷却用):2台,单台功率,110kW;转速,1800r/min;单台流量,395m
3
/h。
1.2 主机运行参数记录(此工况下主机的功率Pe=14850kW)
主机转速/(r・min
-1)
85.6;
主机燃油消耗/(t・d)60;
扫气总管温度/℃39;
机舱温度/℃38;
汽缸冷却水进机温度/℃71;
汽缸冷却水出机温度/℃81;
主机滑油进机温度/℃45;
滑油出机平均温度/℃54;
燃油进机温度/℃134;
海水温度/℃30;
增压空气温度/℃170;
增压器废气进气平均温度/℃402;
增压器废气排气平均温度/℃279。
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第37卷 第2期2008年4月 船海工程SHIP&OCEANENGINEERING Vol.37 No.2Apr.20081.3 主机的热平衡计算柴油机的热平衡方程[2]可表示为:Qf=Qe+Qex+Qcw+Qco+Qr(1)式中:Qf———柴油机燃料燃烧产生的总热量;Qe———转化为有效功的热量;Qex———排气带走的热量;Qcw———冷却水带走的热量;Qco———润滑油带走的热量;Qr———其他热量损失。1.3.1 Qf的计算Qf=Mf×Hu(2)式中:Mf———燃油的消耗量,kg/h;Hu———燃油的低热值,kJ/kg。该船主机所用燃油(重油)为:ρ=0.964×103kg/m3,其低发热值Hu=40780kJ/kg,记录该船24h的燃油消耗为G=60t,Mf=2500kg/h,则:Qf=Mf×Hu=40780×2500=101.95×106kJ/h=28.32×103kW1.3.2 Qe的计算Qe=3.6×103Pe(3)式中:Pe———柴油机输出功率,kW。在本记录工况时,Pe=14850kW,则:Qe=53.46×106kJ/h。1.3.3 Qex的计算Qex=Mex×cpex×(t1排2t1进)(4)式中:Mex———表排气的质量流量,kg/h;cpex———排气的平均比定压热容,kJ/(kg・℃);t1进———主机进气温度,℃;t1排———主机排气温度,℃。由于排气温度较高,常用流量计无法满足测量条件的需求,根据质量守恒定律,Mex可以用下面的等式代替[3],即: Mex=Ma+Mf=0.001Pe・b+n・ρ・Vs・i・;
;
k———机型计算系数,二冲程机为1,四冲程机为2。此工况条件下,Pe=14850kW,b=168.35
g/(kW・h),n=85.6r/min,ρ=1.29kg/m3,V
s
=1077L,i=6,(主机是
二冲程直流扫气)。将上述参数代入式(5),得:
Mex=91124.13kg/h
取排气的平均比定压热容c
pex
=1.05kJ/(kg
・℃),t1排=402℃(取增压器前排气管中的温度),t1进=38℃(取机舱温度),将上述参数及计算出的Mex代入式(4)中,则:
Qex=91124.13×1.05×(402-38)=
34.83×106
kJ/h
1.3.4 Qcw的计算Qcw=Mcw×cpw
×(t2排-t
2进
)(6)
式中:Qcw———柴油机冷却水带走的热量,kJ/h;
Mcw
———冷却水的质量流量,kg/h;
cpw
———冷却水的平均比定压热容,
kJ/(kg・℃);t2进
———冷却水的进机温度;
t2排
———冷却水的出机温度。
取水的密度ρ=1×10
3kg/m3
,水的平均比定
压热容c
pw
=4.192kJ/(kg・℃),t2排=81℃,t
2进
=71℃,冷却水泵的质量流量Mcw=165m3/h×
103kg/m3=165×103kg/h,则:Qcw=165×10
3×4.192×(81-71)
=
6.92×106
kJ/h
1.3.5 Qco的计算Qco=Mco×cpo
×(t3排-t
3进
)(7)
式中:Qco———柴油机滑油带走的热量,kJ/h;
Mco
———滑油的质量流量,kg/h;
cpo
———滑油的平均比定压热容,kJ/(kg・K);
t3进
———滑油的进机温度;
t3排
———滑油的出机温度。
取滑油的密度ρ=0.86×10
3kg/m3
,平均比
定压热容c
po
=2.0kJ/(kg・℃),t3排=54℃,t
3进
=45℃,有供给主机本体滑油的质量流量Mco=
395×0.65×0.86×103=220.81×103kg/h,则:Qco=220.81×10
3×2.0×(54-45)
=
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船舶主机热平衡分析及其余热利用———甘念重
