RU2427048C2 - Hydrogen combustion system for steam-hydrogen live steam superheating in cycle of nuclear power plant - Google Patents

Hydrogen combustion system for steam-hydrogen live steam superheating in cycle of nuclear power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2427048C2
RU2427048C2 RU2009117039/06A RU2009117039A RU2427048C2 RU 2427048 C2 RU2427048 C2 RU 2427048C2 RU 2009117039/06 A RU2009117039/06 A RU 2009117039/06A RU 2009117039 A RU2009117039 A RU 2009117039A RU 2427048 C2 RU2427048 C2 RU 2427048C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
steam
oxygen
combustion chamber
temperature
Prior art date
Application number
RU2009117039/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009117039A (en
Inventor
Рашид Зарифович Аминов (RU)
Рашид Зарифович Аминов
Артем Николаевич Байрамов (RU)
Артем Николаевич Байрамов
Original Assignee
Рашид Зарифович Аминов
Артем Николаевич Байрамов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Рашид Зарифович Аминов, Артем Николаевич Байрамов filed Critical Рашид Зарифович Аминов
Priority to RU2009117039/06A priority Critical patent/RU2427048C2/en
Publication of RU2009117039A publication Critical patent/RU2009117039A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2427048C2 publication Critical patent/RU2427048C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: hydrogen-oxygen steam generator is equipped with ignition device. System includes oxidiser (oxygen) and fuel (hydrogen) main supply lines, hydrogen-oxygen combustion chamber of original non-stoichiometric oxidation, afterburning hydrogen-oxygen combustion chamber of stoichiometric oxidation, mixing cavity of high temperature steam with live steam in area before high pressure cylinder of steam turbine. Afterburning hydrogen-oxygen combustion chamber of stoichiometric oxidation is made in the form of diffuser arranged in mixing cavity of high temperature steam with live steam. ^ EFFECT: live steam superheating is achieved in NPP cycle at its temperature which is lower than self-ignition temperature of hydrogen mixed with oxygen. ^ 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электрических станций (АЭС) при температуре рабочего тела ниже температуры самовоспламенения водорода в смеси с кислородом (450°С).The invention relates to the field of nuclear energy and is intended for use in steam turbine plants of nuclear power plants (NPPs) at a working fluid temperature below the self-ignition temperature of hydrogen mixed with oxygen (450 ° C).

Известно запальное устройство, содержащее корпус, рубашку охлаждения, кольцевой коллектор окислителя, расположенный на входе, магистраль горючего, центральный электрод свечи зажигания, при этом рубашка охлаждения выполнена в виде каналов, образованных продольными ребрами и наклоненных на выходе к продольной оси под углом, равным 37-52°, центральный электрод свечи зажигания расположен в магистрали горючего, на внутренней поверхности коллектора окислителя выполнены радиальные выступы, в которых установлены струйные форсунки окислителя, направленные к электроду свечи зажигания (см. патент РФ на изобретение №2084767, МПК F23Q 3/00, опубл. 20.07.1997 г.). Запальное устройство предназначено для использования в силовых установках, работающих на энергии сжигаемых несамовоспламеняющихся высококалорийных топлив, преимущественно водород-кислородного, в частности для запуска парогенераторов, газотурбинных установок, жидкостных реактивных двигателей, мартеновских печей и т.д. В известном запальном устройстве реализован принцип двухступенчатого сжигания водорода с кислородом, когда первоначально происходит ионизирование водорода в среде кислорода с образованием факела, который при избытке кислорода смешивается со вновь подаваемой долей водорода, на выходе из форкамеры в нестехиометрическом соотношении. При этом вторичная подача водорода осуществляется через охлаждающие каналы форкамеры запального устройства.A firing device is known comprising a housing, a cooling jacket, an oxidizer annular collector located at the inlet, a fuel line, a central electrode of the spark plug, and the cooling jacket is made in the form of channels formed by longitudinal ribs and inclined at the exit to the longitudinal axis at an angle equal to 37 -52 °, the central electrode of the spark plug is located in the fuel line, on the inner surface of the oxidizer collector there are radial protrusions in which the jet nozzles of the oxidizer are installed, The direction toward the electrode of the spark plug (see. Russian patent №2084767, IPC F23Q 3/00, publ. 20.07.1997 g). The ignition device is intended for use in power plants operating on the energy of combusted non-combustible high-calorie fuels, mainly hydrogen-oxygen, in particular for starting steam generators, gas turbines, liquid propellant engines, open-hearth furnaces, etc. In the known ignition device, the principle of two-stage combustion of hydrogen with oxygen is implemented, when hydrogen is initially ionized in an oxygen medium with the formation of a torch, which, with an excess of oxygen, mixes with the newly supplied fraction of hydrogen at the outlet of the prechamber in a non-stoichiometric ratio. In this case, the secondary supply of hydrogen is carried out through the cooling channels of the prechamber of the ignition device.

Недостатком известного устройства является то, что оно обеспечивает неполное сгорание водорода в кислороде, вследствие чего не приводит к перегреву свежего пара АЭС до необходимой температуры при входе в цилиндр высокого давления турбины.A disadvantage of the known device is that it provides incomplete combustion of hydrogen in oxygen, as a result of which it does not overheat the fresh steam of the nuclear power plant to the required temperature when entering the turbine high-pressure cylinder.

Известна принципиальная схема двухконтурной АЭС с водородным перегревом пара (см., например, Малышенко С.П., Назарова О.В., Сарумов Ю.А. Некоторые термодинамические и технико-экономические аспекты применения водорода как энергоносителя в энергетике // Атомно-водородная энергетика и технология. М.: Энергоатомиздат. 1986. Вып.7, с.106-108). Водород и кислород вырабатываются в электролизере, сжимаются компрессорами до давления, соответствующего давлению пара на входе в паровую турбину, и поступают в соответствующие хранилища. За счет высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде при стехиометрическом соотношении в камере сгорания водородного пароперегревателя, подмешиваемых в рабочее тело перед паровой турбиной, осуществляется перегрев водяного пара. Вследствие этого повышается КПД паросилового цикла и осуществляется дополнительная выработка электроэнергии.A well-known schematic diagram of a dual-circuit nuclear power plant with hydrogen vapor overheating (see, for example, Malyshenko S.P., Nazarova O.V., Sarumov Yu.A. Some thermodynamic and technical and economic aspects of the use of hydrogen as an energy carrier in energy // Atomic-Hydrogen energy and technology. M: Energoatomizdat. 1986. Vol. 7, pp. 106-108). Hydrogen and oxygen are produced in the electrolyzer, compressed by compressors to a pressure corresponding to the vapor pressure at the inlet to the steam turbine, and enter the respective storage facilities. Due to the high-temperature products of the combustion of hydrogen in oxygen at a stoichiometric ratio in the combustion chamber of a hydrogen superheater, mixed into the working fluid in front of the steam turbine, superheating of water vapor is carried out. As a result, the efficiency of the steam-power cycle is increased and additional electricity generation is carried out.

Недостаток известной схемы заключается в менее эффективном использовании теплоты высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде вследствие применения принудительного наружного охлаждения камеры сгорания, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния балластировочной воды. Кроме этого, недостатком является образование солевых отложений в тракте внешнего охлаждения камеры сгорания балластировочной водой, что со временем становится причиной неработоспособного состояния водородного пароперегревателя. Это снижает эффективность и надежность паро-водородного перегрева свежего пара в цикле АЭС.A disadvantage of the known scheme is the less efficient use of the heat of high-temperature products of hydrogen combustion in oxygen due to the use of forced external cooling of the combustion chamber, which is associated with a significant amount of heat removed necessary to change the phase state of ballast water. In addition, the disadvantage is the formation of salt deposits in the external cooling path of the combustion chamber with ballast water, which over time becomes the cause of the inoperative state of the hydrogen superheater. This reduces the efficiency and reliability of the steam-hydrogen overheating of fresh steam in the NPP cycle.

При температурах рабочего тела, превышающих 450°С, необходимость в запальном устройстве отпадает, так как обеспечивается самовоспламеняемость водород-кислородной смеси.At working fluid temperatures exceeding 450 ° C, the need for an ignition device disappears, since self-igniting of the hydrogen-oxygen mixture is ensured.

Известен парогенератор, содержащий запальное устройство с электросвечой и магистралями подвода горючего (водорода) и окислителя (кислорода), смесительную головку с огневым днищем, коллекторами окислителя (кислорода) и горючего (водорода) и соответствующими магистралями, камеры сгорания и смешения, промежуточное сопло с профилированными стенками, вкладыш подачи балластировочного компонента с магистралью подвода балластировочного компонента, при этом смесительная головка содержит триплетные смесительные элементы с обеспечением соударения струй, профилированную торцевую стенку промежуточного сопла, расположенного между камерой сгорания и камерой смешения, выполненную оптимизированной по углу внедрения струй балластировочного компонента в факел продуктов сгорания и по линиям тока балластировочного компонента вдоль этой торцевой стенки для исключения отрыва потока балластировочного компонента от этой стенки, вкладыш подачи балластировочного компонента выполнен с отверстиями, обеспечивающими разнокалиберность струй балластировочного компонента (см. патент РФ на изобретение №2309325, МПК F22B 1/26, опубл. 27.10.2007 г.).A steam generator is known that contains an ignition device with an electric candle and highways for supplying fuel (hydrogen) and an oxidizing agent (oxygen), a mixing head with a fire bottom, collectors of an oxidizing agent (oxygen) and fuel (hydrogen) and corresponding highways, a combustion and mixing chamber, an intermediate nozzle with shaped walls, the feed liner of the ballast component with the supply line of the ballast component, while the mixing head contains triplet mixing elements with the provision of the vessel rhenium jets, profiled end wall of an intermediate nozzle located between the combustion chamber and the mixing chamber, optimized for the angle of introduction of the jets of the ballasting component into the flame of the combustion products and along the flow lines of the ballasting component along this end wall to prevent separation of the flow of the ballasting component from this wall, liner the supply of the ballasting component is made with holes that ensure the jets of the ballasting component are of different sizes (see RF patent for the invention No. 2309325, IPC F22B 1/26, publ. October 27, 2007).

Известный парогенератор предназначен для использования в газо- и паротурбинных установках, в которых генерируется пар посредством перемешивания высокотемпературных продуктов сгорания водорода и кислорода с балластировочным компонентом - водой или водяным паром. При этом применяется наружное принудительное водяное охлаждение камеры сгорания вследствие образования факела высокой температуры (порядка 3000°С).The known steam generator is intended for use in gas and steam turbine installations in which steam is generated by mixing high-temperature products of the combustion of hydrogen and oxygen with a ballasting component - water or water vapor. In this case, external forced water cooling of the combustion chamber due to the formation of a high temperature flame (about 3000 ° C) is used.

Недостаток известного парогенератора заключается в неэффективном использовании теплоты высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде вследствие их принудительного охлаждения в камере сгорания и в камере смешения, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния балластировочной воды по сравнению с их охлаждением в процессе осуществления перегрева основного рабочего тела паротурбинной установки, например свежего пара АЭС. Кроме этого, недостатком является образование солевых отложений в тракте внешнего охлаждения камеры сгорания балластировочной водой и магистрали подвода балластировочной воды, что со временем становится причиной неработоспособного состояния парогенератора. Это снижает эффективность и надежность паро-водородного перегрева свежего пара.A disadvantage of the known steam generator is the inefficient use of the heat of high-temperature products of hydrogen combustion in oxygen due to their forced cooling in the combustion chamber and in the mixing chamber, which is associated with a significant amount of heat removed necessary to change the phase state of ballast water compared to their cooling during overheating the main working fluid of a steam turbine plant, for example, fresh steam from nuclear power plants. In addition, the disadvantage is the formation of salt deposits in the external cooling path of the combustion chamber with ballast water and the supply line of ballast water, which over time causes the steam generator to become inoperative. This reduces the efficiency and reliability of the steam-hydrogen overheating of fresh steam.

Известен также мини-парогенератор, работающий на химическом топливе кислород-водород с добавлением балластировочной воды и электрическим воспламенением, включающий узел зажигания, камеру сгорания, камеру смешения, подводящие магистрали, в том числе для подвода окислителя (кислорода), горючего (водорода), балластировочной воды, в котором узел зажигания и камера смешения объединены в единый узел воспламенительной форкамеры и смесительной головки с обеспечением подачи балластировочной воды наружного охлаждения камеры сгорания под углом к направлению потока продуктов сгорания, истекающих из промежуточного сопла, разделяющего камеры сгорания и смешения, при этом балластировочная вода подается под углом к потоку продуктов сгорания при заданном масштабе смешения, выход струи продуктов сгорания в камеру смешения осуществлен по принципу внезапного расширения для обеспечения требуемого уровня равномерности поля температур при подаче всего расхода балластировочной воды в одном поясе, что, в свою очередь, реализует охлаждение камеры сгорания полным расходом балластировочной воды (см. патент РФ на изобретение №2300049, МПК F22B 1/26, опубл. 27.05.2007 г.). Мини-парогенератор предназначен для использования в газо- и паротурбинных установках, в которых генерируется пар посредством перемешивания высокотемпературных продуктов сгорания водорода и кислорода с балластировочным компонентом - водой или водяным паром. При этом применяется наружное принудительное водяное охлаждение камеры сгорания вследствие образования факела высокой температуры (порядка 3000°С).Also known is a mini-steam generator operating on oxygen-hydrogen chemical fuel with addition of ballast water and electric ignition, including an ignition unit, a combustion chamber, a mixing chamber, supply lines, including for supplying an oxidizing agent (oxygen), fuel (hydrogen), and a ballast water, in which the ignition unit and the mixing chamber are combined into a single unit of the ignition pre-chamber and the mixing head with the supply of ballast water for external cooling of the combustion chamber at an angle to the direction of the flow of combustion products flowing from the intermediate nozzle separating the combustion and mixing chambers, while the ballast water is supplied at an angle to the flow of combustion products at a given mixing scale, the output of the stream of combustion products into the mixing chamber is carried out according to the principle of sudden expansion to ensure the required level of uniformity temperature fields when supplying the entire flow of ballast water in one belt, which, in turn, implements the cooling of the combustion chamber with the full flow of ballast oh water (see. RF patent for the invention No. 2300049, IPC F22B 1/26, publ. May 27, 2007). The mini-steam generator is intended for use in gas- and steam-turbine installations in which steam is generated by mixing high-temperature products of the combustion of hydrogen and oxygen with a ballasting component - water or water vapor. In this case, external forced water cooling of the combustion chamber due to the formation of a high temperature flame (about 3000 ° C) is used.

Однако недостаток мини-парогенератора также заключается в неэффективном использовании теплоты высокотемпературных продуктов сгорания водорода в кислороде вследствие их принудительного охлаждения в камере сгорания и в камере смешения, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния балластировочной воды по сравнению с их охлаждением в процессе осуществления перегрева основного рабочего тела паротурбинной установки, например свежего пара АЭС. Кроме этого, недостатком является образование солевых отложений в тракте внешнего охлаждения камеры сгорания балластировочной водой, что со временем становится причиной неработоспособного состояния мини-парогенератора. Это снижает эффективность и надежность паро-водородного перегрева свежего пара.However, the disadvantage of a mini-steam generator also lies in the inefficient use of the heat of high-temperature products of hydrogen combustion in oxygen due to their forced cooling in the combustion chamber and in the mixing chamber, which is associated with a significant amount of heat removed necessary to change the phase state of ballasting water compared to their cooling in the process of overheating the main working fluid of a steam turbine plant, for example, fresh steam from nuclear power plants. In addition, the disadvantage is the formation of salt deposits in the external cooling path of the combustion chamber with ballast water, which over time becomes the cause of the inoperative state of the mini-steam generator. This reduces the efficiency and reliability of the steam-hydrogen overheating of fresh steam.

Известно электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой турбиной, включающее паровой котел, высокотемпературный Н22 - пароперегреватель, теплоутилизационный котел, паровую турбину с электрогенератором и конденсатором, установку для получения водорода из природного газа методом конверсии, установку для производства кислорода методом разделения воздуха, а суммарные примеси неконденсирующихся газов при температуре от 20 до 100°С в водороде и кислороде должны быть менее 0,5% по объему, причем входы в высокотемпературный пароперегреватель соединены с выходом парового котла и выходами из установок для производства водорода и кислорода с расходами по водороду и кислороду в пропорциях, близких (около ±1%) к стехиометрическим для обеспечения их полного сгорания в среде водяного пара без промежуточной теплообменной поверхности, а выход высокотемпературного пароперегревателя соединен с входом в паровую турбину, причем выход установки для производства водорода по уходящим газам соединен с газовым трактом теплоутилизационного котла, и, кроме того, выход из теплоутилизационного котла по пару соединен с промежуточным вводом в паровую турбину и (или) системой охлаждения проточной части паровой турбины (см. патент РФ на полезную модель №64699, МПК F01K 13/00, опубл. 27.05.2007 г.).A power generating device with a high-temperature steam turbine is known, including a steam boiler, high-temperature Н 2 / О 2 - a superheater, a heat recovery boiler, a steam turbine with an electric generator and a condenser, a plant for producing hydrogen from natural gas by a conversion method, a plant for oxygen production by air separation, and total impurities of non-condensable gases at a temperature of from 20 to 100 ° C in hydrogen and oxygen should be less than 0.5% by volume, and the entrances to the high-temperature pa a superheater is connected to the exit of the steam boiler and the exits from the plants for the production of hydrogen and oxygen with hydrogen and oxygen costs in proportions close (about ± 1%) to stoichiometric in order to ensure their complete combustion in the medium of water vapor without an intermediate heat exchange surface, and the output of a high-temperature the superheater is connected to the entrance to the steam turbine, and the output of the plant for the production of hydrogen by flue gases is connected to the gas path of the heat recovery boiler, and, in addition, the exit from the heat a steam boiler is connected to the intermediate inlet to the steam turbine and / or the cooling system of the flow part of the steam turbine (see RF patent for utility model No. 64699, IPC F01K 13/00, publ. May 27, 2007).

Устройство предназначено для производства электроэнергии с использованием высокотемпературной паровой турбиной с комбинированным, в том числе водородным, топливом.The device is designed to generate electricity using a high-temperature steam turbine with combined, including hydrogen, fuel.

Недостатком данной полезной модели является невозможность ее использования в случае, когда получаемый водяной пар имеет температуру меньше, чем температура самовоспламенения водорода в смеси с кислородом (450°С).The disadvantage of this utility model is the impossibility of its use in the case when the resulting water vapor has a temperature lower than the self-ignition temperature of hydrogen in a mixture with oxygen (450 ° C).

Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является способ повышения КПД и мощности двухконтурной атомной станции (см. патент РФ на изобретение №2335641, МПК F01K 3/18, G21D 5/16, опубл. 10.10.2008). Устройство для реализации предлагаемого способа содержит последовательно соединенные реактор, парогенератор, циркуляционный насос, подсоединенную через водородную форсунку к выходу парогенератора водородную камеру сгорания, турбину, состоящую из высокотемпературного цилиндра высокого давления, цилиндра среднего давления и цилиндра низкого давления, валом соединенных с генератором, конденсатор, установленный на выходе цилиндра низкого давления, подключенный через питательный насос к входу парогенератора. Выход парогенератора по пару одновременно соединен с входом в водородную форсунку водородной камеры сгорания через вентиль и при помощи паропровода - с внутренним пространством водородной камеры сгорания, выход водородной камеры сгорания по пару соединен с входом в цилиндр высокого давления.The closest analogue of the proposed invention is a method of increasing the efficiency and power of a bypass nuclear plant (see RF patent for the invention No. 2335641, IPC F01K 3/18, G21D 5/16, publ. 10.10.2008). A device for implementing the proposed method comprises a series-connected reactor, a steam generator, a circulation pump connected through a hydrogen nozzle to the outlet of the steam generator, a hydrogen combustion chamber, a turbine consisting of a high-temperature high pressure cylinder, a medium pressure cylinder and a low pressure cylinder connected by a shaft to a generator, a condenser, installed at the outlet of the low pressure cylinder, connected through the feed pump to the input of the steam generator. The steam generator output is simultaneously coupled to the entrance to the hydrogen nozzle of the hydrogen combustion chamber through the valve and, with the help of the steam line, to the interior of the hydrogen combustion chamber, the output of the hydrogen combustion chamber is connected to the entrance to the high pressure cylinder.

Недостатком данного изобретения является невозможность осуществления сжигания водорода в паровой среде, температура которой ниже температуры самовоспламенения водорода в смеси с кислородом. Это снижает эффективность и надежность паро-водородного перегрева свежего пара в цикле влажно-паровых АЭС.The disadvantage of this invention is the inability to carry out the combustion of hydrogen in a vapor medium, the temperature of which is lower than the self-ignition temperature of hydrogen in a mixture with oxygen. This reduces the efficiency and reliability of the steam-hydrogen overheating of fresh steam in the wet-steam nuclear power plant cycle.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности и надежности паро-водородного перегрева свежего пара в цикле влажно-паровых АЭС.The objective of the present invention is to increase the efficiency and reliability of steam-hydrogen overheating of fresh steam in a wet-steam nuclear power plant cycle.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является возможность осуществления паро-водородного перегрева свежего пара при его температуре, которая ниже, чем температура самовоспламенения водорода в смеси с кислородом.The technical result achieved by using the present invention is the possibility of implementing steam-hydrogen overheating of fresh steam at a temperature that is lower than the auto-ignition temperature of hydrogen in a mixture with oxygen.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле атомной электрической станции, включающей водород-кислородный парогенератор, согласно изобретению, водород-кислородный парогенератор снабжен запальным устройством, а система содержит магистрали подвода окислителя (кислорода) и горючего (водорода), водород-кислородную камеру сгорания первоначального нестехиометрического окисления, дожигающую водород-кислородную камеру сгорания стехиометрического окисления, полость смешения высокотемпературного пара со свежим паром на участке перед цилиндром высокого давления паровой турбины, при этом дожигающая водород-кислородная камера сгорания стехиометрического окисления выполнена в виде диффузора, размещенного в полости смешения высокотемпературного пара со свежим паром.The specified technical result is achieved in that in a hydrogen combustion system for steam-hydrogen superheating of fresh steam in a cycle of a nuclear power plant including a hydrogen-oxygen steam generator, according to the invention, the hydrogen-oxygen steam generator is equipped with an ignition device, and the system contains oxidizer (oxygen) supply lines and fuel (hydrogen), a hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation, afterburning a hydrogen-oxygen combustion chamber of a stoichiometric ok lized, mixing high-temperature steam cavity with fresh steam on the front portion of the cylinder high-pressure steam turbine, wherein the afterburning hydrogen-oxygen combustion chamber the stoichiometric oxidation is designed as a diffuser disposed in the cavity of mixing high-temperature steam from the fresh steam.

Целесообразно, чтобы водород-кислородная камера сгорания первоначального нестехиометрического окисления была расположена отдельно от дожигающей водород-кислородной камеры сгорания стехиометрического окисления и сообщалась с ней соединительным трубопроводом.It is advisable that the hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation be located separately from the afterburning hydrogen-oxygen combustion chamber of the stoichiometric oxidation and communicate with it through a connecting pipe.

Использование системы водород-кислородного сжигания повышает эффективность и надежность паро-водородного перегрева свежего пара в цикле влажно-паровых АЭС.The use of a hydrogen-oxygen combustion system increases the efficiency and reliability of steam-hydrogen overheating of fresh steam in a wet-steam nuclear power plant cycle.

Это достигается тем, что в водород-кислородной камере сгорания первоначального нестехиометрического окисления с помощью запального устройства происходит образование смеси водяного пара с недореагировавшим кислородом при температуре, обеспечивающей самовоспламенение водорода в дожигающей водород-кислородной камере сгорания стехиометрического окисления. Относительно невысокий уровень температуры горения в водород-кислородной камере сгорания первоначального нестехиометрического окисления (порядка 500-600°С) не требует использования охлаждающего балластировочного компонента. Последующее окисление оставшейся доли водорода в стехиометрическом соотношении с кислородом в дожигающей водород-кислородной камере сгорания стехиометрического окисления, расположенной на участке перед цилиндром высокого давления (ЦВД) паровой турбины, осуществляется путем самовоспламенения без использования запальных устройств и охлаждающего балластировочного компонента, так как охлаждающей средой в этом случае служит свежий пар, поступающий в турбоустановку. За счет этого полностью исключена проблема солевых отложений. Полученный высокотемпературный водяной пар в дожигающей водород-кислородной камере сгорания стехиометрического окисления смешивается со свежим паром и приводит к повышению его температуры, что обеспечивает выработку энергоблоком дополнительной (пиковой) сверх номинальной мощности за счет увеличения теплоперепада и расхода пара в паровой турбине. Таким образом, достигается возможность осуществления перегрева свежего пара при его температуре, которая заметно ниже (по меньшей мере, на 175°С) температуры самовоспламенения водорода в смеси с кислородом.This is achieved by the fact that in the hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation using a firing device, a mixture of water vapor with unreacted oxygen is formed at a temperature that provides self-ignition of hydrogen in the stoichiometric oxidation combustion chamber of the hydrogen-oxygen combustion chamber. The relatively low level of combustion temperature in the hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation (of the order of 500-600 ° C) does not require the use of a cooling ballasting component. Subsequent oxidation of the remaining fraction of hydrogen in stoichiometric ratio with oxygen in the stoichiometric oxidation combustion chamber, located in the area in front of the high pressure cylinder (CVP) of the steam turbine, is carried out by self-ignition without the use of ignition devices and a cooling ballast component, since the cooling medium in In this case, fresh steam is supplied to the turbine unit. Due to this, the problem of salt deposits is completely eliminated. The obtained high-temperature water vapor in the stoichiometric oxidation combustion chamber of hydrogen-oxygen oxidation is mixed with fresh steam and leads to an increase in its temperature, which ensures that the power unit produces additional (peak) above the nominal power due to an increase in heat transfer and steam consumption in the steam turbine. Thus, it is possible to overheat fresh steam at its temperature, which is noticeably lower (at least 175 ° C) than the temperature of self-ignition of hydrogen in a mixture with oxygen.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена схема сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле АЭС. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - водород-кислородная камера сгорания первоначального нестехиометрического окисления; 2 - запальное устройство; 3 - дожигающая водород-кислородная камера сгорания стехиометрического окисления; 4 - подводящие магистрали, осуществляющие подачу водорода в дожигающую водород-кислородную камеру сгорания 3; 5 - полость смешения высокотемпературного пара со свежим паром.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the combustion of hydrogen for steam-hydrogen overheating of fresh steam in a nuclear power cycle. The positions in the drawing indicate the following: 1 - hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation; 2 - ignition device; 3 - post-combustion hydrogen-oxygen combustion chamber of stoichiometric oxidation; 4 - supply lines that supply hydrogen to the afterburning hydrogen-oxygen combustion chamber 3; 5 - cavity mixing high-temperature steam with fresh steam.

Система сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле АЭС включает подачу пара от паропроизводящей установки (ППУ) энергоблока АЭС, подачу водорода и кислорода из системы хранения в водород-кислородную камеру сгорания первоначального нестехиометрического окисления 1 с запальным устройством 2, содержащим единый узел зажигания, запальную свечу (электросвечу), и подачу водорода в дожигающую водород-кислородную камеру сгорания стехиометрического окисления 3 по подводящим магистралям 4. Дожигающая водород-кислородная камера сгорания стехиометрического окисления 3 помещается в специальной полости смешения 5 высокотемпературного пара со свежим паром.The hydrogen combustion system for steam-hydrogen overheating of fresh steam in the NPP cycle includes steam supply from the steam generating unit (PUF) of the NPP power unit, supply of hydrogen and oxygen from the storage system to the hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation 1 with an ignition device 2 containing a single unit ignition, a spark plug (electric candle), and hydrogen supply to a stoichiometric oxidation 3 combustion hydrogen-oxygen combustion chamber through the supply lines 4. Hydrogen-oxygen afterburner I stoichiometric oxidation combustion chamber 3 is placed in a special mixing chamber 5, high-temperature steam from the fresh steam.

Система сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле АЭС работает следующим образом.The hydrogen combustion system for steam-hydrogen overheating of fresh steam in the NPP cycle works as follows.

В часы провала электрической нагрузки в энергосистеме выработанные водород и кислород в электролизной установке при помощи дожимных водородных и кислородных компрессорных агрегатов аккумулируются в емкостях хранения. В часы пиковых электрических нагрузок в энергосистеме водород и кислород отбираются из емкостей хранения и при помощи дожимных водородных и кислородных компрессорных агрегатов компримируются до давления рабочего тела в паросиловом цикле, поступают в водород-кислородную камеру сгорания первоначального нестехиометрического окисления 1, где за счет запального устройства 2 происходит окисление водорода в нестехиометрическом соотношении с кислородом без использования охлаждающего балластировочного компонента. В результате образуется водяной пар с содержанием доли недореагировавшего кислорода при температуре смеси, соответствующей самовоспламенению водорода. Полученная смесь водяного пара с недореагировавшей долей кислорода поступает в специальную дожигающую водород-кислородную камеру сгорания стехиометрического окисления 3, представляющую собой диффузор, размещенный в полости смешения 5 на участке перед ЦВД паровой турбины, где происходит окисление вновь подаваемой доли водорода за счет его самовоспламенения в стехиометрическом соотношении. Образующийся при этом высокотемпературный водяной пар на выходе из дожигающей дополнительной водород-кислородной камеры сгорания стехиометрического окисления 3 смешивается со свежим паром, поступающим в турбоустановку, перегревая его до более высокой температуры. При этом свежий пар до смешения с высокотемпературным паром омывает снаружи дожигающую водород-кислородную камеру сгорания стехиометрического окисления 3, обеспечивая ее охлаждение.During hours of failure of the electric load in the power system, the generated hydrogen and oxygen in the electrolysis unit are accumulated in storage tanks with the help of booster hydrogen and oxygen compressor units. At peak hours of electrical loads in the power system, hydrogen and oxygen are taken from storage tanks and, with the help of booster hydrogen and oxygen compressor units, are compressed to the pressure of the working fluid in the steam-power cycle, enter the hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation 1, where due to the ignition device 2 hydrogen oxidizes in a non-stoichiometric ratio with oxygen without the use of a cooling ballasting component. As a result, water vapor is formed with the content of the fraction of unreacted oxygen at a temperature of the mixture corresponding to self-ignition of hydrogen. The resulting mixture of water vapor with an unreacted oxygen fraction enters a special stoichiometric oxidation 3 hydrogen-oxygen combustion chamber, which is a diffuser located in the mixing cavity 5 in the section in front of the CVP of the steam turbine, where the newly supplied fraction of hydrogen is oxidized due to its self-ignition in the stoichiometric ratio. The resulting high-temperature water vapor at the outlet of the additional stoichiometric oxidation 3 combustion hydrogen-oxygen combustion chamber is mixed with fresh steam entering the turbine unit, overheating it to a higher temperature. In this case, fresh steam, before mixing with high-temperature steam, washes outside the afterburning hydrogen-oxygen combustion chamber of stoichiometric oxidation 3, providing its cooling.

Отличительным признаком предложенного изобретения является надежное и эффективное осуществление перегрева свежего пара в цикле АЭС при его температуре (свежего пара), которая ниже температуры самовоспламенения водорода в смеси с кислородом.A distinctive feature of the proposed invention is the reliable and efficient implementation of overheating of fresh steam in the nuclear power plant cycle at its temperature (fresh steam), which is lower than the temperature of self-ignition of hydrogen in a mixture with oxygen.

Claims (2)

1. Система сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле АЭС, включающая водород-кислородный парогенератор, отличающаяся тем, что водород-кислородный парогенератор снабжен запальным устройством, а система содержит магистрали подвода окислителя (кислорода) и горючего (водорода), водород-кислородную камеру сгорания первоначального нестехиометрического окисления, дожигающую водород-кислородную камеру сгорания стехиометрического окисления, полость смешения высокотемпературного пара со свежим паром на участке перед цилиндром высокого давления паровой турбины, при этом дожигающая водород-кислородная камера сгорания стехиометрического окисления выполнена в виде диффузора, размещенного в полости смешения высокотемпературного пара со свежим паром.1. A hydrogen combustion system for steam-hydrogen overheating of fresh steam in the NPP cycle, including a hydrogen-oxygen steam generator, characterized in that the hydrogen-oxygen steam generator is equipped with an ignition device, and the system contains lines for supplying oxidizer (oxygen) and fuel (hydrogen), hydrogen - an oxygen chamber of combustion of the initial non-stoichiometric oxidation, a post-combustion hydrogen-oxygen combustion chamber of a stoichiometric oxidation, a cavity for mixing high-temperature steam with fresh steam in the ne ed by a high-pressure cylinder of a steam turbine, while the hydrogen-oxygen stochiometric oxidation combustion chamber is made in the form of a diffuser placed in the cavity for mixing high-temperature steam with fresh steam. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что водород-кислородная камера сгорания первоначального нестехиометрического окисления расположена отдельно от дожигающей водород-кислородной камеры сгорания стехиометрического окисления и сообщена с ней соединительным трубопроводом. 2. The system according to claim 1, characterized in that the hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation is located separately from the afterburning hydrogen-oxygen combustion chamber of the stoichiometric oxidation and is connected to it by a connecting pipe.
RU2009117039/06A 2009-05-04 2009-05-04 Hydrogen combustion system for steam-hydrogen live steam superheating in cycle of nuclear power plant RU2427048C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009117039/06A RU2427048C2 (en) 2009-05-04 2009-05-04 Hydrogen combustion system for steam-hydrogen live steam superheating in cycle of nuclear power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009117039/06A RU2427048C2 (en) 2009-05-04 2009-05-04 Hydrogen combustion system for steam-hydrogen live steam superheating in cycle of nuclear power plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009117039A RU2009117039A (en) 2010-11-10
RU2427048C2 true RU2427048C2 (en) 2011-08-20

Family

ID=44025813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009117039/06A RU2427048C2 (en) 2009-05-04 2009-05-04 Hydrogen combustion system for steam-hydrogen live steam superheating in cycle of nuclear power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2427048C2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488903C1 (en) * 2012-05-03 2013-07-27 Рашид Зарифович Аминов Combustion system of hydrogen in nuclear power plant cycle with temperature control of hydrogen-oxygen steam
RU2499952C2 (en) * 2011-08-22 2013-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Steam generator and method to produce high-temperature water steam
RU2511795C2 (en) * 2013-03-11 2014-04-10 Геннадий Леонидович Багич Method of hydrogen combustion energy conversion into thermal energy of boiler water and device for method implementation
RU2661231C1 (en) * 2017-09-28 2018-07-13 Рашид Зарифович Аминов Method of hydrogen steam overheating at npp
WO2019014417A1 (en) 2017-07-12 2019-01-17 Praxair Technology, Inc. Method for enhancing combustion reactions in high heat transfer environments
RU2707182C1 (en) * 2019-02-25 2019-11-25 Рашид Зарифович Аминов Method to increase power of double circuit npp by combining with hydrogen cycle
RU2709237C1 (en) * 2018-09-27 2019-12-17 Артем Николаевич Байрамов Hydrogen burning system for hydrogen vapor overheating of fresh steam in a cycle of a nuclear power plant with swirled flow of components and using ultrahigh-temperature ceramic materials
RU2709783C1 (en) * 2019-06-07 2019-12-20 Рашид Зарифович Аминов Method of hydrogen heating of feed water to npp
RU2736603C1 (en) * 2019-08-15 2020-11-19 Артём Николаевич Байрамов System for safe use of hydrogen while increasing power of double-circuit npp above nominal
RU2758644C1 (en) * 2021-04-29 2021-11-01 Артём Николаевич Байрамов System of combustion of hydrogen in oxygen in circulated flow of increased safety using ultra high-temperature ceramic materials for superheating working body in steam turbine electric cycle

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499952C2 (en) * 2011-08-22 2013-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) Steam generator and method to produce high-temperature water steam
RU2488903C1 (en) * 2012-05-03 2013-07-27 Рашид Зарифович Аминов Combustion system of hydrogen in nuclear power plant cycle with temperature control of hydrogen-oxygen steam
RU2511795C2 (en) * 2013-03-11 2014-04-10 Геннадий Леонидович Багич Method of hydrogen combustion energy conversion into thermal energy of boiler water and device for method implementation
WO2019014417A1 (en) 2017-07-12 2019-01-17 Praxair Technology, Inc. Method for enhancing combustion reactions in high heat transfer environments
RU2661231C1 (en) * 2017-09-28 2018-07-13 Рашид Зарифович Аминов Method of hydrogen steam overheating at npp
RU2709237C1 (en) * 2018-09-27 2019-12-17 Артем Николаевич Байрамов Hydrogen burning system for hydrogen vapor overheating of fresh steam in a cycle of a nuclear power plant with swirled flow of components and using ultrahigh-temperature ceramic materials
RU2707182C1 (en) * 2019-02-25 2019-11-25 Рашид Зарифович Аминов Method to increase power of double circuit npp by combining with hydrogen cycle
RU2709783C1 (en) * 2019-06-07 2019-12-20 Рашид Зарифович Аминов Method of hydrogen heating of feed water to npp
RU2736603C1 (en) * 2019-08-15 2020-11-19 Артём Николаевич Байрамов System for safe use of hydrogen while increasing power of double-circuit npp above nominal
RU2758644C1 (en) * 2021-04-29 2021-11-01 Артём Николаевич Байрамов System of combustion of hydrogen in oxygen in circulated flow of increased safety using ultra high-temperature ceramic materials for superheating working body in steam turbine electric cycle

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009117039A (en) 2010-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2427048C2 (en) Hydrogen combustion system for steam-hydrogen live steam superheating in cycle of nuclear power plant
RU2488903C1 (en) Combustion system of hydrogen in nuclear power plant cycle with temperature control of hydrogen-oxygen steam
US9115617B2 (en) Hydrogen combustion system with closed-cycle recycling of exhaust gas and method thereof
RU2661231C1 (en) Method of hydrogen steam overheating at npp
RU2008113706A (en) METHOD FOR CREATING A HYDROGEN ENERGY CHEMICAL COMPLEX AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
CN105134318A (en) Energy storage device based on hydrogen-steam turbine compound cycle
RU81561U1 (en) ELECTRIC POWER INSTALLATION
RU2335642C1 (en) Electric power generator with high-temperature steam turbine
RU2709237C1 (en) Hydrogen burning system for hydrogen vapor overheating of fresh steam in a cycle of a nuclear power plant with swirled flow of components and using ultrahigh-temperature ceramic materials
RU2624690C1 (en) Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation
US20080223315A1 (en) System and Method for Zero Emissions, Hydrogen Fueled Steam Generator
CN102913890B (en) Pulsation porous medium combustion power generation system
RU2758644C1 (en) System of combustion of hydrogen in oxygen in circulated flow of increased safety using ultra high-temperature ceramic materials for superheating working body in steam turbine electric cycle
RU2707182C1 (en) Method to increase power of double circuit npp by combining with hydrogen cycle
JPH03258902A (en) Electric power plant
US11988114B2 (en) H2 boiler for steam system
RU2443597C1 (en) Submarine power plant
RU2709783C1 (en) Method of hydrogen heating of feed water to npp
RU2050443C1 (en) Combined steam-gas power plant
US20220073347A1 (en) Hydrogen chloride loop fuel reaction
RU2708936C1 (en) Multigenerating complex with combined fuel at additional production of hydrogen and oxygen
WO2009126060A1 (en) Electricity generating system using a combined fuel
RU2376481C2 (en) Electric power generating complex with combined fuel
RU2711260C1 (en) Steam-gas plant
RU2813644C1 (en) Method for preparing methane-hydrogen fuel with increased hydrogen content for boiler units of thermal power plants and gas turbine expander power plants

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20101101

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20101230

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130505