ПИКОВАЯ ВОДОРОДНАЯ ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА
PEAK HYDROGEN STEAM TURBINE PLANT

Изобретение относится к области энергетики, а именно к теплоэнергетике.
Известна пиковая водородная паротурбинная установка (Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П. «Введение в водородную энергетику», 1984, с.202), содержащая электролизер, газовые компрессоры, ресиверы для хранения водорода и кислорода, камеру сгорания для сжигания водорода в среде кислорода, конденсационную турбину с конденсатором, из которого конденсат насосом перекачивается в электролизер. Регулирование мощности этой установки осуществляется путем впрыска воды за камерой сгорания. Это приводит к значительному снижению КПД на всех режимах ее работы и к резким колебаниям температуры пара перед турбиной, что вызывает при изменении мощности установки значительные термические напряжения в турбине.
Задачей предлагаемого решения является повышение КПД установки на всех режимах работы и снижение термических напряжений в турбомашине при изменении ее мощности.
Поставленная цель достигается тем, что установка содержит установленные на одном валу паровые турбину и компрессор, соединенные системой паропроводов таким образом, что образуется замкнутый паровой контур, ресиверы для хранения водорода и кислорода, камеру сгорания, расположенную перед паровой турбиной и соединенную трубопроводами с ресиверами, регенеративный теплообменник и охладитель, входящие в состав замкнутого парового контура, конденсационную турбину с конденсатором, подключенную к паропроводу, соединяющему паровую турбину с компрессором, электролизер, соединенный с конденсатором трубопроводом, на котором установлен водяной насос, и сообщающийся с ресиверами для хранения водорода и кислорода через трубопроводы, на которых установлены газовые компрессоры.
На чертеже представлена схема водородной паротурбинной установки, выполненной согласно данному изобретению.
Установка содержит паровую турбину 1, установленную на одном валу с компрессором 2 и электрогенератором 3. Перед турбиной 1 установлена камера сгорания 4, соединенная трубопроводами 5, 6, на которых установлены регулирующие клапаны 7, 8, с ресиверами для хранения водорода и кислорода 9 и 10 соответственно. К паропроводу 11, соединяющему турбину 1 и компрессор 2, подключены регенеративный теплообменник 12 и охладитель 13, а также паропровод 14 с регулирующим клапаном 15, соединяющий ее с конденсационной турбиной 16, установленной на одном валу с электрогенератором 17. На выходе из турбины 16 установлен конденсатор 18, соединенный с электролизером 19 трубопроводом 20, на котором смонтирован насос 21. Электролизер 19 соединен с ресиверами 9 и 10 трубопроводами, на которых установлены газовые компрессоры 22 и 23.
Пиковая водородная паротурбинная установка работает следующим образом.
После турбины 1 отработавший пар проходит через регенератор 12 и охладитель 13, где его температура снижается, а затем направляется в компрессор 2, в котором происходит его сжатие. Далее пар проходит через регенератор 12, где его температура повышается, и поступает в камеру сгорания 4. В ходе процесса горения водорода в среде кислорода, который имеет место в камере сгорания 4, образуется пар с очень высокой температурой, который затем смешивается с основным потоком пара, в результате чего его температура снижается. Пар поступает в турбину 1, где он совершает работу. Турбина 1 вращает компрессор 2, а избыточную часть своей мощности отдает на привод электрогенератора 3. Часть пара отбирается из паропровода 11, соединяющего турбину 1 с компрессором 2, и поступает в конденсационную турбину 16, которая является приводом электрогенератора 17. В конденсаторе 18, установленном за турбиной 16, происходит конденсация пара. Конденсат по трубопроводу 20, на котором установлен водяной насос 21, поступает в электролизер 19, в котором в периоды минимальной нагруженности электросети происходит электролиз воды. Образовавшиеся в ходе этого процесса водород и кислород сжимаются в газовых компрессорах 22 и 23, а затем поступают в ресиверы 9 и 40, из которых в периоды пиковых нагрузок на сеть по трубопроводам 5 и 6 подаются к камере сгорания 4. Мощность установки, которая зависит от давления и массового расхода в замкнутом паровом контуре, регулируется клапаном 15, установленным на паропроводе 14, и клапанами 7 и 8 на линиях подачи водорода и кислорода к камере сгорания 4. При изменении мощности практически неизменными остаются теплоперепады в компрессоре 2 и турбине 1, а также треугольники скоростей и КПД этих турбомашин. Так как температура пара в замкнутом паровом контуре также остается практически неизменной, появляется возможность быстрого изменения мощности установки без возникновения значительных термических напряжений в конструкции турбомашин.