Bảng 1. Các thông số kỹ thuật của động cơ Wartsila 6L20
Hệ thống xả
Công xuất xả ở 100% tải kg/s 2,57
Công xuất xả ở 85% tải kg/s 2,25
Công xuất xả ở 75% tải kg/s 1,95
Nhiệt độ khí xả sau tuabin tăng áp ở 100% tải °C 305
Nhiệt độ khí xả sau tuabin tăng áp ở 85% tải °C 295
Nhiệt độ khí xả sau tuabin tăng áp ở 75% tải °C 305
Đường kính trong của ống xả mm 420
Đường kính ngồi của ống xả mm 600
Máy phát điện nhiệt – điện được khuyến nghị lắp đặt theo phương thẳng đứng. Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị ngay trên đường xả của động cơ Wartsila 6L20 (phía sau tuabin tăng áp). Tính tốn được thực hiện cho máy phát điện nhiệt – điện ở mức 75%, 85% và 100% tải của động cơ. Các thông số như công suất của máy phát điện nhiệt – điện (P), cường độ dòng điện và hiệu điện thế ở đầu ra (I, U), công xuất xả sau thiết bị (G), nhiệt độ của khí xả (tx) và của nước (tn) sau thiết bị, hiệu suất của thiết bị (η), vận tốc dịng khí xả sau thiết bị (ϑ) đều được xác định.
4.1. Phiên bản cơ sở của máy phát điện nhiệt – điện
Thiết kế do các tác giả đề xuất trong [1,2,3] được lựa chọn làm phiên bản cơ sở của máy phát điện nhiệt – điện. Phương pháp tính tốn các thơng số của máy phát điện nhiệt – điện dựa trên các phương pháp đã biết đến để tính tốn các thiết bị nhiệt – điện và bộ trao đổi nhiệt được mô tả trong [1,2]. Kết quả tính tốn được thể hiện trong Bảng 2.
Các phương pháp tăng cường hiệu quảlàm việc của máy phát điện nhiệt
– điện
Tạo ra vật liệu nhiệt – điện tốiưu
Sửdụng vật liệu cấu trúc nano Sửdụng sơn nhiệt
– điện
Tăng cường trao quá trình đổi nhiệt
Sửdụng tác động của trường âm Sửdụng tác động
của điện từ Tăng cường bềmặt
Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 04 – 11/2018 55
Bảng 2. Kết quả tính tốn cho phiên bản cơ sở của máy phát điện nhiệt – điện
Ne (%) P (kW) I (A) U (V) G (kg/s) tx (°C) tn (°C)
75 5.5 16.2 341 1.95 243 38
85 5.4 16.1 336 2.25 242 38
100 5.7 16.4 349 2.57 256 38
4.2. Phiên bản nâng cấp của máy phát điện nhiệt – điện
Theo các khuyến nghị của tác giả bài báo [4], kích thước, góc nghiêng, số lượng và chất liệu của các tấm nghiêng đã được chọn. Theo Hình 5, một máy phát điện nhiệt – điện với bề mặt trao đổi nhiệt được tăng cường đã được thiết kế. Phương pháp tính tốn tương tự như phiên bản cơ sở nhưng bao gồm các sửa đổi có tính đến sự thay đổi trên bề mặt của bộ trao đổi nhiệt. Đặc biệt, việc tính tốn hệ số truyền nhiệt của khí xả đã được thay đổi. Kết quả tính tốn được thể hiện trong Bảng 3.
Hình 5. Thiết kế máy phát điện nhiệt – điện với bề mặt trao đổi nhiệt được tăng cường Bảng 3. Kết quả tính tốn cho phiên bản nâng cấp của máy phát điện nhiệt – điện
Ne (%) P (kW) I (A) U (V) G (kg/s) tx (°C) tn (°C)
75 5.8 16.72 352 1.95 240.9 38
85 5.75 16.62 346.43 2.25 240.5 38
100 6.09 16.92 360.12 2.57 255.3 38
5. Kết luận
Dựa trên kết quả tính tốn có thể kết luận: Tăng cường trao đổi nhiệt bằng cách sử dụng kết cấu tấm nghiêng đối xứng có thể làm tăng đáng kể hiệu quả hoạt động của máy phát điện nhiệt – điện. Các thơng số tính tốn của phiên bản nâng cấp của máy phát điện nhiệt tăng so với phiên bản cơ sở. Cụ thể, công suất tăng 6%, hiệu suất tăng 4%, nhiệt độ khí thải tại đầu ra của máy phát điện nhiệt – điện giảm 1%, vận tốc dịng khí xả tăng 12%, nhưng giá trị của nó nằm trong giới hạn chấp nhận được, cho phép kết luận rằng việc lắp đặt các bề mặt nghiêng không dẫn đến khả năng kháng khí động học đáng kể của hệ thống khí thải.
Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 04 – 11/2018 56
Hình 6. So sánh cơng suất của máy phát điện nhiệt – điện phiên bản cơ sở và phiên bản nâng cấp
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Нгуен К. Д. Утилизация теплоты отработавших газов судовых дизелей в термоэлектрических генераторах: диссертация кандидата технических наук: 05.08.05/НгуенКонгДоан, Астрахань, 2012.- 163с. [2] Халыков К. Р. Повышение эффективности утилизационных комплексов при использовании термоэллектрических генераторов: диссертация кандидата технических наук: 05.08.05/ХалыковКамильРафаэльевич, Астрахань, 2014.- 122 с. [3] Патент №108214 РФ, МПК Н01L 35/02. Устройство для утилизации теплоты отработавших газов в судовых энергетических установках/С.В. Виноградов, К.Р. Халыков, К.Д. Нгуен, Е.Г. Корниенко, С.А. Слепухин. Опубл. 10.09.2011 Бюл. №25. [4] Ройзен Л.И., Дулькин И.Н. Тепловой расчет оребренных поверхностей. Под ред. В.Г. Фастовского М. Энергия 1977г. 256 с.
[5] Analysis of heat exchanger for automatic thermoelectric generator- July 2016, Volume 3, Issue 7 JETIR (ISSN-2349-5162). 5.5 5.4 5.7 5.8 5.75 6.09 7 5 8 5 1 0 0 CÔ N G S UẤ T (KW )
CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ (%)
Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 04 – 11/2018 57