Электрогенерирующий комплекс с комбинированным топливом

Фаворский Олег Николаевич,Леонтьев Александр Иванович,Федоров Владимир Алексеевич,Мильман Олег Ошерович, Пялов Владимир Николаевич, Замуков Владимир Вартанович, Бельченков Сергей Владимирович (RU) Ловцов С.В. (RU) Электрогенерирующий комплекс с комбинированным топливом включает в себя паровой котел (1),высокотемпературный водородный пароперегреватель (4) с камерой смешения (5), соединенный трубопроводами (15, 16) подачи топлива - водорода и кислорода с установками (2, 3) по производству водорода и кислорода, а также паровую турбину (6) с электрогенератором и конденсатором (7), утилизационный котел (8), трубопроводы и арматуру, при этом в нем на трубопроводах (15, 16) подачи водорода и кислорода в высокотемпературный водородный пароперегреватель (4), соответственно, установлены теплообменники (9, 10), к которым подведены трубопроводы (13, 14) уходящих газов из парового котла (1), а к камере смешения (5) подведен трубопровод (11) подачи пара из парового котла (1). МИНИСТЕРСТВЕ ЮСТИЦИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (RU)"МАЛАХИТ"; ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ПРАВОВОЙ ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВОЕННОГО,СПЕЦИАЛЬНОГО И ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ" ПРИ 017175 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 (H2O2-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 54631 от 08.06.2005, который содержит паровой котел, H2O2-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. Недостатком устройства по патенту 54631 является неполное использование теплоты сгорания топлива в паровом котле и высокие температурные напряжения в камере смешения после H2O2 парогенератора высокотемпературного пара. 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 (H2O2-парогенератор) с камерой смешения, который соединен трубопроводами подачи топлива (водорода и кислорода) с установкой по производству водорода (установкой для паровой конверсии природного газа в водород) и с установкой, производящей кислород, а также паровую турбину с электрогенератором и конденсатором,утилизационный котел, трубопроводы и арматуру, в нем на трубопроводах подачи топлива - водорода и кислорода в высокотемпературный водородный пароперегреватель (H2O2-парогенератор) установлены теплообменники, к которым подведен трубопровод уходящих газов из парового котла, а к камере смешения после ВВПП подведен трубопровод подачи пара 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 K 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% больше, чем в газовой. Предварительный подогрев водородного топлива повышает экономичность комплекса, а охлаждение камеры смешения паром из парового котла повышает его надежность. Нагрев водяного пара в современных паровых котлах выше 900 K фактически невозможен из-за пережога труб независимо от вида топлива (природный газ, водород, уголь и т.д.). Заявляемый электрогенерирующий комплекс (далее - комплекс) представлен в виде схемы (см. чертеж). Комплекс содержит паровой котел 1, установку 2 для паровой конверсии природного газа в водород, установку 3 для производства кислорода, высокотемпературный водородный пароперегреватель(ВВПП) 4, с 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. Комплекс включает также трубопровод 11, подачи пара от парового котла, соответственно, к ВВПП 4 и установке 2, 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. К ВВПП 4 подведены также трубопроводы 15, 16 подачи кислорода и подачи водорода, трубопровод 17 подачи водорода в паровой котел 1, трубопровод 18 подачи смешанного пара к турбине 6, трубопровод 19 вторичных продуктов сгорания из установки 2 в утилизационный котел 8, трубопровод 20 подачи пара из утилизационного котла 8 в промежуточную ступень паровой турбины б. Комплекс включает также другое оборудование и арматуру. Устройство работает следующим образом. Из парового котла 1 пар поступает по трубопроводу 11 в ВВПП- 4 и к установке 2 для паровой конверсии природного газа в водород, по трубопроводу 12 - в камеру смешения 5, образовавшийся водород подают по трубопроводу 16 в ВВПП 4. В установке 3 для производства кислорода, например, методом разделения воздуха получают кислород, который также подают по трубопроводу 15 в ВВПП. Из парового котла 1 часть пара поступает в ВВПП 4, где происходит сгорание кислорода и водорода в среде водя-1 017175 ного пара. Продукты сгорания - высокотемпературный водяной пар подают 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 подают в утилизационный котел 8, пар из которого поступает в промежуточную ступень паровой турбины 6. Кислород и водород из установок 2 и 3 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 подают по трубопроводам 13 и 14. 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. Часть пара после парового котла 1, подаваемая 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, 1988,8, с. 16-38). 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 (1),высокотемпературный водородный пароперегреватель (4) с камерой смешения (5), соединенный трубопроводами (15, 16) подачи топлива - водорода и кислорода с установками (2, 3) по производству водорода и кислорода, а также паровую турбину (6) с электрогенератором и конденсатором (7), утилизационный котел (8), трубопроводы и арматуру, отличающийся тем, что в нем на трубопроводах (15, 16) подачи водорода и кислорода в высокотемпературный водородный пароперегреватель (4), соответственно, установлены теплообменники (9, 10), к которым подведены трубопроводы (13, 14) уходящих газов из парового котла (1), а к камере смешения (5) подведен трубопровод (11) подачи пара из парового котла (1).