RU2499896C1 - Способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки и устройство для его осуществления (варианты) - Google Patents
Способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки и устройство для его осуществления (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2499896C1 RU2499896C1 RU2012114025/06A RU2012114025A RU2499896C1 RU 2499896 C1 RU2499896 C1 RU 2499896C1 RU 2012114025/06 A RU2012114025/06 A RU 2012114025/06A RU 2012114025 A RU2012114025 A RU 2012114025A RU 2499896 C1 RU2499896 C1 RU 2499896C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- steam
- power plant
- water
- steam generator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетике. Способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки основан на продувке полостей и магистралей нейтральным газом, поэтапной подаче компонентов топлива и воды в энергоустановку, согласно первому варианту изобретения запуск осуществляют при сниженном расходе компонентов топлива, не более 80% от номинального, в процессе запуска регулируют расход пара через турбину, изменяя мощность на выходном валу, а при выходе на номинальный режим подают дополнительные компоненты топлива и воды. Кроме того, подача дополнительных компонентов топлива и воды, в отличие от первого варианта, может быть выполнена регулируемой. Также представлены устройства для реализации способов согласно первому и второму вариантам. Изобретение позволяет повысить долговечность за счет снижения термических напряжений в конструкции при запуске с малым временем выхода на режим. 4 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области энергетики, а именно к парогазовым энергоустановкам.
В настоящее время важной проблемой в создании и эксплуатации энергетических установок является обеспечение надежного запуска с малым временем выхода на режим (не более 30 с) при сохранении высокой надежности и долговечности.
Известна парогазовая установка (см. патент РФ №2142565, МПК F01K 23/10, по заявке №96108097 от 18.04.1996 г.), включающая газотурбинную установку с электрогенератором и источником пара, и способ ее запуска, основанный на поэтапной подаче топлива и воды в энергоустановку.
Известна паровая энергетическая установка, содержащую паровую машину, выходной вал, который связан с электрической машиной, систему управления (см. патент РФ №2144984, МПК F01C 1/16, по заявке №97122296/06 от 30.12.1997 г.), и способ ее запуска, основанный на поэтапной подаче топлива и воды в энергоустановку.
Известна энергетическая установка, содержащая паровую машину, кинематически связанную с электрогенератором, причем паровая машина выполнена в виде высокотемпературного парогазогенератора, например кислородно-водородного, на выходе которого установлен турбонасосный агрегат, выходной вал которого кинематически связан с электрогенератором и/или водяным насосом (см. патент РФ №2393358, МПК F01K 16/02, по заявке №2009102132 от 26.10.2010 - прототип), и способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки, основанный на продувке полостей и магистралей нейтральным газом, поэтапной подаче компонентов топлива и воды в энергоустановку.
Недостатками известных устройств являются либо длительный запуск (до 12 часов), выполняемый с целью постепенного выхода конструкции на стационарный температурный режим для снижения термических напряжений и повышения долговечности, либо быстрый (до 30 с) запуск с повышенными термическими напряжениями и снижением долговечности.
Целью предлагаемого изобретения является повышение долговечности за счет снижения термических напряжений в конструкции при запуске с малым временем выхода на режим.
Указанная цель достигается тем, что при известном способе запуска водородной паротурбинной энергоустановки, основанном на продувке полостей и магистралей нейтральным газом, поэтапной подаче компонентов топлива и воды в энергоустановку, согласно первому варианту изобретения запуск осуществляют при сниженном расходе компонентов топлива, не более 80% от номинального, в процессе запуска регулируют расход пара через турбину, изменяя мощность на выходном валу, а при выходе на номинальный режим подают дополнительные компоненты топлива и воды.
Кроме того, подача дополнительных компонентов топлива и воды, в отличие от первого варианта, может быть выполнена регулируемое.
Способ по I варианту осуществляется в устройстве, включающем парогенератор, запальник, турбопривод, систему продувки нейтральным газом и системы подачи компонентов топлива и воды, в котором согласно изобретению по линии подачи компонентов топлива и воды установлены дополнительные дросселирующие устройства, между парогенератором и турбоприводом установлен регулируемый дроссель перепуска пара, а непосредственно на входе турбопривода установлен клапан аварийного сброса пара.
Кроме того, для реализации II варианта способа в устройстве вместо дополнительных дросселирующих устройств могут быть установлены дополнительные регулируемые дроссельные устройства.
Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что появляется возможность снизить термические напряжения за счет запуска через предварительный режим с пониженной температурой в парогенераторе, что снижает теплоперепады на элементах турбопривода и таким образом приводит к росту долговечности конструкции. Кроме того, использование указанного способа запуска позволяет за счет поэтапного (ступенчатого) нагрева конструкции снизить время запуска.
Принципиальная схема энергоустановки показана на рисунках фиг.1 (вариант I) и фиг.2 (вариант II) - где:
1 - парогенератор;
2 - запальное устройство;
3 - смесительная головка;
4 - камера сгорания с рубашкой охлаждения;
5 - смеситель;
6 - блок зажигания;
7 - турбопривод;
8 - колесо или колеса турбины;
9 - нагрузочное устройство;
10 - клапан подачи расхода газообразного водорода в запальное устройство;
11 - клапан подачи предварительного расхода газообразного водорода в камеру сгорания парогенератора;
12 - клапан подачи дополнительного расхода газообразного водорода в камеру сгорания парогенератора;
13 - дросселирующее устройство расхода газообразного водорода в камеру сгорания парогенератора номинального режима;
14 - клапан подачи расхода газообразного кислорода в запальное устройство;
15 - клапан подачи предварительного расхода газообразного кислорода в камеру сгорания парогенератора;
16 - клапан подачи дополнительного расхода газообразного кислорода в камеру сгорания парогенератора;
17 - дросселирующее устройство расхода газообразного кислорода в камеру сгорания парогенератора номинального режима;
18 - клапан подачи воды предварительного расхода в смесительную головку;
19 - клапан подачи воды предварительного расхода в камеру сгорания с рубашкой охлаждения;
20 - клапан подачи воды предварительного расхода в смеситель;
21 - дросселирующее устройство расхода воды в смесительную головку номинального режима;
22 - клапан подачи дополнительного расхода воды в смесительную головку;
23 - дросселирующее устройство расхода воды в камеру сгорания с рубашкой охлаждения номинального режима;
24 - клапан подачи дополнительного расхода воды в камеру сгорания с рубашкой охлаждения;
25 - дросселирующее устройство расхода воды в смеситель номинального режима;
26 - клапан подачи воды предварительного расхода в смеситель;
27 - регулируемый дроссель расхода газообразного водорода в камеру сгорания парогенератора номинального режима;
28 - регулируемый дроссель расхода газообразного кислорода в камеру сгорания парогенератора номинального режима;
29 - регулятор расхода воды в камеру сгорания с рубашкой охлаждения номинального режима;
30 - регулятор расхода воды в смеситель номинального режима;
31 - емкость с маслом;
32 - клапан подачи масла;
33 - клапан подачи нейтрального газа в полость подшипников ротора турбопривода;
34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 - клапаны подачи нейтрального газа на продувку полостей энергоустановки;
41 - дроссель подачи пара мимо турбопривода;
42 - клапан аварийного сброса пара.
Энергоустановка включает в себя высокотемпературный кислородно-водородный парогенератор 1, состоящий из запального устройства 2, смесительной головки 3, камеры сгорания с рубашкой охлаждения 4, смесителя 5 и блока зажигания 6. На выходе парогенератора 1 установлен турбопривод 7, включающий колеса турбины 8, и кинематически связанное с ним нагрузочное устройство 9.
К парогенератору 1 подсоединены магистрали подачи на запальное устройство, в камеру сгорания предварительного и дополнительного расхода газообразного водорода, включающие в себя соответственно клапаны 10, 11 и 12, дросселирующее устройство режима предварительной ступени и дросселирующее устройство номинального режима 13. Также к парогенератору 1 подсоединены магистрали подачи на запальное устройство, в камеру сгорания предварительного и дополнительного расхода газообразного кислорода, включающие в себя соответственно клапаны 14, 15 и 16, дросселирующее устройство режима предварительной ступени и дросселирующее устройство номинального режима 17. Для охлаждения парогенератора 1 и организации процесса парообразования к нему подсоединены магистрали подачи предварительного расхода воды в смесительную головку 3 с дросселирующим устройством и клапаном 18, камеру сгорания с рубашкой охлаждения 4 с дросселирующим устройством и клапаном 19, смеситель 5 с дросселирующим устройством и клапаном 20. Также для выхода на номинальный режим к парогенератору 1 подсоединены магистрали подачи дополнительного расхода воды в: смесительную головку 3 с дросселирующим устройством 21 и клапаном 22, камеру сгорания с рубашкой охлаждения 4 с дросселирующим устройством 23 и клапаном 24, смеситель 5 с дросселирующим устройством 25 и клапаном 26.
Дросселирующие устройства подачи дополнительных расходов газообразных водорода 13 и кислорода 17 для выхода энергоустановки на номинальный режим могут быть заменены на регулируемые дроссели 27 и 28 соответственно, а дросселирующие устройства 23 и 25 подачи дополнительных расходов воды в камеру сгорания с рубашкой охлаждения 4 и смеситель 5 парогенератора 1 - на регуляторы 29 и 30 соответственно (см. фиг.2).
Смазка подшипников ротора турбопривода 7 энергоустановки осуществляется по магистрали подачи масла от емкости 31 с клапаном 32. Подача нейтрального газа в полость подшипников ротора турбопривода 7 выполняется по магистрали через клапан 33.
Продувка полостей энергоустановки перед запуском с целью удаления взрывоопасных газов происходит по магистралям подачи нейтрального газа через дросселирующие устройства и клапаны 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40.
В магистрали подачи пара мимо турбопривода 7 предусмотрен дроссель 41.
После парогенератора 1, перед турбоприводом 7, установлен клапан аварийного сброса пара 42.
Запуск водородной паротурбинной энергоустановки начинается с продувки ее полостей по линиям подачи водорода, кислорода и воды при открытых клапанах 34, 37, 38, 39, 40 подачи нейтрального газа, например азота. Затем открывается клапан 33 подачи нейтрального газа в полость подшипников ротора турбопривода 7 на все время работы энергоустановки. Далее открывается клапан 32 и масло из емкости 31 подается на смазку подшипников ротора турбопривода 7.
Выход на режим предварительной ступени работы происходит с запуска парогенератора 1, компоненты в котором поджигаются при помощи запального устройства 2.
Электрическое запальное устройство 2 выполнено на основе электроплазменного способа инициирования процесса горения. При запуске открываются клапаны подачи нейтрального газа 35 и 36 продувки линий кислорода и водорода запального устройства соответственно. Затем подается электропитание на блок зажигания 6 и открывается клапан 14 подачи газообразного кислорода в запальное устройство 2 в полость под электроэрозионную свечу и далее в камеру сгорания запального устройства; закрывается клапан 36 и прекращается продувка линии окислителя запального устройства. После открывается клапан 10, и газообразный водород поступает в запальное устройство 2 в зону выхода активного кислорода (плазмы) из-под электроэрозионной свечи, где воспламеняется; закрывается клапан 35 и прекращается продувка линии водорода запального устройства.
Далее открываются клапаны 18, 19, 20 и вода с предварительным расходом подается на завесное и регенеративное охлаждение и на балластировку в смесительную головку 3, рубашку охлаждения камеры сгорания 4 и смеситель 5 парогенератора 1 соответственно. Закрываются клапаны 38, 39, 40 и прекращается продувка полостей энергоустановки по линиям подачи воды.
Далее открывается клапан 11 подачи газообразного водорода в камеру сгорания парогенератора 1 и закрывается клапан продувки 34. Через незначительный промежуток времени открывается клапан подачи газообразного кислорода 15 в камеру сгорания парогенератора 1, закрывается клапан продувки 37. Образовавшиеся горячие газы, истекающие из запального устройства 2, поджигают топливную смесь в камере сгорания парогенератора 1.
После начала огневого процесса парогенератор 1, турбопривод 7 и нагрузочное устройство 9 выходят на режим предварительной ступени. Парогенератор 1 вырабатывает высокотемпературный водяной пар, который поступает в турбопривод 7 и раскручивает колесо или колеса турбины 8 с ротором. С ротора турбопривода 7 крутящий момент передается на нагрузочное устройство 9, в качестве которого может выступать, например, электрогенератор и/или водяной насос.
Затем закрывается клапан 14 и прекращается подача газообразного кислорода в запальное устройство 2, отрывается клапан 36 продувки линии окислителя запального устройства и снимается напряжение с блока зажигания 6. Газообразный водород поступает через клапан 10 в запальное устройство 2 для его охлаждения на протяжении всего времени работы энергоустановки.
При выходе на номинальный режим работы энергоустановки открываются клапаны 22, 24, 26, после чего расходы воды в смесительную головку 3, рубашку охлаждения камеры сгорания 4 и смеситель 5 парогенератора 1 увеличиваются на величину расходов через дросселирующие устройства 21, 23 и 25 соответственно и расход воды достигает величины на номинальном режиме. Закрывается клапан 36 продувки линии окислителя запального устройства.
Затем открывается клапан 12 и расход газообразного водорода в смесительную головку 3 парогенератора 1 возрастает на величину расхода через дросселирующее устройство 13. Далее открывается клапан 16 и расход газообразного кислорода также возрастает на величину расхода через дросселирующее устройство 17.
С целью регулирования расхода пара на турбопривод 7 предусмотрен дроссель 41 перепуска пара мимо него.
При возникновении аварийных ситуаций предусмотрен клапан аварийного сброса пара 38 перед турбоприводом 42.
При запуске энергоустановки, когда подача дополнительных компонентов топлива и воды выполняется регулируемо, дроссели подачи газообразного водорода и кислорода 27 и 28 соответственно и регуляторы 29 и 30 подачи воды в рубашку охлаждения камеры сгорания 4 и смеситель 5 парогенератора 1 соответственно настроены на минимальный расход.
При выходе на номинальный режим работы энергоустановки открываются клапаны 24, 26, после чего расходы воды в рубашку охлаждения камеры сгорания 4 и смеситель 5 парогенератора 1 увеличиваются на величину минимальных расходов через регуляторы 29 и 30. Далее открываются клапаны 12 и 16, и расход газообразных водорода и кислорода возрастает на величину минимальных настроек дросселей 27 и 28 соответственно.
После подаются команды на приводы регуляторов 29, 30 и дросселей 27, 28, которые выводят энергоустановку на номинальный режим и обеспечивают регулирование необходимых расходов компонентов топлива и воды во время работы.
В остальном запуск энергоустановки, когда подача дополнительных компонентов топлива и воды выполняется регулируемо, аналогичен запуску при нерегулируемой подаче дополнительных компонентов топлива и воды.
Таким образом, благодаря использованию изобретения, повышается долговечность конструкции при запуске с малым временем выхода на основной режим.
Claims (4)
1. Способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки, основанный на продувке полостей и магистралей нейтральным газом, поэтапной подаче компонентов топлива и воды в энергоустановку, отличающийся тем, что запуск осуществляют при сниженном расходе компонентов топлива, не более 80% от номинального, в процессе запуска регулируют расход пара через турбину, изменяя мощность на выходном валу, а при выходе на номинальный режим подают дополнительные компоненты топлива и воды.
2. Устройство для реализации способа по п.1, включающее парогенератор, запальник, турбопривод, систему продувки нейтральным газом и системы подачи компонентов топлива и воды, отличающееся тем, что по линии подачи компонентов топлива и воды установлены дополнительные дросселирующие устройства, между парогенератором и турбоприводом установлен регулируемый дроссель перепуска пара, а непосредственно на входе турбопривода установлен клапан аварийного сброса пара.
3. Способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки, основанный на продувке полостей и магистралей нейтральным газом, поэтапной подаче компонентов топлива и воды в энергоустановку, отличающийся тем, что запуск осуществляют при сниженном расходе компонентов топлива, не более 80% от номинального, в процессе запуска регулируют расход пара через турбину, изменяя мощность на выходном валу, а при выходе на номинальный режим подают регулируемо дополнительные компоненты топлива и воды.
4. Устройство для реализации способа по п.3, включающее парогенератор, запальник, турбопривод, систему продувки нейтральным газом и системы подачи компонентов топлива и воды, отличающееся тем, что по линии подачи компонентов топлива и воды установлены дополнительные регулируемые дроссельные устройства, между парогенератором и турбоприводом установлен регулируемый дроссель перепуска пара, а непосредственно на входе турбопривода установлен клапан аварийного сброса пара.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012114025/06A RU2499896C1 (ru) | 2012-04-10 | 2012-04-10 | Способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки и устройство для его осуществления (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012114025/06A RU2499896C1 (ru) | 2012-04-10 | 2012-04-10 | Способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки и устройство для его осуществления (варианты) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012114025A RU2012114025A (ru) | 2013-10-20 |
RU2499896C1 true RU2499896C1 (ru) | 2013-11-27 |
Family
ID=49356854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012114025/06A RU2499896C1 (ru) | 2012-04-10 | 2012-04-10 | Способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки и устройство для его осуществления (варианты) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2499896C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2142565C1 (ru) * | 1996-04-18 | 1999-12-10 | Самарский государственный технический университет | Парогазовая установка |
RU92474U1 (ru) * | 2009-10-19 | 2010-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Автономная турбоводородная энергоустановка |
RU2385836C2 (ru) * | 2008-04-07 | 2010-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительной техники" (ОАО "НИИВТ") | Способ создания водородного энергохимического комплекса и устройство для его реализации |
JP2010101587A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Hitachi Ltd | 酸素燃焼ボイラ及び酸素燃焼ボイラの制御方法 |
RU2393358C1 (ru) * | 2009-01-22 | 2010-06-27 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Энергоустановка (варианты) |
EP2431579A2 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-21 | Hitachi Ltd. | Multipurpose thermal power plant system |
-
2012
- 2012-04-10 RU RU2012114025/06A patent/RU2499896C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2142565C1 (ru) * | 1996-04-18 | 1999-12-10 | Самарский государственный технический университет | Парогазовая установка |
RU2385836C2 (ru) * | 2008-04-07 | 2010-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительной техники" (ОАО "НИИВТ") | Способ создания водородного энергохимического комплекса и устройство для его реализации |
JP2010101587A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Hitachi Ltd | 酸素燃焼ボイラ及び酸素燃焼ボイラの制御方法 |
RU2393358C1 (ru) * | 2009-01-22 | 2010-06-27 | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" | Энергоустановка (варианты) |
RU92474U1 (ru) * | 2009-10-19 | 2010-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Автономная турбоводородная энергоустановка |
EP2431579A2 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-21 | Hitachi Ltd. | Multipurpose thermal power plant system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012114025A (ru) | 2013-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8671658B2 (en) | Oxidizing fuel | |
RU2641776C2 (ru) | Средства управления для турбины с множеством камер сгорания | |
JP2009197800A (ja) | 排気ガスの温度を制御するための排気ガス温度調節デバイス及びシステムを有する発電システム | |
US9279364B2 (en) | Multi-combustor turbine | |
RU2562686C2 (ru) | Способ работы энергоустановки в резервном режиме (варианты) и энергоустановка | |
US20100319359A1 (en) | System and method for heating turbine fuel in a simple cycle plant | |
EP3447274B1 (en) | Electric power-assisted liquid-propellant rocket propulsion system | |
JP7291090B2 (ja) | ガスタービンの燃焼器 | |
JP2007205353A (ja) | ラムジェット/スクラムジェットエンジン始動装置及びその方法 | |
JP2009185813A (ja) | 発電プラントの起動のための装置及び方法 | |
RU2488903C1 (ru) | Система сжигания водорода в цикле аэс с регулированием температуры водород-кислородного пара | |
US20160131030A1 (en) | Gas turbine efficiency and power augmentation improvements utilizing heated compressed air and steam injection | |
CN101592085A (zh) | 用于运转燃气涡轮机的方法 | |
RU2602214C2 (ru) | Способ эксплуатации стационарной газовой турбины, устройство для регулирования работы газовой турбины и электростанция | |
KR101998193B1 (ko) | 수소 함유 가스 연료를 생성하기 위한 다단계 방법 및 열 가스 발전기 플랜트 | |
US20120285175A1 (en) | Steam injected gas turbine engine | |
JPH10251671A (ja) | 複合発電設備 | |
RU2499896C1 (ru) | Способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки и устройство для его осуществления (варианты) | |
US9914642B2 (en) | Method for producing hydrogen-containing gaseous fuel and thermal gas-generator plant | |
JP2003056364A (ja) | ガス焚きガスタービン発電設備 | |
RU2451202C1 (ru) | Способ форсирования по тяге жидкостного ракетного двигателя и жидкостный ракетный двигатель | |
JP4196477B2 (ja) | 触媒式ガス発生器を利用したエキスパンダサイクルエンジン | |
JPS6179856A (ja) | タ−ボ圧縮機システムの起動方法 | |
WO2017011151A1 (en) | Gas turbine efficiency and power augmentation improvements utilizing heated compressed air and steam injection | |
JP2022546399A (ja) | オキシ燃料燃焼プロセスにおける火炎制御 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180411 |