Баланс потужності, граничні коефіцієнти використання палива

2. Баланс потужності, граничні коефіцієнти використання палива

Механічний ККД газопоршневого двигуна (ЦПД) у розглянутому діапазоні потужності становить 30-38% при номінальному навантаженні. Особливістю ГПД є незначне зниження ефективності аж до навантажень, що становлять 0,3 - 0,5 від номінальної. Так, наприклад, ККД агрегату на базі конвертованого для роботи на природному газі дизельного двигуна Ярославського моторного заводу ЯМЗ 8401 (12-циліндровий дворядний двигун) при номінальній електричної навантаженні 320 кВт становить 34%, а при зменшенні навантаження вдвічі ККД знижується до 29%.

Основні джерела тепла установки (рис. 1): тепло охолоджуючої блок циліндрів рідини (води, гліколю) - Q ож, тепло масляної системи двигуна - Qm. тепло охолоджувача надувочного повітря (для двигуна з турбонаддувом) - Qhb. тепло газоподібних продуктів згоряння - Qnc. Радіаційні і конвективні втрати тепла в навколишнє середовище від агрегату - QpK складають 5-6% від располагаемой потужності.

Рівень температури системи охолодження двигуна (80-90 ° С), масляної системи (90-110 ° С) і температури продуктів згоряння за турбінами турбокомпресорів (550-650 ° С) цілком достатній для того, щоб використовувати тепло двигуна як для цілей опалення та гарячого водопостачання, так і для виробництва технологічної пари. Контур системи проміжного охолодження наддувочного повітря має відносно низький температурний потенціал (30-50 ° С) і відбирається тепло може бути корисно використано тільки для попереднього підігріву підживлювальної води зовнішніх контурів теплопостачання і системи гарячого водопостачання (ГВП).

Залежно від ступеня стиснення температура повітря на виході з турбокомпресорів становить 90-120 ° С. Для стійкої роботи двигуна на максимальних потужностях температура газоповітряної суміші, що надходить в циліндри двигуна, не повинна перевищувати 40 ° С. Відповідно теплова потужність, що відбирається в теплообмінниках охолоджувачах повітря (інтеркулер), становить 5-8% від потужності, запасеної в паливі.

Остаточно енергетичний баланс замикають втрати енергії за рахунок теплоємності газів. Розраховані по рівноважного складу газу при перепаді температур 100 ° С ці втрати становлять 4-6% від енергії, запасеної в паливі.

З наведених міркувань і оцінок випливає, що граничний коефіцієнт використання палива (без урахування внутрішньої теплоти пароутворення води) складе 88-91% незалежно від ККД установки, тому що всю теплову енергію, за винятком втрат, можна утилізувати в ефективних теплообмінниках.

Як уже зазначалося, температурний потенціал інтеркулерів відносно низький і його використання в системах теплопостачання проблематично. Відповідно, реально досяжний коефіцієнт використання палива не буде перевищувати 86%.

Як приклад на рис. 2 приведена структура енергетичного балансу газопоршневого двигуна QSK 19 G електричною потужністю 315 кВт виробництва компанії Cummins Power Generation (США). Коефіцієнт використання палива міні-ТЕЦ на базі цього двигуна становить 76%.

Відносно низька теплова ефективність установки (47%) пов'язана з тим, що двигун розрахований на роботу на збідненої паливної суміші, внаслідок чого значно знижена температура продуктів згоряння за турбіною і їх теплової