小型船用蒸汽動力系統(tǒng)熱力學(xué)分析及優(yōu)化.pdf

1、船舶蒸汽動力裝置是我國船用主要動力裝置之一。近年來國內(nèi)船舶行業(yè)發(fā)展迅速，其對蒸汽動力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性要求也日益提高。目前國內(nèi)采用的能量分析法僅從數(shù)量的角度對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，無法揭示用能的薄弱環(huán)節(jié)。因此利用先進(jìn)熱力學(xué)分析方法挖掘系統(tǒng)用能潛力，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。利用熱力學(xué)理論與計算機(jī)仿真技術(shù)，對小型船舶蒸汽動力系統(tǒng)進(jìn)行了熱力學(xué)分析及優(yōu)化，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)出一套可視化熱力系統(tǒng)分析軟件。
　　 在熱力學(xué)第一定律

2、基礎(chǔ)上，利用熱質(zhì)平衡原理驗(yàn)證了小型蒸汽動力系統(tǒng)產(chǎn)汽量滿足不同工況下設(shè)備用汽量需求，并對系統(tǒng)中各設(shè)備進(jìn)行設(shè)計計算，給出了系統(tǒng)的最終配置。在此基礎(chǔ)之上，對鍋爐進(jìn)行熱力計算，驗(yàn)證了設(shè)計的合理性，同時對汽輪機(jī)、凝汽器以及儲汽筒進(jìn)行了性能計算為后文(火用)分析打下基礎(chǔ)。利用MATLAB/SIMULINK搭建仿真模型，對系統(tǒng)在不同工況下供汽進(jìn)行性能分析，得知：單獨(dú)向汽輪機(jī)供汽時，鍋爐效率隨系統(tǒng)負(fù)荷降低而增加并且得到汽輪機(jī)排出的汽體仍處于過熱狀態(tài)是導(dǎo)

3、致循環(huán)效率低下的原因；單獨(dú)向儲汽筒供汽時，在保持充汽初壓不變情況下，隨著初壓與終壓壓差的減小，充汽質(zhì)量與充汽時間降低，閃蒸比例增加，同時得到儲汽筒是一個節(jié)能設(shè)備，可利用其制造或儲存大量能量；同時供汽時，如若鍋爐供汽量保持不變，則儲汽筒的充放汽循環(huán)時間將增加；最后將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)對比，對比結(jié)果驗(yàn)證了計算的準(zhǔn)確性，并可以利用理論計算方法為實(shí)際運(yùn)行提供理論支撐與指導(dǎo)。
　　 為了了解系統(tǒng)中各個設(shè)備的用能情況，深入分析用能薄弱環(huán)

4、節(jié)，在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上，利用(火用)分析方法，對小型蒸汽動力系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行了(火用)分析，結(jié)果顯示，在汽輪機(jī)單獨(dú)運(yùn)行時，不同工況下，鍋爐的平均(火用)損失系數(shù)為69.4％，凝汽器為11％，汽輪機(jī)為6.8％，不難看出鍋爐是系統(tǒng)用能的薄弱環(huán)節(jié)；利用鍋爐(火用)分析白箱模型對其(火用)損進(jìn)行了較為詳細(xì)的計算，得到傳熱過程(火用)損、燃燒過程(火用)損、排煙(火用)損占主要比例的結(jié)論，應(yīng)該通過改善燃燒和減小傳熱溫差的方式降低其(火用)損失

5、；對不同工況下儲汽筒充汽以及放汽過程的(火用)損進(jìn)行了計算并做了分析，得知充汽過程(火用)損失要高于放汽過程的(火用)損失。
　　 基于熵產(chǎn)最小原理，運(yùn)用有限時間熱力學(xué)的方法，建立了內(nèi)可逆卡諾循環(huán)模型，并用平均溫度法確定了冷熱源最佳溫差方程，結(jié)合實(shí)際參數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析，得知最佳吸熱溫差與放熱溫差分別為183.4℃和6.93℃以及熱力系統(tǒng)的平均放熱溫度過高是造成整個循環(huán)效率低下的主要原因。
　　 利用GUI圖形可視化界