Исследование тепловых процессов и разработка экспериментальных H2/O2-парогенераторов для энергетики

• Автор: Счастливцев, Алексей Иванович
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор результатов предыдущих работ

1.2.Потенциальные области применения водородно-кислородных

парогенераторов и схемы с их использованием

1.2.1 .Дополнительные аккумулирующие надстройки для производства пиковых

мощностей

1.2.2.Водородно-кислородные энергоустановки со сверхкритическими

параметрами пара

1.2.3.Перегрев пара перед влажнопаровой турбиной
1.2.4.Водородные системы аккумулирования электроэнергии
1.2.5. Другие потенциальные области использования водородно-
кислородных парогенераторов
1.3 Особенности термодинамического расчета водородно-кислородных
парогенераторов
1.4.Характерные особенности создания экспериментальных образцов
водородно-кислородных парогенераторов
1.4.1.Основные типы водородно-кислородных парогенераторов.
1.4.2.Надежное охлаждение наиболее теплонапряженных узлов водородно-
кислородного парогенератора
1.4.3.Обеспечение низкой неравномерности поля температур на выхлопе
водородно-кислородного парогенератора
1.5.Выводы к главе 1
ГЛАВА 2. Термодинамический и технико-экономический анализ
потенциальных областей использования водородно-кислородных
парогенераторов в энергетике
2.1.Оценка термодинамической эффективности использования перегрева пара
перед влажнопаровыми турбинами ГеоЭС
2.2,Оценка термодинамической эффективности использования перегрева на

2.2.1.Постановка задачи
2.2.2.Влияние повышения температуры и уменьшения влажности пара на кпд
турбоустановки
2.2.3 .Влияние водородно-кислородного перегрева пара на маневренность
турбоустановки и КПД
2.2.4.Схема с использованием водородного перегрева на АЭС

2.3.Анализ систем водородного аккумулирования электроэнергии и их сравнение с другими системами
2.4.Выводы к главе 2
ГЛАВА 3. Разработка и экспериментальные исследования процессов в
водородно-кислородном парогенераторе тепловой мощностью до 25 МВт
3.1 .Описание экспериментальной установки
3.2.Краткое описание изделия
3.3.Описание экспериментального стенда
3.4.Исследование тепловых процессов в ВКПГ-25М
3.4.1 .Постановка задачи
3.4.2. Исследования со смесительным элементом со струйными форсунками со струями, пересекающимися под углом 30°
3.4.3. Испытания со смесительным элементом со струйными форсунками со струями, пересекающимися под углом 15°
3.4.4. Испытания со смесительным элементом со струйными форсунками со струями, пересекающимися под углом 15° с дополнительными форсунками водорода
3.4.5.Испытания со смесительным элементом с соосноструйными форсунками водорода и кислорода
3.4.6.Проведение длительных испытаний
3.4.7.0бсуждение результатов испытаний
3.5 .Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. Разработка и экспериментальные исследования тепловых процессов в водородно-кислородном парогенераторе тепловой мощностью до 200 кВт
4.1 .Описание экспериментальной установки
4.2.0писание экспериментального стенда
4.3 .Исследование тепловых процессов в ВКПГ-200К
4.3.1.Постановка задачи
4.3.2.Исследование полноты сгорания
4.3.3.Проведение испытаний ВКПГ-200К с автоматической системой управления
4.3.4.Исследование неравномерности поля температур в камере испарения
4.4.Выводы к главе 4
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВКПГ-25М - водородно-кислородный парогенератор тепловой мощностью до 25 МВт;
ВКГТГ-200К - водородно-кислородный парогенератор тепловой мощностью до 200 кВт;
ЗУ - запальное устройство;
КС - камера сгорания;
КИ - камера испарения;
СЭ - смесительный элемент;
ГеоЭС - геотермальная электростанция;
АЭС - атомная электростанция;
ТЭС - тепловая электростанция.

ГЛАВА 2. Термодинамический и технико-экономический анализ потенциальных областей использования водородно-кислородных парогенераторов в энергетике
2.1. Оценка термодинамической эффективности использования перегрева пара перед влажнопаровыми турбинами ГеоЭС Использование геотермальной энергии позволяет получать электроэнергию и теплоту без каких-либо затрат ископаемого топлива. Однако, электрический КПД современных геотермальных станций остаётся относительно низким (12... 18%), что связано в первую очередь с параметрами скважины, температура теплоносителя в которых не превышает 500 К. В основе преобразования геотермального тепла в электрическую энергию лежит паротурбинная технология, являющаяся наиболее эффективной и доступной в данном случае, т.е. в качестве рабочего тела используется водяной пар, а в качестве преобразователя его внутренней энергии в механическую - паровая турбина. Современные паровые турбины, работающие на перегретом паре и используемые в энергетике, как правило, имеют достаточно высокий внутренний КПД, существенно превышающий КПД влажнопаровых турбин ГеоЭС. Сравним основные составляющие электрического КПД паротурбинных установок:
• термический КПД паротурбинного цикла;
о паровые турбины на перегретом паре (до 65%); о влажнопаровые турбины ГеоЭС (менее 25%);
• КПД паровой турбины;
о паровые турбины на перегретом паре (около 90%); о влажнопаровые турбины Г еоЭС (менее 75%);
Таким образом, максимальный электрический КПД современной паротурбинной установки может составить около 55%, а для геотермальной не более 18%. Это связано в первую очередь с тем, что пар, на входе в геотермальную турбину подается с относительно низкими параметрами