RU2613756C1 - Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов - Google Patents

Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов Download PDF

Info

Publication number
RU2613756C1
RU2613756C1 RU2015148645A RU2015148645A RU2613756C1 RU 2613756 C1 RU2613756 C1 RU 2613756C1 RU 2015148645 A RU2015148645 A RU 2015148645A RU 2015148645 A RU2015148645 A RU 2015148645A RU 2613756 C1 RU2613756 C1 RU 2613756C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
heat exchanger
turbine
evaporator
steam
Prior art date
Application number
RU2015148645A
Other languages
English (en)
Inventor
Александрс Народицкис
Николай Геннадьевич Кириллов
Ирина Николаевна Зинкевич
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания"
Priority to RU2015148645A priority Critical patent/RU2613756C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2613756C1 publication Critical patent/RU2613756C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к газотурбинным установкам, и может быть использовано в качестве судовой энергетической установки с применением природного газа как альтернативного дешевого и экологически чистого вида топлива. Из криогенной емкости сжиженный природный газ криогенным насосом через испаритель подается в камеру сгорания для его сжигания. Воздух по магистрали атмосферного воздуха через испаритель и воздушный компрессор подается в камеру сгорания . Из камеры сгорания уходящие газы поступают в силовую турбину, где производят полезную работу и вращают вал. Вал связан через редуктор с гребным валом. За счет тепла уходящих газов в теплообменнике-испарителе органическое рабочее тело испаряется и поступает в паровую турбину, в которой производится полезная механическая энергия, передаваемая валу. Изобретение позволяет повысить энергетическую эффективность, снизить количество вредных компонентов в уходящих газах судовой газотурбинной установки, а также упростить установку, снизить массу и габариты судовой газотурбинной установки. 1 ил.

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к газотурбинным установкам, и может быть использовано в качестве судовой энергетической установки с применением природного газа как альтернативного дешевого и экологически чистого вида топлива.
Известно об экономической эффективности применения сжиженного природного газа (СПГ) для различных видов автотранспорта и энергоснабжения удаленных населенных пунктов (Кириллов Н.Г. СПГ - моторное топливо XXI века. // Нефть. Газ. Промышленность, №3, 2007. - Стр. 44-47).
Известно об экологической эффективности использования природного газа в энергетических установках. Замена традиционных видов моторного топлива (бензина и дизельного топлива) на природный газ позволяет снизить выбросы вредных компонентов отработанных газов в 3-8 раз (Кириллов Н.Г. Природный газ как моторное топливо и экология автомобильного транспорта России. М.: ИРЦ «Газпром», 2003. - Стр. 11-17).
Известно устройство энергетической установки на сжиженном природном газе, состоящее из двигателя и системы хранения сжиженного природного газа и подачи природного газа в двигатель, включающей в себя резервуар для хранения сжиженного природного газа, испаритель сжиженного природного газа с линией подачи греющей среды (патент РФ №2208747, опубл. 20.07.2003). Однако в данной энергетической установке не используется тепло уходящих газов для производства дополнительной механической энергии.
Известно устройство установки на основе органического цикла Ренкина, представляющее собой замкнутый контур с органическим рабочим телом, содержащим турбину на валу с электрогенератором, испаритель, конденсатор, теплообменник-рекуператор, насос и систему охлаждения установки на основе органического цикла Ренкина (Соболь В.А. Мини-ТЭЦ в Речице, передовые технологии в области использования местных видов топлива. // Журнал «Энергетическая Стратегия», №2(20), 2011. Стр. 57-59).
Однако данная энергоустановка предназначена для работы на твердой биомассе и не может быть использована для утилизации теплоты отработанных газов судовой газотурбинной установки.
Известна энергетическая система по утилизации теплоты отработанных газов газовых турбин, включающая в себя газовую турбину, промежуточный контур использования теплоты отработанных газов газовой турбины в виде контура с паровой турбиной и теплоутилизационную парогенераторную установку (заявка на изобретение РФ №2010153492, опубл. 10.07.2012, Бюл. №19).
Однако данная энергетическая система сложна в конструктивном изготовлении, не обеспечивает использование всего потенциала теплоты уходящих газов для выработки полезной электрической энергии и не предусмотрена для использования сжиженного природного газа.
Известно устройство энергетической установки с парогазовой установкой, содержащее газотурбинный двигатель с компрессором, камерой сгорания и силовой газовой турбиной, а также котел-утилизатор с пароперегревателем и газоводяным подогревателем питательной воды и конденсационную паровую турбину (заявка на изобретение РФ №2012152236, опубл. 04.12.2012, Бюл. №16). Однако для применения парового контура с водой в качестве рабочего тела необходимы более высокие температуры уходящих газов и наличие парогенератора высокого давления.
Известно устройство судовой газотурбинной установки с утилизацией тепла уходящих газов, содержащей газотурбинный двигатель, состоящий из воздушного компрессора, камеры сгорания и силовой турбины, и паровой контур с паровой турбиной и теплообменником-испарителем с проходящей через него магистралью уходящего газа газотурбинного двигателя, при этом валы силовой турбины и паровой турбины подключены через редуктор к гребному валу (авторское свидетельство №1282625, опубл. 27.07.1999). Недостатками данного технического решения являются: во-первых, то, что силовая и паровая турбины размещены на разных валах, вследствие этого необходимо дополнительное сложное оборудование для передачи мощности паровой турбины на гребной вал; во-вторых, то, что на сжатие воздуха в воздушном компрессоре тратится большое количество энергии, вырабатываемой силовой турбиной, что уменьшает эффективность газотурбинной установки; в-третьих, уходящие газы содержат большое количество вредных веществ.
Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в повышении энергетической эффективности и снижении количества вредных компонентов в уходящих газах судовой газотурбинной установки, а также упрощение и снижение массы и габаритов судовой газотурбинной установки.
Для достижения данного технического результата судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов, содержащая газотурбинный двигатель, состоящий из воздушного компрессора, камеры сгорания и силовой турбины, и паровой контур с паровой турбиной и теплообменником-испарителем с проходящей через него магистралью уходящего газа газотурбинного двигателя, при этом валы силовой турбины и паровой турбины подключены через редуктор к гребному валу, снабжена криогенной емкостью с сжиженным природным газом, криогенным насосом, испарителем сжиженного природного газа, через который проходит магистраль атмосферного воздуха, идущая в воздушный компрессор, теплообменником-подогревателем природного газа, через который проходит магистраль уходящих газов газотурбинного двигателя, при этом воздушный компрессор, силовая и паровая турбина расположены на одном валу, паровой контур выполнен в виде установки органического цикла Ренкина, содержащего теплообменник-испаритель, паровую турбину, рекуператор, теплообменник-конденсатор и циркуляционный насос, магистраль уходящих газов из силовой турбины газотурбинного двигателя последовательно проходит через теплообменник-испаритель парового контура и теплообменник-подогреватель природного газа, а через теплообменник-конденсатор парового контура проходит магистраль охлаждающей среды, например забортной воды.
Введение в состав судовой газотурбинной установки с утилизацией тепла уходящих газов криогенной емкостью с сжиженным природным газом, испарителя сжиженного природного газа, через который проходит магистраль атмосферного воздуха, идущая в воздушный компрессор, теплообменника-подогревателя природного газа, через который проходит магистраль уходящих газов газотурбинного двигателя, воздушного компрессора, силовой и паровой турбин, расположенных на одном валу, применение парового контура, выполненного в виде установки органического цикла Ренкина, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности повышения энергетической эффективности судовой газотурбинной установки, во-первых, за счет снижения расхода мощности на привод воздушного компрессора вследствие охлаждения воздуха, поступающего в воздушный компрессор, до более низких температур ввиду теплообмена при газификации сжиженного природного газа, во-вторых, за счет получения дополнительной мощности от паровой турбины, пар для которой получают в результате использования тепла уходящих газов газотурбинного двигателя, снижение количества вредных компонентов в уходящих газах судовой газотурбинной установки за счет использования в качестве моторного топлива природного газа, также упрощение и снижение массогабаритных характеристик судовой газотурбинной установки с утилизацией тепла уходящих газов за счет отсутствия дополнительного оборудования для передачи мощности паровой турбины на гребной вал путем размещения силовой турбины газотурбинного двигателя и паровой турбины на одном валу.
На фиг. 1 изображена судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов.
Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов содержит газотурбинный двигатель 1 и паровой контур 2, выполненный в виде установки органического цикла Ренкина, где в качестве рабочего тела используется органическое вещество, например пентан, силиконовое масло, фреоны и т.д.
В состав газотурбинного двигателя 1 входят воздушный компрессор 3, камера сгорания 4 и силовая турбина 5.
Паровой контур 2 содержит теплообменник-испаритель 6, паровую турбину 7, рекуператор 8, теплообменник-конденсатор 9 и циркуляционный насос 10.
Воздушный компрессор 3, силовая турбина 5 и паровая турбина 7 расположены на одном валу 11, который через редуктор 12 связан с гребным валом 13 и винтом 20.
Судовая газотурбинная установка снабжена криогенной емкостью 14 с сжиженным природным газом, криогенным насосом 15, испарителем сжиженного природного газа 16, через который проходит магистраль атмосферного воздуха 17, идущая в воздушный компрессор 3, теплообменником-подогревателем природного газа 18, через который проходит магистраль уходящих газов 19 из силовой турбины 5 газотурбинного двигателя 1, при этом магистраль уходящих газов 19 из силовой турбины 5 газотурбинного двигателя 1 последовательно проходит сначала через теплообменник-испаритель 6 парового контура 2, а затем через теплообменник-подогреватель природного газа 18.
Через теплообменник-конденсатор 9 парового контура 2 проходит магистраль охлаждающей среды 21, например забортной воды.
Судовая газотурбинная установка также снабжена магистралью моторного топлива 22, в качестве которого используется природный газ, проходящей через испаритель сжиженного природного газа 16 и теплообменник-подогреватель природного газа 18 в камеру сгорания 4.
Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов работает следующим образом.
Из криогенной емкости 14 сжиженный природный газ криогенным насосом 15 подается в магистраль моторного топлива 22, по которой сжиженный природный газ поступает в испаритель сжиженного природного газа 16. В испарителе 16 сжиженный природный газ испаряется за счет теплообмена с воздухом, поступающим в испаритель 16 по магистрали атмосферного воздуха 17. Далее газообразный природный газ из испарителя 16 поступает в теплообменник-подогреватель природного газа 18, где нагревается за счет теплообмена с уходящими газами и подается в камеру сгорания 4 для его сжигания.
Воздух по магистрали атмосферного воздуха 17 поступает в испаритель 16, где его температура понижается до более низких температур ввиду теплообмена при газификации сжиженного природного газа, а затем поступает в воздушный компрессор 3. В результате охлаждения воздуха до низких температур происходит снижение расхода мощности на привод воздушного компрессора 3. Из воздушного компрессора 3 сжатый и нагретый воздух поступает в камеру сгорания 4 для обеспечения горения природного газа. Использование в качестве моторного топлива природного газа позволяет снизить количество вредных компонентов в уходящих газах судовой газотурбинной установки.
Из камеры сгорания 4 уходящие газы по магистрали 19 поступают в силовую турбину 5 газотурбинного двигателя 1, где производят полезную работу и вращают вал 11. Вал 11 вращает через редуктор 12 гребной вал 13 с винтом 20. Из силовой турбины 5 уходящие газы по магистрали 19 последовательно проходят сначала через теплообменник-испаритель 6 парового контура 2, а затем через теплообменник подогреватель природного газа 18 и удаляются в окружающую среду.
В теплообменнике-испарителе 6 органическое рабочее тело (например, силиконовое масло) парового контура 2 испаряется за счет теплообмена с уходящими газами, поступающими по магистрали 19, и далее пары органического рабочего тела поступают в паровую турбину 7, в которой производится полезная механическая энергия, передаваемая валу 11.
Размещение силовой турбины 5 газотурбинного двигателя 1 и паровой турбины 7 парового контура 2 на одном валу 11 приводит к упрощению и снижению массогабаритных характеристик судовой газотурбинной установки с утилизацией тепла уходящих газов за счет отсутствия дополнительного оборудования для передачи мощности паровой турбины 7 на гребной вал 13.
Из паровой турбины 7 пары органического рабочего тела поступают в рекуператор 8, где происходит теплообмен с жидким органическим рабочим телом, идущим в теплообменник-испаритель 6, затем поступают в теплообменник-конденсатор 9, где они охлаждаются и конденсируются, а затем с помощью циркуляционного насоса 10 подаются в теплообменник-испаритель 6 через рекуператор 8.
Для охлаждения и конденсации паров органического рабочего тела в теплообменник-конденсатор 9 по магистрали 21 подается охлаждающая среда, например забортная вода.
Источники информации
1. Кириллов Н.Г. СПГ - моторное топливо XXI века. // Нефть. Газ. Промышленность, №3, 2007. - Стр. 44-47.
2. Кириллов Н.Г. Природный газ как моторное топливо и экология автомобильного транспорта России. М.: ИРЦ «Газпром», 2003. - Стр. 11-17.
3. Патент РФ №2208747, опубл. 20.07.2003.
4. Соболь В.А. Мини-ТЭЦ в Речице, передовые технологии в области использования местных видов топлива. // Журнал «Энергетическая Стратегия», №2(20), 2011. Стр. 57-59.
5. Заявка на изобретение РФ №2010153492, опубл. 10.07.2012, Бюл. №19.
6. Заявка на изобретение РФ №2012152236, опубл. 04.12.2012, Бюл. №16.
7. Авторское свидетельство №1282625, опубл. 27.07.1999, - прототип.

Claims (1)

  1. Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов, содержащая газотурбинный двигатель, состоящий из воздушного компрессора, камеры сгорания и силовой турбины, и паровой контур с паровой турбиной и теплообменником-испарителем с проходящей через него магистралью уходящего газа газотурбинного двигателя, при этом валы силовой турбины и паровой турбины подключены через редуктор к гребному валу, отличающаяся тем, что снабжена криогенной емкостью с сжиженным природным газом, криогенным насосом, испарителем сжиженного природного газа, через который проходит магистраль атмосферного воздуха, идущая в воздушный компрессор, теплообменником-подогревателем природного газа, через который проходит магистраль уходящих газов газотурбинного двигателя, при этом воздушный компрессор, силовая и паровая турбина расположены на одном валу, паровой контур выполнен в виде установки органического цикла Ренкина, содержащего теплообменник-испаритель, паровую турбину, рекуператор, теплообменник-конденсатор и циркуляционный насос, магистраль уходящих газов из силовой турбины газотурбинного двигателя последовательно проходит через теплообменник-испаритель парового контура и теплообменник-подогреватель природного газа, а через теплообменник-конденсатор парового контура проходит магистраль охлаждающей среды, например забортной воды.
RU2015148645A 2015-11-13 2015-11-13 Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов RU2613756C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148645A RU2613756C1 (ru) 2015-11-13 2015-11-13 Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148645A RU2613756C1 (ru) 2015-11-13 2015-11-13 Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2613756C1 true RU2613756C1 (ru) 2017-03-21

Family

ID=58453157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015148645A RU2613756C1 (ru) 2015-11-13 2015-11-13 Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2613756C1 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107098422A (zh) * 2017-04-27 2017-08-29 江苏科技大学 一种船舶余热淡化***及淡化方法
RU2745182C1 (ru) * 2020-08-27 2021-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕРМОКОН" Парогазовая установка на сжиженном природном газе
RU2745470C1 (ru) * 2020-09-03 2021-03-25 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕРМОКОН" Теплофикационная парогазовая установка
RU2806958C1 (ru) * 2023-06-19 2023-11-08 Общество С Ограниченной Ответственностью "Генератор Инноваций" Способ использования аммиака в качестве судового топлива

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1282625A1 (ru) * 1985-04-29 1999-07-27 А.А. Кохан Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов
RU2208747C2 (ru) * 1997-06-20 2003-07-20 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Системы хранения и подачи топлива в виде сжиженного природного газа (спг-топлива) для транспортных средств, работающих на природном газе
RU2533601C2 (ru) * 2012-12-04 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Энергетическая установка с парогазовой установкой
RU2561263C2 (ru) * 2010-01-05 2015-08-27 Дженерал Электрик Компани Установка, содержащая компонент энергетической установки, и установка, содержащая компонент теплоутилизационной парогенераторной установки

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1282625A1 (ru) * 1985-04-29 1999-07-27 А.А. Кохан Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов
RU2208747C2 (ru) * 1997-06-20 2003-07-20 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Системы хранения и подачи топлива в виде сжиженного природного газа (спг-топлива) для транспортных средств, работающих на природном газе
RU2561263C2 (ru) * 2010-01-05 2015-08-27 Дженерал Электрик Компани Установка, содержащая компонент энергетической установки, и установка, содержащая компонент теплоутилизационной парогенераторной установки
RU2533601C2 (ru) * 2012-12-04 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Энергетическая установка с парогазовой установкой

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КИРИЛЛОВ Н.Г. СПГ - моторное топливо ХХI века, НефтьГазПромышленность, N 3, 2007, с. 44-47. *
КИРИЛЛОВ Н.Г. СПГ - моторное топливо ХХI века, НефтьГазПромышленность, N 3, 2007, с. 44-47. КУРЗОН А.Г. Судовые комбинированные энергетические установки, Л., Судостроение, 1984, с. 28, рис. 2.1. *
КУРЗОН А.Г. Судовые комбинированные энергетические установки, Л., Судостроение, 1984, с. 28, рис. 2.1. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107098422A (zh) * 2017-04-27 2017-08-29 江苏科技大学 一种船舶余热淡化***及淡化方法
RU2745182C1 (ru) * 2020-08-27 2021-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕРМОКОН" Парогазовая установка на сжиженном природном газе
RU2745470C1 (ru) * 2020-09-03 2021-03-25 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕРМОКОН" Теплофикационная парогазовая установка
RU2806958C1 (ru) * 2023-06-19 2023-11-08 Общество С Ограниченной Ответственностью "Генератор Инноваций" Способ использования аммиака в качестве судового топлива

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singh et al. A review of waste heat recovery technologies for maritime applications
US8250847B2 (en) Combined Brayton-Rankine cycle
CN103547786B (zh) 复合发电***
KR101320593B1 (ko) 히트펌프를 사용하는 열병합 발전시스템
Shi et al. Thermodynamic analysis of an LNG fuelled combined cycle power plant with waste heat recovery and utilization system
CN109386316A (zh) 一种lng冷能和bog燃烧能联合利用***及方法
RU2613756C1 (ru) Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов
Bellolio Domke et al. Organic Rankine cycles systems for waste heat recovery in marine applications
KR101528935B1 (ko) 복수기 폐열 발전시스템
KR101614605B1 (ko) 초임계 이산화탄소 발전시스템 및 이를 포함하는 선박
Dragomir-Stanciu Improving the energy efficiency of a internal combustion engine cogeneration system using ORC as bottoming cycle
Miljkovic Injection power cycle applied in OTEC power plants
Prananto et al. Adoption of Kalina cycle as a bottoming cycle in Wayang Windu geothermal power plant
Ratlamwala et al. Comparative analysis of a multi-generation system using different conventional & nano based working fuels
KR20120053812A (ko) 선박의 연료공급-폐열이용발전시스템 및 이를 구비한 선박
US20190170024A1 (en) Global cooling system and method
RU2328045C2 (ru) Способ эксплуатации атомной паротурбинной энергетической установки и установка для его осуществления
RU2806958C1 (ru) Способ использования аммиака в качестве судового топлива
CN112400053A (zh) 具有天然气再气化的发电厂设施
RU61797U1 (ru) Энергетическая газотурбинная установка комбинированного цикла
RU2552481C1 (ru) Способ работы тепловой электрической станции
RU2362890C2 (ru) Парогазовая турбоустановка
RU140802U1 (ru) Тепловая электрическая станция
RU2564193C1 (ru) Энергетическая установка для подводного технического средства
RU2779349C1 (ru) Рекуперационная энергетическая установка

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171114

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180921

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201114