某船用蒸汽动力系统火用分析 扈鹏宇

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1、中国工程热物理学会工程热力学与能源利用学术会议论文编号：111079某船用蒸汽动力系统火用分析扈鹏宇，李彦军，李晓明（哈尔滨工程大学，动力与能源工程学院，哈尔滨市150001）（Tel：15046678856，Email：hpyadd@163.com）摘要为了提高蒸汽动力系统的经济性，挖掘系统用能潜力，本文对某船用蒸汽动力系统各设备的火用损进行计算分析以及对比。文章以热力学第一定律为基础，对系统进行热力计算并建立火用平衡方程。通过热力学第二定律建立火用分析模型并对不同工况下蒸汽动力系统做火用分析。从结果得知，火用损最大为锅炉工作过程，火用损最小为除氧器工作过程。降低系统火用损失可从改善能耗

2、较大环节如改变锅炉热力参数等入手。关键词船舶；蒸汽动力系统；火用分析0前言蒸汽动力装置凭借其功率大、制造成本低、寿命长、技术成熟等一系列优点，成为我国船用重要动力型式之一。船舶蒸汽动力系统发展一直较为活跃，大型化、复杂化是其发展的方向，经济性、机动性、可靠性则是对其发展的要求。新型船舶锅炉不断涌现，技术水平日益提高，欧美各国研发的几种船用蒸汽动力装置具有可靠性高、经济性好、重量轻尺寸小、机动性好等优势，其中以重量尺寸指标最为明显，普通锅炉装置不能与其相提并论。船舶蒸汽动力系统仍有它的缺点，体现为燃油消耗量大，装置效率低等。所以，运用热力学方法，对热力系统进行火用分析，挖掘用能潜力，进而改善

3、其缺点成为船舶蒸汽动力系统又一关键所在[1-4]。目前对热力系统分析方法可分为两大类：第一定律分析法、第二定律分析法。第一定律的评价指标是热效率，单方面考虑能的量的利用程度，反映的只是能量外部损失，不能揭示系统内部能量质的耗损。热力学第二定律所包含的方法是将第一定律和第二定律结合，从能的量和质，两个角度来评价能的价值，深层次剖析可用能的利用效率。因此比起第一定律分析方法，更科学、更合理地反映了热力学过程。本文以某试验台为研究对象，对其进行火用分析，剖析各设备用能效率，为大型船舶蒸汽动力系统节能改造提出指导性意见与建议[5]。本文研究对象由锅炉本体-B、汽轮机-T、凝汽器-C、给水泵-、除氧

4、器-D、真空泵-等部件组成，如图1所示。锅炉产生饱和蒸汽，一部分饱和蒸汽通过过热器后变成过热蒸汽，以3点状态进入汽轮机，将热能变成汽轮机机械能。出口蒸汽以4点状态进入冷凝器形成凝结水并以5点状态流出，经给水泵进入除氧器。另一部分饱和蒸汽以2点状态进入除氧器，加热来自冷凝器的状态点为6的冷凝水和来基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金（HEUCF100304）、黑龙江省自然科学基金（E201023）自状态点为10的锅炉水，最后给水以8点状态进入锅炉汽包。图1某蒸汽动力系统1系统热力计算热力计算是火用分析的基础，本文根据热力学第一定律相关方法，计算100%工况，80%工况以及70%工况下各点

5、热力参数。从结果可知，额定工况下数值与标准数据相比误差较小，结果见表1。表1各工况汽轮机耗汽量与锅炉产汽量计算主机负荷系数10.80.7主机功率kW1008070过热蒸汽压力MPa1.281.311.49过热蒸汽出口温度随主机负荷降低幅度℃010.627.5过热器出口温度℃365349.4337.5主蒸汽管路压力比0.940.960.97主蒸汽管路温度降℃568汽轮机入口压MPa1.201.261.44汽轮机如口前温度℃360343329汽轮机入口焓值kJ3175.53138.73104.6冷凝器压力比10.880.81冷凝器压力MPa0.0500.0440.041冷凝器入口温度℃185.

6、31167.05151.09冷凝器入口焓值kJ2894.12813.82783.0主机有效效率0.50.490.47绝热焓降kcal/kg326.46324.94321.62汽轮机耗汽量t/h1.261.020.92锅炉相对产汽量t/h0.160.180.20锅炉产汽量t/h1.501.251.152船舶蒸汽动力系统火用分析模型建立与计算结果分析2.1火用的基本概念及表达式本文所研究的船舶蒸汽动力系统在通常状况下，工质在各开口系都是稳态流动，对于稳态流动的工质所具有的火用为焓火用。（1）式中：—工质质量流量，kg/s；—环境温度，K；—工质具有的焓，kJ/kg；—工质具有的熵，kJ/kg·

7、K。火用是能量中的可用能部分，它的收支一般是不平衡的，在实际的转换过程中，一部分可用能将转变成不可用能，火用将减少，称之为火用损失。（2）式中：—进入系统的总火用，kW；—离开系统的总火用，kW。火用效率、火用损率等是作为评价系统或设备用能合理性主要技术指标。火用效率为有效火用占供给火用的百分比，定义为；火用损率是系统中某一过程的火用损与系统总的火用损的比值，定义为[6-7]。2.2各设备火用分析模型2.2.1锅炉火用分