经济学论文：船舶基本总能热力系统热平衡及经济性分析

 船舶动力装置所需能量包括产生推进功率的机械能、供应全船机电设备用电的电能以及满足全船用蒸汽和热水的热能。这三种能量形式不同，但它们都来自于一次能源--燃料的化学能。所谓船舶总能热力系统是指由若干动力机械、热交换设备、连接管网和其它辅助机械设备及系统组成的，用于实现热能传递、转换或完成某些特殊反应过程的系统。 　　 1.柴油机船舶动力装置基本总能系统的热平衡 　　图1是较为简单的柴油机动力装置船舶总能热力系统热线图。装置输入的能量包括产生船舶推进功率的主柴油机消耗燃料的能量；供应全船用电的辅柴油机发电机组消耗燃料的能量；供应全船蒸汽和热水的燃油辅助锅炉所消耗燃料的能量三个部分。装置输出的能量是主、辅柴油机和锅炉将它们从燃料中吸收热量的一部分转变为有用机械功率、电功率及有用热，一部分被排气带走，另一部分被冷却水带走，还有一部分为机械传动系统和螺旋桨损失的当量热量及机械表面散热所带走的热量。三个主要耗能机械在工作时能量产生过程是相互独立的，整个装置作为一个总能系统是由各个机组单独地组合起来的。该基本总能系统的热平衡方程式为：
　　称为附加效率。从式（4）可见，总能系统热效率十分重要地取决于附加效率ηAD。ηAD的大小一方面取决于所选用的辅柴油机、辅助锅炉的热效率及辅助机械耗热、耗汽和耗电设备的工作经济性，即应尽可能减少辅柴油机和辅助锅炉的相对油耗率α和β；另一方面柴油机的废热利用，总能系统的合理配置及其完善程度均会明显地影响附加效率的大小。
　　 3.带有余热利用的柴油机动力装置船舶总能系统经济性分析
　　由式（1）可知，主柴油机排气余热损失GME（HME-hME）在总能量中占有较大份额，一般达到27%～40%，且主柴油机排气余热温度高，可利用的单位热量大，船舶上除采用废气涡轮机装置回收部分热量用以提高柴油机有效功率外，还可利用废气锅炉来进一步回收排气余热，产生蒸汽和热水，或通过蒸汽透平进行发电，以全部或部分代替辅助锅炉和辅柴油机，减少辅柴油机和辅助锅炉的相对油耗率α和β，提高总能系统的附加效率。而主柴油机冷却水余热的温度低，量大，通常可用来进行制淡或制冷。
　　图2为柴油机动力装置船舶废热利用方案的综合热线图，设废除气锅炉产量为DEB，全船需汽量为DS，则为ψ=1-DEB/DS为锅炉燃油节省系数。若废气透平发电量为WAF，全船需电量为WAE（不计废气锅炉和透平系统耗电量），则μ=1-WAF/WAE为发电机节油率。则有总能系统附加效率为：