Под внешней утилиза­цией понимается такое использование отходящей теплоты дизельный энергетических установок, которое направлено на обеспечение судовых нужд в электроэнер­гии, отоплении, горячей воде, холоде и других различных потре­бителей, непосредственно (конструкционно или технологически) не связанных с дизельных энергетических установок.

Под внутренней утилизацией понимается использование от­ходящей от дизелей теплоты на удовлетворение разнообразных поностей самой дизельных энергетических установок и главным образом на повышение экономич­ности и мощности дизелей и связанных с ними систем и агрега­тов, на улучшение их характеристик и т. д.

Внешняя утилизация позволяет повысить КПД энергетических установок до 50— 55 %. Например, по данным Научно-исследовательского инсти­тута тепловых двигателей (Франция), общий коэффициент исполь­зования теплоты на ДЭС с дизелями 18РС-Ч суммарной электри­ческой мощностью 18 000 кВт за счет внешней утилизации возрос с 40 до 78 %.

Для энергетических установок, часто работающих с малыми нагрузками и большими коэффициентами избытка воздуха, а также при необходимости регулирования мощности энергетических установок в широком диапазоне фирма «Вяртсиля» (Финляндия) рекомен­дует схему внешней утилиза­ции уходящей теплоты с го­релкой в утилизационных котлов для дожигания отработавших газов. Внеш­няя утилизация считается экономически целесообраз­ной вне зависимости от мощ­ности дизельный энергетических установок.

Схемы внутренней утили­зации отличаются, как пра­вило, простотой, меньшим количеством утилизацион­ного оборудования, мини­мальными транспортными по­терями теплоты. Самый рас­пространенный и довольно эффективный способ приме­нения внутренней утилиза­ции — свободный газотурбинный наддув дизелей, который, правда, использует лишь незначительную часть энергии вы­пускных газов, а срабатываемый в турбине теплоперепад за­висит в основном от степени расширения газов в проточной части. Значительный эффект достигается применением силовой бустерной турбины, мощность которой передается прямо коленча­того вала ди­зеля (рис. 8.13).

Силовая турбина может быть включена последо­вательно (при мощности главного двигателя до 5000 кВт) или параллельно (при мощности главного двигателя свыше 4000 кВт). Фирма «Зульцер» устанавливает силовые турбины на малооборотный дизель типа RТА, а также на среднеоборотного дизеля типа ZА-40. При нагрузке главного двигателя свыше 50 % ожидаемое снижение для серии RТА составляет 4 г/(кВт·ч) (при этом g_e = 159 г/(кВт·ч) для машин RТА-84 при 35 %-ной нагрузке, что соответствует КПД дизеля 54 %).

В качестве внутренней утилизации применяются иногда по­догрев дизельного топлива, нагрев свежего заряда воздуха от­работавшими газами или прямая рециркуляция части отработав­ших газов на впуск дизеля при его работе с малыми нагрузками. Так, рециркуляция 50 % отработавших газов на выпуск дизеля 12ЧН 18/20 при его работе с нагрузкой, равной 10 % N_e, повы­шает ?_е дизеля более чем на 11 % с одновременным уменьшением расхода воздуха почти в 2,5 раза.

В некоторых случах мощность, которую развивает силовая турбина, работающая на паре из утилизационных котлов и кинематически связанная с коленча­того вала дизеля, может достигать 17,5 % мощности самого дизеля, что позволяет экономить до 15 % топлива. В определенных схе­мах энергетических установок может оказаться рациональным сочетание схем внешней и внутренней утилизации отбросной теплоты дизелей (рис. 8.14).

Высокоэкономичная система утилизации разработана фирмой «Пилстик» для своих среднеоборотного дизеля в условиях ВТО до 130 °С (рис. 8.15). Она позволяет развить в утилизационный турбогенератор мощность, равную 10—12 % мощ­ности главного двигателя. Ходовой генератор может быть переключен в режим электродвигателя, и тогда мощность утилизационный турбогенератор суммируется с мощно­стью главного двигателя. Между ходовым генератором и редукторной переда­чей к ГВ введена муфта сцепления, а между редуктором и дизе­лем — гибкая муфта. На малом ходу мощность утилизационный турбогенератор передается на шины и позволяет отключить часть вспомогательных дизель-генератора. Экономия в затратах на топливо, по данным фирмы, достигает 21 %. Применение cистемы глубокой утилизации теплоты с целью использования вырабатывае­мого пара в утилизационный турбогенератор и в турбинах, передающих мощность на ГВ, позволяет снизить g_е на дизельный энергетических установок до 170 г/(кВт. ч) (по зарубежным данным).

Для повышения эффективности cистемы глубокой утилизации теплоты в будущем возможно применение в качестве рабочего тела вместо воды низкокипящей жидкости (например, фреонов-R11, -R114, флуоринолов-50, -85 и -90). Флуоринол-85 (СF₃СН₂ОН + Н₂0) имеет температуру кипения 76,1 °С и сохраняет химическую стабильность при тем­пературах до 343 °С. Теплота парообразования при 230 °С со­ставляет 97 кДж/кг, т. е. почти в 20 раз меньше, чем у воды. Фирма «Митсуи» (Япония) создает cистемы глубокой утилизации теплоты и утилизационный турбогенератор мощностью 500 кВт (рис. 8.16).

Прямоточный цикл позволяет достичь вы­сокого давления, близкого к критическому (4,9 МПа), и избежать кислородной коррозии внутренней поверхности змеевиков из-за отсутствия контакта теплоносителя с атмосферой.

Основные преимущества cистемы глубокой утилизации теплоты на низкокипящих теплоноси­телях: расширение пара происходит в области перегретого пара, что значительно упрощает конструкцию турбины, так как устра­няется эрозия лопаток; меньшие габариты турбины по сравнению с турбиной на водяном паре.

За рубежом все большее распространение находят высококипящие теплоносители (термальные жидкости), обладающие вы­сокой температурой кипения (259—300 °С) и низкой температурой застывания (до —40 °С). Утилизационных котлов, работающие на высококипящих теплоносителях, по конструкции принципиально не отличаются от обычных паровых котлов, однако в изготовлении они дешевле, так как отсутствуют толстостенные трубки (теплопередача про­исходит почти при атмосферном давлении). Теплоносители — ми­неральные масла не вызывают коррозии металла и отложений на­кипи внутри труб. Такие утилизационные установки значительно проще вследствие исключения из схемы сепаратора пара, конденсатора, теплого ящика и др.; отмечено уменьшение износа цилиндровой втулки и поршневых колец, что положительно от­ражается на работе утилизационных котлов.

Высококипящие теплоносители можно успешно применять для утилизации теплоты продувочного воздуха (рис. 8.17). Те­плоноситель нагревается первоначально в охладителе продувочного воздуха, после чего отдает теплоту в подогревателе питатель­ной воды и затем поступает на вспомогательные потребители. На стоянке судна термальная жидкость нагревается паром от вспомогательного котла (дизель-генератора на судне отсутствуют). На ходу электроэнергия вырабатывается утилизационный турбогенератор, на стоянке — стояноч­ным турбогенератором, работающим на насыщенном паре от ВК.

Практический интерес представляет дальнейшее исследова­ние возможностей применения cистемы глубокой утилизации теплоты с единым теплоносителем в системе охлаждения главного двигателя к системе утилизации выпускных га­зов, которая по самым минимальным оценкам может обеспечить повышение КПД дизельный энергетических установок на 17—20 % (рис. 8.18).

Наиболее значительным достижением в области проектиро­вания и постройки систем глубокой утилизации теплоты за рубежом может считаться трех­ступенчатая cистемы глубокой утилизации теплоты, установленная на японских балккэриерах. На судне с главного двигателя мощностью 7 МВт она не только обеспечивает электроэнергией все потребители на ходу судна с помощью утилизационный турбогенератор, но и передает избыточную мощность турбины на ГВ (рис. 8.19).