RU100488U1

RU100488U1 - ENERGY UNIT FOR A SUBMARINE WITH A HIGH-TEMPERATURE STEAM TURBINE

Info

Publication number: RU100488U1
Application number: RU2010138166/11U
Authority: RU
Inventors: Владимир Юрьевич Дорофеев; Владимир Вартанович Замуков; Владимир Алексеевич Федоров; Олег Ошеревич Мильман
Original assignee: Владимир Юрьевич Дорофеев; Владимир Вартанович Замуков; Владимир Алексеевич Федоров; Олег Ошеревич Мильман
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2010-12-20

Abstract

Энергетическая установка для подводной лодки с высокотемпературной паровой турбиной, состоящая из паровой турбины с отбором пара, конденсатора, конденсатно-питательного насоса, регенеративного подогревателя (одного или нескольких), подогревателя топлива и подогревателя кислорода, соединенных с отбором турбины, емкости для топлива, емкости для кислорода и высокотемпературного парогенератора, отличающаяся тем, что емкости с топливом и кислородом, а также регенеративный подогреватель по конденсату соединен с высокотемпературным парогенератором, который соединен с паровой турбиной, имеющей отбор пара, и далее конденсатором, к которому присоединено газоудаляющее устройство, связанное с абсорбером, имеющим насос откачки воды с растворенным CO2 за борт подводной лодки, а от линии за конденсатно-питательным насосом имеется линия отвода избыточной воды. Power plant for a submarine with a high-temperature steam turbine, consisting of a steam turbine with steam extraction, a condenser, a condensate feed pump, a regenerative heater (one or more), a fuel heater and an oxygen heater connected to the turbine selection, fuel tank, tank for oxygen and a high-temperature steam generator, characterized in that the tanks with fuel and oxygen, as well as a regenerative condensate heater, are connected to the high-temperature steam a nerator, which is connected to a steam turbine with steam extraction, and then a condenser to which a gas removal device is connected, connected to an absorber having a pump for pumping water with dissolved CO2 overboard the submarine, and from the line behind the condensate feed pump there is an excess drain line water.

Description

Устройство относится к области энергетики, а именно к энергоустановкам подводных лодок.The device relates to the field of energy, namely to the power plants of submarines.

Известно электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой турбиной (см. патент RU на изобретение №2335642 C1 от 19.02.2007 г.), включающее в себя паровой котел, высокотемпературный пароперегреватель, паровую турбину с электрогенератором и конденсатором, другое энергетическое оборудование. Его недостатком является наличие крупногабаритного парового котла и потерь тепловой энергии с уходящими газами.A power generating device with a high temperature steam turbine is known (see RU patent for invention No. 2335642 C1 of February 19, 2007), including a steam boiler, a high temperature superheater, a steam turbine with an electric generator and a condenser, and other power equipment. Its disadvantage is the presence of a large steam boiler and heat loss with flue gases.

Наиболее близким по технической сущности является анаэробная установка для дизельных подводных лодок (см. А.Н.Дядик, В.В.Замуков, В.А.Дядик Корабельные воздухонезависимые энергетичесикие установки, Санкт-Петербург, изд-во Судостроение, 2006 г., с.105-106), включающая в себя емкости для хранения кислорода и топлива, камеру сгорания, паровую турбину с электрогенератором, конденсатор, насосы, подогреватели. Ее недостатком является низкий коэффициент полезного действия, который составляет 20%. Это объясняется ограниченной (не более 550÷600°C) температурой пара на выходе из парогенератора, которая традиционно определяется прочностью парогенерирующих труб парового котла.The closest in technical essence is the anaerobic installation for diesel submarines (see A.N.Dyadik, V.V. Zamukov, V.A. Dyadik Shipborne non-volatile energy installations, St. Petersburg, Sudostroenie publishing house, 2006, p.105-106), which includes tanks for storing oxygen and fuel, a combustion chamber, a steam turbine with an electric generator, a condenser, pumps, heaters. Its disadvantage is the low efficiency, which is 20%. This is due to the limited (not more than 550 ÷ 600 ° C) temperature of the steam at the outlet of the steam generator, which is traditionally determined by the strength of the steam generating tubes of the steam boiler.

Преодоление этих недостатков возможно, если продукты сгорания углеводородного топлива смешивать без промежуточной теплообменной поверхности с водяным паром (водой) в высокотемпературном парогенераторе и направлять в турбину, а неконденсирующиеся газы (углекислый газ - CO₂) после конденсатора растворять в забортной воде и откачивать ее насосом за борт. Передача тепла от продуктов сгорания к воде и водяному пару происходит без теплопередающей поверхности. В этом случае температура пара на входе в турбину не ограничена прочностью стенок парогенерирующих труб традиционных паровых котлов (они отсутствуют) и может быть существенно повышена (до 1500°C), что обеспечивает рост коэффициента полезного действия (КПД) всей установки.These disadvantages can be overcome if the products of the combustion of hydrocarbon fuel are mixed without intermediate heat exchange surface with water vapor (water) in a high-temperature steam generator and sent to the turbine, and non-condensable gases (carbon dioxide - CO ₂ ) after the condenser are dissolved in seawater and pumped out with a pump for board. Heat transfer from combustion products to water and water vapor occurs without a heat transfer surface. In this case, the steam temperature at the turbine inlet is not limited by the strength of the walls of the steam generating pipes of traditional steam boilers (they are absent) and can be significantly increased (up to 1500 ° C), which ensures an increase in the efficiency (efficiency) of the entire installation.

Схема такой установки приведена на рисунке 1. Она состоит из паровой турбины с отбором пара 1, конденсатора 2, газоудаляющего устройства 3, абсорбера с насосом откачки воды с растворенным CO₂ за борт 4, конденсатно-питательного насоса 5, регенеративного подогревателя (одного или нескольких) 6, подогревателя топлива 8, подогревателя кислорода 7, емкости для топлива 9, емкости для кислорода 10, высокотемпературного парогенератора 11 и линии отвода избыточной воды 12.A diagram of such an installation is shown in Figure 1. It consists of a steam turbine with steam extraction 1, a condenser 2, a gas removal device 3, an absorber with a water pump with dissolved CO ₂ overboard 4, a condensate feed pump 5, and a regenerative heater (one or more ) 6, a fuel heater 8, an oxygen heater 7, a fuel tank 9, an oxygen tank 10, a high temperature steam generator 11, and an excess water removal line 12.

Установка работает следующим образом. Топливо из емкости для топлива 9 через подогреватель топлива 8 поступает в высокотемпературный парогенератор 11, сюда же подается из емкости для кислорода 10 и подогревателя кислорода 7 газообразный кислород. В высокотемпературном парогенераторе 11 топливо сгорает в среде кислорода с образованием углекислого газа (CO₂) и водяного пара. Питательная вода после регенеративного подогревателя 6 также подается в высокотемпературный парогенератор 11, смешивается с продуктами сгорания, испаряется, в результате образуется высокотемпературный (800÷1000°C) водяной пар с CO₂, поступающий на вход в паровую турбину с отбором пара 1. Пар расширяется в паровой турбине с отбором пара 1, производя полезную работу. Отработавший пар поступает в конденсатор 2, конденсируется и конденсатно-питательным насосом 5 подается в регенеративный подогреватель 6, где температура питательной воды возрастает за счет тепла пара отбора, и цикл замыкается. Часть конденсата по линии отвода избыточной воды 12 выкачивается и удаляется из цикла. Неконденсирующиеся газы (CO₂), образовавшиеся при сгорании топлива в среде кислорода, откачиваются из конденсатора 2 газоудаляющим устройством 3 в абсорбер с насосом откачки воды с растворенным CO₂ за борт 4, растворяются в забортной воде и насосом откачки удаляются за борт. Другими техническими решениями утилизации CO₂ могут быть его закачка в емкости под избыточным давлением, находящиеся внутри подводной лодки, или перевод CO₂ в жидкое или твердое состояние с закачкой в емкости.Installation works as follows. Fuel from the fuel tank 9 through the fuel heater 8 enters the high-temperature steam generator 11, oxygen gas is also supplied from the oxygen tank 10 and the oxygen heater 7. In a high-temperature steam generator 11, fuel is burned in an oxygen medium to form carbon dioxide (CO ₂ ) and water vapor. The feed water after the regenerative heater 6 is also supplied to the high-temperature steam generator 11, mixed with the products of combustion, evaporates, resulting in the formation of high-temperature (800 ÷ 1000 ° C) water vapor with CO ₂ entering the steam turbine inlet with the selection of steam 1. Steam expands in a steam turbine with steam extraction 1, producing useful work. The exhaust steam enters the condenser 2, condenses and the condensate feed pump 5 is fed to the regenerative heater 6, where the temperature of the feed water increases due to the heat of the steam extraction, and the cycle closes. Part of the condensate along the drainage line of excess water 12 is pumped out and removed from the cycle. Non-condensable gases (CO ₂ ) generated during the combustion of fuel in oxygen are pumped from the condenser 2 by a gas removal device 3 to an absorber with a pump for pumping water with dissolved CO ₂ overboard 4, dissolve in seawater and the pump out is removed overboard. Other technical solutions for the utilization of CO ₂ can be its injection into tanks under pressure, located inside the submarine, or the conversion of CO ₂ into a liquid or solid state with injection into the tank.

Предложенное техническое решение позволяет существенно повысить начальную температуру цикла и коэффициент полезного действия установки в целом до 40%.The proposed technical solution can significantly increase the initial temperature of the cycle and the efficiency of the installation as a whole up to 40%.

Claims

Power plant for a submarine with a high-temperature steam turbine, consisting of a steam turbine with steam extraction, a condenser, a condensate feed pump, a regenerative heater (one or more), a fuel heater and an oxygen heater connected to the turbine selection, fuel tank, tank for oxygen and a high-temperature steam generator, characterized in that the tanks with fuel and oxygen, as well as a regenerative condensate heater, are connected to the high-temperature steam generator of which is connected to a steam turbine having a steam extraction, and further a condenser to which is attached gazoudalyayuschee device associated with the absorber having a water discharge pump with dissolved CO ₂ over the side of the submarine, and the line for the condensate-supply pump has a drain line excess water.