Способ использования аммиака в качестве судового топлива Российский патент 2023 года по МПК F02C6/00 C01B3/04 F01K23/10 

Предлагаемое техническое решение относится к области теплотехники, а именно к судовой энергетике, и может быть использовано при строительстве танкеров, гражданских судов.

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 (RU 2 561 263, опубл. 27.08.2015, Бюл. №24).

Недостатками данной энергетической системы является то, что она не предусмотрена для использования сжиженного природного газа и не предусматривает использования теплоты уходящих газов для получения электрической энергии.

Из существующего уровня техники известна принятая в качестве прототипа судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов (RU 2613756 опубликовано 21.03.2017, Бюл. № 9) , 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.

Недостатками данного решения является невозможность исключить выбросы углекислого газа, также оно не предусмотрено для использования аммиака. Использование сжиженного природного газа, находящегося под низкими температурами в цестернах затрудняет его нагрев и увеличивает затраты энергии на подготовку топлива к горению в камере сгорания, требует трудоёмких технических решений по хранению топлива и допускает потери топлива из-за испарения.

Технической задачей предлагаемого РИД является использования теплоты при сгорании аммиака для работы судовой установки. Технический результат РИД заключается в отсутствии выбросов углекислого газа и соединений серы при работе судовой энергетической установки.

В заявленном изобретении предлагается использование в качестве топлива аммиака для выработки тепловой энергии в камере сгорания, преобразующейся в механическую энергию на гребном винте за газовой турбиной и электрическую в паровом контуре установки. Использование электрической энергии возможно, как для собственных судовых нужд, так и на питание вспомогательного оборудования и электродвигателя вспомогательного гребного винта.

Техническое решение представлено на фиг.1.

Способ представляет собой последовательность преобразования компонентов топливной смеси - аммиака и воздуха в парогазовой энергетической установки в газотурбинном контуре цикла и утилизации теплоты в паровом контуре. Воздух поступает в компрессор 1, откуда после сжатия направляется в камеру сгорания 2 для смешения с газообразным аммиаком. Интенсификация горения возможна присутствием в зоне смешения катализатора. Нагретые продукты сгорания поступают в турбину высокого давления 3, вырабатывая механическую энергию на привод компрессора, и поступают в турбину низкого давления 4. Турбина низкого давления имеет механическую связь с приводом 5 гребного винта 6 и передаёт горячие газы в котёл утилизатор. В котле утилизаторе 7 подаётся питательная вода через питательный насос 8 для парообразования. Горячий водяной пар направляется в паровую турбину 9 для выработки электроэнергии в генераторе 10 на судовые нужды, привод питательного и конденсационного насоса 11. Горячий пар направляется на судовые нужды и может служить источником теплоты для подогрева питательной воды. Вода после турбины попадает в конденсатор 12, где охлаждается забортной водой и через питательный насос направляется к ёмкости питательной воды 13.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к комбинированным газотурбинным установкам, и может быть использовано в качестве судовой энергетической установки с применением аммиака как альтернативного экологически чистого вида топлива. Способ представляет собой применение аммиака в двухконтурной парогазовой установке с целью обеспечения гребного винта механической энергией и электрической энергией вспомогательного оборудования и собственных нужд судна. 1 ил.

Способ использования аммиака в качестве судового топлива в газотурбинном контуре комбинированной энергетической установки, который характеризуется использованием теплоты сгорания аммиака в газовой турбине для привода гребного винта и теплоты уходящих газов в паровом контуре для получения тепловой и электрической энергии на собственные судовые нужды и питание вспомогательного оборудования.