Патент на изобретение №2376481
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩИЙ КОМПЛЕКС С КОМБИНИРОВАННЫМ ТОПЛИВОМ
(57) Реферат:
Изобретение относится к энергетике. Электрогенерирующий комплекс с комбинированным топливом включает паровой котел, высокотемпературный водородный пароперегреватель, к которому подведены трубопроводы подачи топлива – кислорода и водорода, установки по производству кислорода и водорода, паровую турбину с электрогенератором и конденсатором, утилизационный котел, трубопроводы и арматуру. На трубопроводах подачи кислорода и водорода в высокотемпературный водородный пароперегреватель установлены теплообменники, к которым подведены трубопроводы уходящих газов из парового котла. К камере смешения после высокотемпературного водородного пароперегревателя подведен трубопровод подачи части пара из парового котла, который охлаждает стенки камеры смешения, повышая ее надежность. Изобретение позволяет повысить эффективность, экономичность и надежность электрогенерирующего комплекса. 1 ил.
Устройство относится к области энергетики и может быть использовано для производства электроэнергии и тепла с использованием комбинированного топлива. Известно аналогичное устройство (монография Э.Э.Шпильрайн, С.П.Малышенко, Г.Г. Кулешов. «Введение в водородную энергетику». М.: Энергоатомиздат, 1984, с.203), содержащее атомный реактор, камеру сгорания кислородно-водородного топлива (Н2О2-парогенератор), паровую турбину с электрогенератором и конденсатором, электролизер, накопители водорода и кислорода. Недостатком этого устройства является необходимость дополнительных затрат электроэнергии для получения водорода, а также наличие больших емкостей для хранения взрывоопасного водорода. Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству является электрогенерирующий комплекс по патенту RU на полезную модель Недостатком устройства по патенту Задача изобретения заключается в повышении эффективности работы, экономичности и надежности электрогенерирующего комплекса. Сущность изобретения заключается в том, что в известном электрогенерирующем комплексе, содержащем паровой котел, высокотемпературный водородный пароперегреватель (Н2О2-парогенератор), который соединен трубопроводами подачи топлива – кислорода и водорода с установкой по производству кислорода и установкой для паровой конверсии природного газа в водород, а также паровую турбину с электрогенератором и конденсатором, утилизационный котел, трубопровод подачи пара от парового котла к высокотемпературному водородному пароперегревателю и к установке для паровой конверсии природного газа в водород, другие трубопроводы и арматуру, в нем высокотемпературный водородный пароперегреватель снабжен камерой смешения, на трубопроводах подачи водорода и кислорода в высокотемпературный водородный пароперегревател, соответственно установлены теплообменники, к которым подведены трубопроводы подачи уходящих газов из парового котла, а к камере смешения подведен трубопровод подачи пара в нее от парового котла. Использование установки для паровой конверсии природного газа в водород позволяет обеспечить непрерывную работу паровой турбины с номинальной мощностью при высоких начальных температуре и давлении. Высокая температура водяного пара до 1700-1800 К на входе в паровую турбину за счет сжигания в ВВПП водорода с кислородом в среде водяного пара после его выхода из парового котла обеспечивает работу турбины в режимах, характерных для газовых турбин. Выход паровой турбины связан с конденсатором пара, обеспечивающим давление существенно ниже атмосферного, что характерно для таких турбин. Это дает возможность иметь располагаемый теплоперепад, срабатываемый в высокотемпературной паровой турбине, на 25-30 процентов больше, чем в газовой. Предварительный подогрев водорода и кислорода в теплообменниках уходящими газами парового котла повышает экономичность комплекса, а охлаждение камеры смешения паром из парового котла повышает его надежность. Нагрев водяного пара в современных паровых котлах выше 900 К фактически невозможен из-за пережога труб независимо от вида топлива (природный газ, водород, уголь и т.д.). Заявляемый электрогенерирующий комплекс с комбинированным топливом (далее – комплекс) представлен в виде схемы на чертеже. Комплекс содержит паровой котел 1, установку 2 для паровой конверсии природного газа в водород, установку 3 для производства кислорода, высокотемпературный водородный пароперегреватель (ВВПП) 4, который снабжен камерой смешения 5, паровую турбину 6 с электрогенератором и конденсатором 7, утилизационный котел 8, а также теплообменник 9 – для подогрева кислорода и теплообменник 10 – для подогрева водорода перед подачей их в ВВПП 4. Комплекс включает также трубопровод 11 подачи пара от парового котла соответственно к ВВПП 4 и установке 2 для паровой конверсии природного газа в водород, трубопровод 12 подачи пара от парового котла к камере смешения 5, трубопровод 13 подачи уходящих газов из парового котла 1 к теплообменнику 9 подогрева кислорода, трубопровод 14 подачи уходящих газов из парового котла 1 к теплообменнику 10 для подогрева водорода. Теплообменники 9 и 10 предназначены для подогрева топлива – кислорода и водорода и установлены на трубопроводах 15 и 16 подачи кислорода и водорода от установок 2 и 3 в ВВПП 4. Комплекс включает также трубопровод 17 подачи водорода в паровой котел 1, трубопровод 18 подачи смешанного пара к турбине 6, трубопровод 19 подачи вторичных продуктов сгорания из установки 2 в утилизационный котел 8, трубопровод 20 подачи пара из утилизационного котла 8 в промежуточную ступень паровой турбины 6, а также другое оборудование и арматуру. Комплекс работает следующим образом. Из парового котла 1 пар поступает по трубопроводу 11 подачи пара от парового котла 1 в ВВПП 4 и к установке 2 для паровой конверсии природного газа в водород, а по трубопроводу 12 часть пара поступает в камеру смешения 5, образовавшийся водород из установки 2 для паровой конверсии природного газа в водород поступает по трубопроводу 16 в ВВПП 4. В установке 3 для производства кислорода, например методом разделения воздуха, получают кислород, который также поступает по трубопроводу 15 в ВВПП 4. Из парового котла 1 часть пара поступает в ВВПП 4, где происходит сгорание кислорода и водорода в среде водяного пара. Продукты сгорания, высокотемпературный водяной пар поступает в камеру смешения 5, где он смешивается с другой частью пара, поданной по трубопроводу 12 из парового котла 1, этот пар охлаждает стенки камеры смешения 5, повышая надежность комплекса и увеличивая температуру перегрева пара (без промежуточных теплообменных поверхностей). Смесь паров по трубопроводу 18 поступает в паровую турбину 6 с электрогенератором, вырабатывая электроэнергию. Вторичные продукты производства водорода из установки 2 по трубопроводу 19 поступают в утилизационный котел 8, пар из которого поступает в промежуточную ступень паровой турбины 6. Кислород и водород из установок 2 для паровой конверсии природного газа в водород и 3 для производства кислорода перед подачей в ВВПП 4 подогреваются в теплообменниках 9 и 10, установленных соответственно на трубопроводе 15 подачи кислорода из установки 3 в ВВПП 4 и на трубопроводе 16 подачи водорода из установки 2 в ВВПП 4. В теплообменниках 9 и 10 кислород и водород подогреваются уходящими газами парового котла 1, которые поступают по трубопроводам 13 и 14 подачи уходящих газов из парового котла 1. Использование уходящих газов парового котла 1 для подогрева кислорода и водорода перед подачей их в ВВПП 4 уменьшает потери тепла, повышает эффективность работы комплекса в целом. Пар после парового котла 1, подаваемый по трубопроводу 12 к камере смешения 5, охлаждает ее стенки, снижает термические напряжения и повышает надежность. Благодаря высокой температуре пара, поступающего после ВВПП 4 к паровой турбине 6, увеличивается мощность и КПД турбинной установки. Заявляемый электрогенерирующий комплекс позволяет обеспечить непрерывную работу паровой турбины с номинальной мощностью при высокой начальной температуре и давлении. Перечисленные конструктивные особенности позволяют достигнуть коэффициента полезного действия по выработанной электроэнергии до 70% по отношению к теплоте сгорания водорода (статья С.П.Малышенко, О.В.Назаров, Ю.А.Сарумов «Некоторые теоретические и технико-экономические аспекты применения водорода как энергоносителя в электроэнергетике», сб. статей «Атомно-водородная энергетика и технология», Энергоатомиздат, 1988, Достоинством данного устройства также является то, что для генерации пара, обеспечения его начального перегрева и подогрева кислорода и водорода могут быть использованы уголь, мазут, альтернативные виды топлива и возобновляемые источники энергии.
Формула изобретения
Электрогенерирующий комплекс с комбинированным топливом, включающий паровой котел, высокотемпературный водородный пароперегреватель, соединенный трубопроводами подачи топлива – водорода и кислорода с установкой по производству кислорода и установкой для паровой конверсии природного газа в водород, а также паровую турбину с электрогенератором и конденсатором, утилизационный котел, трубопровод подачи пара от парового котла к высокотемпературному водородному пароперегревателю и к установке для паровой конверсии природного газа в водород, другие трубопроводы и арматуру, отличающийся тем, что высокотемпературный водородный пароперегреватель снабжен камерой смешения, на трубопроводах подачи водорода и кислорода в высокотемпературный водородный пароперегреватель, соответственно, установлены теплообменники, к которым подведены трубопроводы подачи уходящих газов из парового котла, а к камере смешения подведен трубопровод подачи пара в нее из парового котла.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
54631 от 08.06.2005, который содержит паровой котел, Н2О2-парогенератор, играющий роль высокотемпературного водородного пароперегревателя (ВВПП), паровую турбину с электрогенератором и конденсатором, установки по производству кислорода и водорода (установка для паровой конверсии природного газа в водород) с утилизационным котлом, пар из которого подают в промежуточную ступень паровой турбины.