Исследование процессов и разработка для энергетики основных элементов конструкции парогенераторов высокого давления. Обеспечение высокой полноты сгорания водорода в кислороде, надежного охлаждения теплонапряженных узлов, температуры на выходе из камеры.
Аннотация к работе
Технология сжигания водорода в кислороде с целью получения высокотемпературного водяного пара, реализуемая в водородно-кислородных парогенераторах (Н2/О2-парогенераторах), позволяет создавать установки с высокой удельной мощностью и отсутствием вредных выбросов в процессе работы. Дальнейшее развитие идей использования Н2/О2-парогенераторов привело к разработке на их основе водородных систем аккумулирования электроэнергии для централизованной энергетики, систем перегрева пара на ТЭС, АЭС и ГЕОЭС с целью повышения их маневренности и эффективности, автономных систем аварийного пожаротушения и др. Целью диссертационной работы является исследование процессов и разработка для энергетики основных элементов конструкции Н2/О2-парогенераторов высокого давления тепловой мощностью до 200 КВТ и до 25 МВТ, обеспечивающих высокую полноту сгорания водорода в кислороде (не менее 98%), надежное охлаждение наиболее теплонапряженных узлов, низкую неравномерность температур на выходе из камеры испарения. 4) получены экспериментальные данные по температуре и давлению генерируемого пара для Н2/О2-парогенератора тепловой мощностью до 200 КВТ с различными смесительными элементами, камерами сгорания и камерами испарения, а также экспериментальные данные многорежимных испытаний. Личный вклад автора состоял в модернизации имеющихся экспериментальных установок, разработке новых конструктивных решений основных узлов, разработке схемных решений по использованию Н2/О2-парогенераторов в энергетике и проведении их термодинамического и технико-экономического анализа, проведении экспериментальных исследований тепловых процессов в Н2/О2-парогенераторах тепловой мощностью до 200 КВТ и до 25 МВТ, обработке и анализе экспериментальных данных, а также подготовке статей, патентов и докладов по теме исследования.
Список литературы
1) Выполнен сравнительный технико-экономический анализ технологий аккумулирования энергии, который показал, что водородные системы аккумулирования с Н2/О2-парогенераторами могут быть конкурентоспособными по сравнению с традиционными системами аккумулирования. Стоимость вырабатываемой на них электроэнергии может быть существенно ниже чем у электрохимических аккумуляторов и сравнима со стоимостью электроэнергии вырабатываемой на ГАЭС и ВАЭС;
2) Разработаны схемные решения по использованию Н2/О2-парогенераторов для ГЕОЭС и АЭС и проведен их термодинамический и технико-экономический анализ. Показано, что использование водородного перегрева пара на ЭС с влажнопаровыми турбинами приводит к увеличению КПД на 3…5 % и снижению стоимости производимой электроэнергии на 5…7 %;
3) Разработаны новые конструкции, созданы и испытаны экспериментальные образцы смесительных элементов для Н2/О2-парогенератора тепловой мощностью до 25 МВТ. Выполнены экспериментальные исследования эффективности смесеобразования и сгорания водорода в кислороде, получены новые экспериментальные данные по составу пара, при стехиометрическом горении компонентов с различными типами смесительных элементов. Осуществлен выбор оптимальной конструкции смесительного элемента, обеспечивающей требуемую полноту сгорания компонентов и высокую тепловую устойчивость;
4) Созданы экспериментальные образцы Н2/О2-парогенераторов тепловой мощностью до 200 КВТ и выполнен цикл исследований процессов генерации пара, в результате которых показана возможность их использования при создании автономных водородных систем аккумулирования энергии киловаттного класса мощности;
5) Получены экспериментальные данные по температуре и давлению для Н2/О2-парогенератора тепловой мощностью до 200 КВТ с различными смесительными элементами, камерами сгорания и камерами испарения, а также экспериментальные данные многорежимных испытаний. В результате полученных данных проведена доработка конструкции камеры сгорания и камеры испарения, для повышения полноты сгорания компонентов и обеспечения большей надежности конструкции в целом.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
1. Малышенко С.П., Счастливцев А.И. Термодинамическая эффективность геотермальных станций с водородным перегревом пара // Теплоэнергетика. 2010. № 11. С. 23-27.
2. Ильичев В.А., Пригожин В.И., Савич А.Р., Свиридов О.П., Малышенко С.П., Назарова О.В., Счастливцев А.И. Разработка высокотемпературного водородного минипароперегревателя // Тепловые процессы в технике. 2011. № 11. С. 517-522.
3. Малышенко С.П., Пригожин В.И., Савич А.Р., Счастливцев А.И., Ильичев В.А., Назарова О.В. Эффективность генерации пара в водородо-кислородных парогенераторах мегаваттного класса мощности // Теплофизика высоких температур. 2012. том 50. № 6. С. 820-829.
4. Малышенко С.П., Счастливцев А.И. Смесительная головка водородно-кислородного парогенератора // Патент на изобретение № 2379590 от 04.06.2008.
5. Малышенко С.П., Счастливцев А.И. Геотермальная установка для выработки электроэнергии с водородно-кислородным перегревом // Патент на полезную модель № 84467от 21.01.2009.
6. Малышенко С.П., Счастливцев А.И. Водородно-кислородный минипарогенератор с комбинированным охлаждением камеры сгорания // Патент на полезную модель № 130674от 05.10.2012.
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П. Некоторые аспекты развития водородной энергетики и технологии // Теплоэнергетика. 1980. №3. С.8-12.
2. Малышенко С.П., Назарова О.В., Сарумов Ю.А. Термодинамические аспекты применения водорода для решения некоторых проблем в энергетике // Теплоэнергетика. 1986. № 10. С. 43-47.
3. Sternfeld H.J., P. Heinrich. A demonstration plant for the hydrogen/oxygen spinning reserve // International Journal of Hydrogen Energy. 1989. V.14. I.10. Р.703-716, 4. Malyshenko S.P., Gryaznov A.N., Filatov N.I. High-pressure H2/O2-steam generators and they possible applications // International Journal of Hydrogen Energy. 2004. № 29. Р.589-596.
5. Haidn O. J., Frohlke K., Carl J., Weingartner S. Improved combustion efficiency of a H2/O2 steam generator for spinning reserve application // International Journal of Hydrogen Energy. 1998. V.23. I.6. Р.491-497.
6. «International clean energy network using hydrogen conversion (WE-NET)», Annual summary reports on results. NEDO. Japan. 1994-1998.
7. Фаворский О.Н., Леонтьев А.И., В.А.Федоров, Мильман О.О. Научно-технические основы высокоэффективного производства электроэнергии с комплексным использованием органического и водородного топлива// Энергетик. 2008. № 1. С. 2-6.
8. Малышенко С.П., Пригожин В.И., Рачук В.С. Разработка и создание водородо-кислородных парогенераторов для энергетики // Инновационные технологии в энергетике. Российская академия наук. - М.: Наука, 2012. Кн. 2. Инновационные водородные и сверхпроводниковые технологии для энергетики, 2012. - 162 с..
9. Аминов Р.З., Байрамов А.Н., Шацкова О.В. Оценка эффективности водородных циклов на базе внепиковой электроэнергии АЭС // Теплоэнергетика. 2009. № 11. С.41-45.
10. Steward D., Saur G., Penev M., Ramsden T. Lifecycle cost analysis of hydrogen versus other technologies for electrical energy storage // Technical report NREL/TP-560-46719. November 2009. U.S. Department of Energy. http://oe.energy.gov/eac.htm.
11. Фортов В.Е., Попель О.С. Энергетика в современном мире // Научное издание, - Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект»,. - 168 с. 2011.
12. Weinmann O. Hydrogen - the flexible storage for electrical energy // Power Engineering Journal. 1999. № 3. P. 164-170.