Как это следует из рассмотрения теплового баланса двигателя, наиболь­шими тепловыми потерями являются унос тепла охлаждающей водой и вы­пускными газами. В судовых установках может быть использовано как теп­ло, уносимое охлаждающей водой, так и уносимое выпускными газами. Однако низкая температура охлаждающей воды по выходе из двигателя (особенно при охлаждении двигателя забортной водой) ограничивает воз­можности непосредственного использования этого тепла. Применение вы­пускных газов двигателя для целей отопления водогрейных или паровых котлов, получивших название утилизационных котлов, позволяет исполь­зовать тепло, уносимое газами. Утилизационные котлы устанавливаются на судне для получения горячей воды с температурой 80—95° С, или для полу­чения водяного пара низкого давления (3—7 кГ/см²). Получившие приме­нение утилизационные котлы могут быть разделены на следующие типы: котлы, отапливающиеся только выпускными газами (чисто утилизационные котлы); котлы, отапливающиеся газами и жидким топливом попеременно; котлы, допускающие одновременное отопление газами и жидким топливом.

Уравнение теплового баланса утилизационного котла можно предста­вить так:

где Q — тепло газов, подведенное к котлу в ккал/ч;

Q₁ — тепло, переданное воде в котле;

Q₂ — тепло, уносимое газами, уходящими из котла;

Q₃ — тепло, теряемое стенками котла в окружающую среду. Количество тепла подводимого газами равно

где t_г? — температура газов перед котлом.

Тепло, уносимое газами, уходящими из котла, равно

где t_г?? — температура газов, покидающих котел.

Температуру t_г?? принимают в зависимости от температуры пара в котле (t_г?? = t_п + 50° С), но не меньше 180° С.

При меньшей температуре возможна конденсация паров воды, имею­щихся в продуктах сгорания, а потому имеет место коррозия стенок выпуск­ного тракта.

Тепло, теряемое стенками котла в окружающую среду, при надлежащей теплоизоляции их, составляет примерно 5% от тепла, переданного котлу:

Коэффициент полезного действия утилизационного котла будет равен

После подстановки значений Q₂ и Q находим значение к. п. д. котла, выраженное через температуры газов:

Необходимая поверхность нагрева утилизационного котла определяет­ся по следующей формуле:

t_в — температура воды в котле;

k — коэффициент теплопередачи от газов к воде.

Коэффициент теплопередачи от газов к воде главным образом опреде­ляется коэффициентом теплопередачи от газов к стенкам котла, который зависит от скорости газового потока и расположения поверхностей нагре­ва котла (расположения труб).

При скорости газов в котле 35—40 м/сек и при поперечном омывании газами труб котла коэффициент теплопередачи достигает величины 100— 110 ккал/м²ч·град; то же, но при продольном омывании труб, коэффициент теплопередачи составляет 80—90 ккал/м³ч·град.

Количество переданного тепла воде в котле равно

где i — теплосодержание выделяемого пара в котле;

t_в? и t_в?? — температуры входящей и выходящей воды из котла. Количество жидкого топлива, эквивалентное использованному теплу в утилизационном котле, равно

Повышение эффективного к. п. д. установки при использовании тепла выпускных газов в утилизационном котле составляет 4—10%. Наиболее эффективным является использование тепла выпускных газов четырехтакт­ных дизелей.

Утилизационные котлы выполняются как газотрубные, так и водотруб­ные. Наибольшее допустимое сопротивление газовому потоку в утилиза­ционном котле равно у четырехтактных дизелей 500 мм. вод. ст., двухтакт­ных — 250 мм. вод. ст. При имеющемся достаточном объеме котла они одновременно заменяют глушитель.

Основные характеристики утилизационных котлов, получивших при­менение в судовых установках, приведены в табл. 8.

В судовых установках с мощностью дизеля 150—300 л. с. получили при­менение водогрейные газотрубные утилизационные котлы.

На рис. 151 показан продольный разрез водогрейного газотрубного утилизационного котла конструкции ЦТ КБ МРФ. Основные характерис­тики этого котла: поверхность нагрева 1,7 м²; теплопроизводительность при работе от четырех­тактного дизеля мощно­стью 150 э. л. Q₁ = 15 000 ккал/ч при мощно­сти дизеля 225 э. л. с.; Q₁ = 20 000 ккал/ч, вес котла без воды 163 кг и с водой 201 кг.

Котел имеет простую конструкцию и малое со­противление газовому по­току. Выпускные газы дви­гателя подводятся сверху и по трубкам с внешним диаметром 45 мм переме­щаются вниз. Вода в ко­тел (в пространство между газовыми трубками) подво­дится сбоку внизу котла и отводится вверху котла.

Расположение патрубков подвода и отвода воды на приведенном чертеже не показано. Снаружи ко­тел имеет теплоизоляцию.

Имеющаяся внизу котла камера способствует сни­жению шума выпуска. Га­зы из котла отводятся по одному из двух имеющих­ся патрубков, другой пат­рубок при этом закрывает­ся заглушкой.

Наряду с газотрубны­ми получили применение в судовых установках паро­вые водотрубные утилиза­ционные котлы с принуди­тельной циркуляцией.

На рис. 152 приведен общий вид (продольный разрез) и поперечный раз­рез утилизационного водо­трубного парового котла с принудительной циркуляцией. Котел имеет рабочее давление 8 кГ/см²,. поверхность нагрева 14,2 м² и паропроизводительность 120 кг/ч. Рассмат­риваемый котел змеевикового типа; вода, нагнетаемая насосом из прием­ного коллектора 1 котла, поступает в трубы, спирально расположенные в горизонтальных плоскостях. Котел состоит из десяти спиральных змееви­ков, один конец каждого (входной) соединен с приемным коллектором кот­ла, а другой — с отводящим коллектором 2. Нагнетаемая вода проходит путь в котле от приемного коллектора по трубопроводу одного из спи­ральных змеевиков и поступает в отводящий коллектор.

Выпускные газы двигателя поступают в котел снизу; их поток при своем движении вверх омывает грубы змеевиков, внутри которых циркулирует вода. При таком расположении труб и направлении движения газового по­тока с большой скоростью коэффициент теплопередачи от газов к стенкам достигает наибольшего значения. Вода, многократно циркулируя в котле, нагревается до температуры парообразования, выделяющийся пар уносится из котла вместе с водой и поступает в специальный паросборник или в имею­щийся в установке вспомогательный котел.

Для достижения примерно одинакового нагрева воды во всех змеевиках верхние из них имеют клапаны для регулирования скорости циркуляции воды. Опыт эксплуатации показал, что котлы с принудительной циркуляцией достаточно надежны и удобны. Совместная работа утилизационного котла этого типа и вспомогательного котла, который используется как сепаратор пара утилизационного котла, обеспечивает судно паром при всех режимах его работы.