ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С УГОЛЬНО-ВОДОРОДНЫМ ТОПЛИВОМ
ELECTRO-GENERATING INSTALLATION WITH CARBON-HYDROGEN FUEL

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для электроэнергетики.
Известно устройство (Патент РФ на изобретение №2311540 от 31.01.2006г. Высокотемпературная паровая турбина Шифрин Б.А., Мильман О.О., Федоров В.А., Токарь Р.А.), содержащее паровой котел, камеру сгорания водорода с кислородом, конденсатор пара, паротурбинную установку из нескольких последовательно соединенных турбин, роторы которых вращаются с разными скоростями.
К его недостаткам относится то, что в нем отсутствует система регенерации тепловой энергии и промежуточный перегрев пара.
Известно устройство (см. A Vision for Thermal Power-Plant Technology Development in Japan. Energy and Technology; Sustaining World Development Into the next Millenium // Hisa Sh. at all // 17 Congress of the World Energy Counsil, Houston, Texas, September 13-18, 1998. Vol.2. P.25-38), включающее в себя парогенератор, водородные высокотемпературные пароперегреватели, паротурбинную установку, содержащую четыре турбины, конденсатор отработавшего пара, насосы.
Его недостатком является то, что в цикле используется только водородное топливо, а выход вторичного пара из парогенератора направлен на вход первой турбины с максимальным давлением в цикле. Последнее обстоятельство существенно уменьшает объемный расход пара на входе в турбину высокого давления и снизит ее эффективность за счет парциального подвода пара и малой высоты лопаток.
Наиболее близким по технической сущности является устройство (Патент РФ на полезную модель №64699 от 19.03.2007 Электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой турбиной. Фаворский О.Н., Леонтьев А.И., Федоров В.А., Мильман О.О.), содержащее паровой котел, высокотемпературный водородный пароперегреватель, паровую турбину с электрогенератором и конденсатором и т.д.
Недостатком данного устройства является то, что на выходе турбины при высокой температуре пара на входе в нее может существовать перегретый отработавший пар, что неизбежно приводит к снижению его эффективности.
Цель изобретения - создание высокоэффективного электрогенерирующего комплекса с несколькими паровыми турбинами, имеющими системы промежуточного перегрева пара и регенерации тепловой энергии, при использовании углеводородного и водородного топлива.
Техническая сущность электрогенерирующего устройства, содержащего паровой котел с углеводородным топливом, высокотемпературную паровую турбину высокого давления с электрогенератором, высокотемпературную паровую турбину среднего давления с электрогенератором, конденсационную паровую турбину с электрогенератором, высокотемпературный водородный пароперегреватель перед высокотемпературной паровой турбиной высокого давления, высокотемпературный водородный пароперегреватель перед высокотемпературной паровой турбиной среднего давления, конденсатор водяного пара, парогенератор, регуляторы расходов рабочего тела, регенеративный подогреватель питательной воды, конденсатные насосы, питательные насосы, заключается в том, что выход парогенератора по греющему пару соединен трубопроводом с промежуточным вводом в конденсационную паровую турбину, вход которой соединен с выходами из парогенератора по вторичному пару и пару из парового котла, причем высокотемпературные паровые турбины имеют свой питательный насос, а конденсационная паровая турбина имеет свой питательный насос, на вход которых поступает конденсат из конденсатора водяного пара от конденсатного насоса и регенеративного подогревателя питательной воды, установленного на входе в паровой котел, причем пар на нагрев питательной воды поступает по паропроводу из отбора конденсационной паровой турбины.
Использование устройства для непрерывного производства электроэнергии предусматривает одновременное применение углеводородного и водородного топлива. Это позволяет использовать более дешевое углеводородное топливо для нагрева питательной воды и получение водяного пара, а водородное топливо (водород и кислород) только для перегрева пара, например, более 600°С.
Это позволит повысить не только финансовую эффективность от использования устройства, но и энергетическую, т.к. для получения водорода и использования его на электростанции требуются дополнительные затраты углеводородного топлива либо на конверсию, либо на хранение и транспортировку.
Использование парогенератора на выходе из высокотемпературной паровой турбины среднего давления для генерации вторичного пара позволяет передать частично энергию высокотемпературного пара низкого давления (0,1÷0,15) МПа в энергию высокотемпературного вторичного пара среднего (4 МПа) или высокого давления (более 10 МПа). Последнее позволит эффективно использовать энергию рабочего тела в конденсационной паровой турбине и исключить перегрев пара на выходе из нее.
Охлажденный в парогенераторе пар направляется в промежуточный ввод конденсационной паровой турбины.
Подача пара от котла с углеводородным топливом на вход паровой конденсационной турбины параллельно с вторичным паром из парогенератора позволит обеспечить широкое регулирование ее мощности и регенерацию тепла внутри цикла на низкотемпературном уровне температур, что обеспечит повышение обратимости цикла.
Электрогенерирующее устройство с угольно-водородным топливом (далее - устройство) представлено в виде схемы.
Комплекс содержит паровой котел 1 с углеводородным топливом, высокотемпературную паровую турбину высокого давления с электрогенератором 2, высокотемпературную паровую турбину среднего давления с электрогенератором 3, конденсационную паровую турбину с электрогенератором 4, высокотемпературный водородный пароперегреватель 5 перед турбиной 2, высокотемпературный водородный пароперегреватель 6 перед турбиной 3, парогенератор 7, конденсатор водяного пара 8, конденсатные насосы 9, 12, питательные насосы 10, 11, регуляторы расходов рабочего тела 13-16, регенеративный подогреватель питательной воды 17.
Устройство работает следующим образом.
Из парового котла 1 пар поступает по паропроводу в высокотемпературную паровую турбину высокого давления 2. В ней происходит снижение давления и температуры пара, а также преобразование механической энергии в электрическую. В высокотемпературном водородном пароперегревателе происходит дополнительный перегрев водяного пара и увеличение его расхода. Далее пар поступает в высокотемпературную паровую турбину среднего давления 3 и после нее в парогенератор 7. В этой турбине происходит снижение температур, например до 500÷600°С, и абсолютных давлений, например, до 0,12÷0,15 МПа. В парогенераторе 4 происходит снижение температуры пара, например, до 110÷120°С и далее он поступает в промежуточный ввод паровой конденсационной турбины 4.
Полученный в парогенераторе вторичный пар направляется на вход турбины 4. На вход турбины 4 также может подаваться пар от парового котла 1. Это позволит регулировать ее мощность и расходы пара в отборах, в частности, на регенеративный подогреватель питательной воды 17, в широком диапазоне режимов.
С выхода турбины 4 пар (пароводяная смесь) поступает в конденсатор водяного пара 8 и далее в конденсатный насос 9. Далее конденсат поступает в питательные насосы 10 и 11. К этим же насосам поступает конденсат из регенеративного подогревателя питательной воды 17. Регулирование расходов пара и воды осуществляется регуляторами расходов 13-16.
Достоинством предложенного устройства является то, что оно использует углеводородное и водородное топливо для непрерывного высокоэффективного производства электроэнергии.