Автореферат диссертации на соискание ученой
степени кандидата технических наук. — Национальный
исследовательский университет «МЭИ». — Москва, 2016. — 20 с.
Специальность 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы.
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Седлов А.С. Целью работы является разработка научно-обоснованных технических решений, обеспечивающих повышение эффективности и экологичности при производстве электрической энергии, на основе исследования общих свойств функционирования угольно-водородных энергетических комплексов.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
Получены зависимости КПД нетто для угольно-водородного энергетического комплекса со степенями водородного перегрева в диапазоне 0-300 °С при учете затрат мощности на сжатие водорода и кислорода.
Обоснованы оптимальные структура и параметры тепловой схемы угольно-водородного энергетического комплекса с учетом затрат мощности на сжатие водорода и кислорода, в том числе установлено значение оптимального начального давления, определены особенности системы регенеративного подогрева. Разработана оригинальная методика определения оптимального разделительного давления между цилиндром среднего (ЦСД) и цилиндром низкого давления (ЦНД) турбоустановки.
Разработаны схемные решения, обеспечивающие интеграцию системы промежуточного охлаждения водорода, применяемую в процессе сжатия для снижения дополнительных затрат мощности, в тепловую схему угольно-водородного энергетического комплекса.
На основании проведенных исследований разработаны новые варианты тепловых схем угольно-водородных энергетических комплексов.
Установлено, что применение водородного перегрева приводит к увеличению объемного расхода пара через последние отсеки проточной части турбины. Предложен способ повышения пропускной способности — ЦНД с двухъярусной проточной частью, отличающийся установкой специальной диафрагмы для первой ступени, позволяющей организовать независимый подвод пара в ярусы при пяти ступенях в нижнем ярусе и трех ступенях в верхнем ярусе, и обеспечивающий пропуск через последние отсеки турбоустановки увеличенного на 45% объемного расхода пара.
Теоретическая и практическая значимость работы:
Получены зависимости показателей экономичности угольно-водородного энергетического комплекса от параметров водородного перегрева, которые могут быть использованы при проектировании энергоблоков с водородным перегревом пара.
Практическое применение водородного перегрева позволит существенно повысить КПД угольной генерации.
Данная технология может быть использована как при модернизации существующих энергоблоков, так и при создании новых энергетических комплексов. В новых угольно-водородных энергетических объектах будет возможно достичь сверхвысоких начальных температур пара, что обеспечит существенное повышение экономичности при выработке электрической энергии. Вместе с этим благодаря локализации высокотемпературной области рядом с турбоустановкой рассматриваемое решение не потребует применения большого количества дорогостоящих жаропрочных сплавов на никелевой основе.
Применение водородного топлива для перегрева пара позволяет увеличить мощность энергоблока на 30-40% без дополнительных выбросов вредных веществ в атмосферу.
В ходе проведенного исследования была создана оригинальная методика определения оптимального разделительного давления между ЦСД и ЦНД, а также адаптирована методика теплового расчета проточных частей турбомашин для двухъярусных цилиндров. Разработанные методики могут быть использованы при проектировании нового оборудования.
Предлагаемый в работе способ увеличения пропускной способности, основанный на применении в ЦНД двухъярусной проточной части, может быть использован как для решения проблем пропуска повышенного объемного расхода пара в угольно-водородных энергетических комплексах, так и при создании новых сверхмощных турбоустановок для традиционных
энергоблоков ТЭС и АЭС.
Специальность 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы.
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Седлов А.С. Целью работы является разработка научно-обоснованных технических решений, обеспечивающих повышение эффективности и экологичности при производстве электрической энергии, на основе исследования общих свойств функционирования угольно-водородных энергетических комплексов.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
Получены зависимости КПД нетто для угольно-водородного энергетического комплекса со степенями водородного перегрева в диапазоне 0-300 °С при учете затрат мощности на сжатие водорода и кислорода.
Обоснованы оптимальные структура и параметры тепловой схемы угольно-водородного энергетического комплекса с учетом затрат мощности на сжатие водорода и кислорода, в том числе установлено значение оптимального начального давления, определены особенности системы регенеративного подогрева. Разработана оригинальная методика определения оптимального разделительного давления между цилиндром среднего (ЦСД) и цилиндром низкого давления (ЦНД) турбоустановки.
Разработаны схемные решения, обеспечивающие интеграцию системы промежуточного охлаждения водорода, применяемую в процессе сжатия для снижения дополнительных затрат мощности, в тепловую схему угольно-водородного энергетического комплекса.
На основании проведенных исследований разработаны новые варианты тепловых схем угольно-водородных энергетических комплексов.
Установлено, что применение водородного перегрева приводит к увеличению объемного расхода пара через последние отсеки проточной части турбины. Предложен способ повышения пропускной способности — ЦНД с двухъярусной проточной частью, отличающийся установкой специальной диафрагмы для первой ступени, позволяющей организовать независимый подвод пара в ярусы при пяти ступенях в нижнем ярусе и трех ступенях в верхнем ярусе, и обеспечивающий пропуск через последние отсеки турбоустановки увеличенного на 45% объемного расхода пара.
Теоретическая и практическая значимость работы:
Получены зависимости показателей экономичности угольно-водородного энергетического комплекса от параметров водородного перегрева, которые могут быть использованы при проектировании энергоблоков с водородным перегревом пара.
Практическое применение водородного перегрева позволит существенно повысить КПД угольной генерации.
Данная технология может быть использована как при модернизации существующих энергоблоков, так и при создании новых энергетических комплексов. В новых угольно-водородных энергетических объектах будет возможно достичь сверхвысоких начальных температур пара, что обеспечит существенное повышение экономичности при выработке электрической энергии. Вместе с этим благодаря локализации высокотемпературной области рядом с турбоустановкой рассматриваемое решение не потребует применения большого количества дорогостоящих жаропрочных сплавов на никелевой основе.
Применение водородного топлива для перегрева пара позволяет увеличить мощность энергоблока на 30-40% без дополнительных выбросов вредных веществ в атмосферу.
В ходе проведенного исследования была создана оригинальная методика определения оптимального разделительного давления между ЦСД и ЦНД, а также адаптирована методика теплового расчета проточных частей турбомашин для двухъярусных цилиндров. Разработанные методики могут быть использованы при проектировании нового оборудования.
Предлагаемый в работе способ увеличения пропускной способности, основанный на применении в ЦНД двухъярусной проточной части, может быть использован как для решения проблем пропуска повышенного объемного расхода пара в угольно-водородных энергетических комплексах, так и при создании новых сверхмощных турбоустановок для традиционных
энергоблоков ТЭС и АЭС.