ТЕПЛОВАЯ ПАРОТУРБИННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ПАРОГЕНЕРИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКОЙ
THERMAL STEAM TURBINE POWER PLANT WITH STEAM GENERATING PLANT

Изобретение относится к энергетике, к области паросиловых энергетических установок, а именно к тепловым электрическим станциям (ТЭС) с паровыми турбинами и системами обеспечения надежности, экономичности, безопасной эксплуатации и восстановления работоспособности ТЭС.
Известны тепловые электрические станции - аналоги, содержащие систему парогенераторов, турбин и энергопреобразователей, а также систему восстановления работоспособности (запуска) станции после ее аварийной остановки (Патент № 2273740 МПК F01K 21/04, опубл. 10.04.2006; Патент № 2335642 МПК F22G 1/14, опубл. 10.10.2008).
Общим недостатком таких ТЭС является необходимость использования нескольких различных устройств восстановления электрических и паровых собственных нужд, время и принцип функционирования, которых как правило, существенно отличаются, что приводит к существенным временным и материальным затратам при восстановлении рабочего режима ТЭС после аварии.
Известна тепловая паротурбинная электростанция с парогенерирующей водородно-кислородной установкой, которая используется в конструкции ТЭС для повышения маневренности путем быстрого восстановления электрических и паровых собственных нужд после аварии (Патент № 2395696, МПК F01K 25/04, опубл. 27.07.2010). Тепловая паротурбинная электростанция содержит парогенерирующую систему, обеспечивающую создание и подачу пара для вращения, по крайней мере, одной рабочей турбины (предпочтительно наличие двух турбин), соединенной с соответствующим генератором, подключенным к общей электрической сети выдачи мощности, одну противодавленческую турбину, конструктивно соединенную с генератором противодавленческой турбины, подключенным к электрической сети собственных нужд, и с магистралью паровых собственных нужд, противодавленческая турбина выполнена с возможностью работы от пара, подаваемого непосредственно из отбора основной турбины и/или (как варианты выполнения) из паропровода рабочего пара, питающего основную турбину, перед противодавленческой турбиной установлена парогенерирующая водород-кислородная установка с возможностью аварийного запуска снабжения паром противодавленческой турбины и обеспечения поддержания давления в магистрали паровых собственных нужд и продолжения вращения генератора противодавленческой турбины для восстановления электрических паровых собственных нужд.
К недостаткам данного устройства относится наличие в тепловой схеме ТЭС дополнительного оборудования (противодавленческой турбины), приводящее к усложнению схемы ТЭС, экологические проблемы станции, возрастание эксплуатационных расходов, длительное время восстановления работоспособности ТЭС.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является тепловая паротурбинная электростанция с парогенерирующей водородно-кислородной установкой (Патент № 2710326, МПК F01K 25/04, опубл. 25.12.2019) в котором тепловая паротурбинная электростанция снабжена водородной установкой гидролиза твердого реагента-алюминия в реакционном сосуде, кислородной установкой, электрохимической установкой на топливных элементах и электролизерной установкой, используемой в конструкции ТЭС для повышения маневренности путем быстрого восстановления электрических и паровых собственных нужд после аварии.
К недостаткам данного устройства относятся пониженная надежность и безопасность ТЭС из-за неэффективности определения герметичности системы производства водорода.
Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в повышении эффективности определения герметичности системы производства водорода.
Техническим результатом данного изобретения является обеспечение повышенной эксплуатационной надежности, безопасности и восстановления работоспособности ТЭС.
Это достигается тем, что тепловая паротурбинная электростанция с парогенерирующей установкой, содержащая парогенерирующую установку, к первому входу которой по основной магистрали подачи водорода через соответствующие вентили подсоединены выход водородной установки гидролиза твердого реагента-алюминия в реакционном сосуде, выход электрохимической установки на топливных элементах и выход электролизерной установки, ко второму входу парогенерирующей установки по резервной магистрали подачи кислорода через соответствующие вентили подсоединены выход кислородной установки, другой выход электрохимической установки на топливных элементах и другой выход электролизерной установки, к третьему входу парогенерирующей установки подключена магистраль подачи воды с вентилем, а к выходу парогенерирующей установки подсоединены последовательно соединенные турбина и генератор, дополнительно снабжена магистралью подачи резервного топлива с вентилем, подключенной к четвертому входу парогенерирующей установки, а также снабжена датчиками концентрации водорода, выполненными с возможностью подключения своими входами к выходу водородной установки гидролиза твердого реагента-алюминия в реакционном сосуде, выходу электрохимической установки на топливных элементах, выходу электролизерной установки, и к участку основной магистрали подачи водорода у входа парогенерирующей установки соответственно, при этом выходы датчиков концентрации водорода подключены к блоку сравнения, соединенному с блоком управления, выполненным с возможностью подключения ко всем вентилям.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид тепловой паротурбинной электростанции с парогенерирующей установкой.
Тепловая паротурбинная электростанция с парогенерирующей установкой содержит следующие элементы: 1 - парогенерирующая установка; 2 - паропровод; 3 - турбина; 4 - электрогенератор; 5 - магистраль выхлопа турбины; 6 - резервная магистраль подачи водорода; 7 - резервная магистраль подачи кислорода; 8 - магистраль подачи кислорода; 9 -вентиль, 10 - вентиль, 11 - электролизерная установка; 12 - вентиль, 13 -электрохимическая установка на топливных элементах; 14 - электрическая нагрузка; 15 - вентиль; 16 - кислородная установка; 17 - магистраль подачи водорода; 18 - вентиль, 19 - водородная установка гидролиза твердого реагента - алюминия в реакционном сосуде; 20 - вентиль, 21 - основная магистраль подачи водорода; 22 - вентиль, 23 - магистраль подачи воды; 24 - магистраль подачи резервного топлива; 25 - вентиль; 26 - датчики концентрации водорода, 27 - блок сравнения; 28 - блок управления.
Первый выход электролизерной установки 11 последовательно соединен с вентилем 10, резервной магистралью подачи водорода 6 и основной магистралью подачи водорода 21, соединенной с первым входом парогенерирующей установки 1. Второй выход электролизерной установки 11 последовательно соединен с вентилем 9 и резервной магистралью подачи кислорода 7, соединенной со вторым входом парогенерирующей установки 1. Водородная установка гидролиза твердого реагента - алюминия в реакционном сосуде 19 подключена к вентилю 20, который подключен к основной магистрали подачи водорода 21. Первый выход электрохимической установки на топливных элементах 13 с электрической нагрузкой 14 подсоединен с помощью магистрали подачи кислорода 8 к резервной магистрали подачи кислорода 7. Вентиль 12 расположен на магистрали подачи кислорода 8. Второй выход электрохимической установки на топливных элементах 13 с электрической нагрузкой 14 подключен с помощью магистрали подачи водорода 17 к основной магистрали подачи водорода 21. Вентиль 15 расположен на магистрали подачи водорода 17. Кислородная установка 16 подсоединена к резервной магистрали подачи кислорода 7 через вентиль 18. Выход парогенерирующей установки 1 подключен к входу турбины 3 паропроводом 2. Турбина 3 расположена на одном валу с электрогенератором 4. Выход турбины 3 соединен с магистралью выхлопа турбины 5. Магистраль подачи воды 23 подключена на третий вход парогенерирующей установки 1. Вентиль 22 распложен на магистрали подачи воды 23. Магистраль подачи резервного топлива 24 подключена на четвертый вход парогенерирующей установки 1. Вентиль 25 расположен на магистрали подачи резервного топлива 24. Датчики концентрации водорода 26 выполнены с возможностью подключения своими входами к основной магистрали подачи водорода 21, к магистрали подачи водорода 17, к резервной магистрали подачи водорода 6, а выходы датчиков концентрации водорода 26 подсоединены на вход блока сравнения 27. Выход блока сравнения 27 подключен к входу блока управления 28, выполненного с возможностью подключения к вентилям 9, 10, 12, 15, 18, 20, 22 и 25.
Тепловая паротурбинная электростанция с парогенерирующей установкой работает следующим образом.
Открывается вентиль 22 на магистрали подачи воды 23 в парогенерирующую установку 1, запускается водородная установка гидролиза твердого реагента - алюминия в реакционном сосуде 19, одновременно запускается кислородная установка 16, открываются вентили 18 и 20 и по магистралям 7 и 21 подается кислород и водород в парогенерирующую установку 1, в которой вырабатывается пар. Пар по паропроводу 2 поступает в турбину 3, запускается электрогенератор 4, отработанный пар поступает в магистраль выхлопа турбины 5, тепловую паротурбинную электростанцию выводят на рабочий режим. Периодическую проверку герметичности системы производства водорода осуществляют по наличию утечек водорода за пределами водородной установки гидролиза твердого реагента-алюминия в реакционном сосуде 19, например, на выходе из водородной установки гидролиза твердого реагента-алюминия в рекреационном сосуде 19 и на входе в парогенерирующую установку 1. Регулирование подачи водорода, кислорода, воды и реагентов в схеме тепловой паротурбинной электростанции с парогенерирующей установкой осуществляется вентилями 9, 10, 12, 15, 18, 20, 22 и 25. В качестве устройств для проверки герметичности системы используют датчики концентрации водорода 26. Датчики концентрации водорода 26 работают в непрерывном режиме, выходные сигналы от них поступают на вход блока сравнения 27, где сравниваются с предельными значениями уставок. В случае превышения измеренных значений концентрации водорода над значениями уставок (аварийной ситуации), за пределами водородной установки гидролиза твердого реагента-алюминия в реакционном сосуде 19, например, на выходе из водородной установки гидролиза твердого реагента-алюминия в реакционном сосуде 19, формируется выходной сигнал от блока сравнения 27, который направляется на вход блока управления 28. Блок управления 28 осуществляет регулирование положения вентиля 25 на магистрали подачи резервного топлива 24 на вход парогенерирующей установки 1. Для повышения надежности и безопасности эксплуатации ТЭС, а также уменьшения затрат времени на восстановление ее работоспособности используются резервная магистраль подачи водорода 6 и магистраль подачи водорода 17 от электролизерной установки 11 и электрохимической установки на топливных элементах 13 с электрической нагрузкой 14 соответственно. Подача кислорода в парогенерирующую установку 1 в резервной схеме осуществляется по магистрали 8.
Использование изобретения позволяет повысить эксплуатационную надежность, улучшить безопасность эксплуатации ТЭС.