RU2758644C1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
RU2758644C1
RU2758644C1 RU2021112668A RU2021112668A RU2758644C1 RU 2758644 C1 RU2758644 C1 RU 2758644C1 RU 2021112668 A RU2021112668 A RU 2021112668A RU 2021112668 A RU2021112668 A RU 2021112668A RU 2758644 C1 RU2758644 C1 RU 2758644C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
steam
oxygen
combustion
combustion chamber
Prior art date
Application number
RU2021112668A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артём Николаевич Байрамов
Original Assignee
Артём 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 Артём Николаевич Байрамов filed Critical Артём Николаевич Байрамов
Priority to RU2021112668A priority Critical patent/RU2758644C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758644C1 publication Critical patent/RU2758644C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/22—Methods of steam generation characterised by form of heating method using combustion under pressure substantially exceeding atmospheric pressure
    • F22B1/26—Steam boilers of submerged-flame type, i.e. the flame being surrounded by, or impinging on, the water to be vaporised, e.g. water in sprays
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D5/00—Arrangements of reactor and engine in which reactor-produced heat is converted into mechanical energy
    • G21D5/04—Reactor and engine not structurally combined
    • G21D5/08—Reactor and engine not structurally combined with engine working medium heated in a heat exchanger by the reactor coolant
    • G21D5/12—Liquid working medium vaporised by reactor coolant
    • G21D5/16—Liquid working medium vaporised by reactor coolant superheated by separate heat source
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear energy.
SUBSTANCE: invention relates to the field of nuclear energy and is intended for use in steam turbine plants (STP) of nuclear power plants with a system of combustion of hydrogen with oxygen to overheat the working fluid in the steam turbine cycle. The system of combustion of hydrogen in oxygen in a swirling stream of increased safety using ultra-high-temperature ceramic materials for overheating the working fluid in the steam-turbine cycle of a nuclear power plant, including a stoichiometric afterburner part of the hydrogen-oxygen combustion chamber connected to a heat exchange superheating surface made of ultra-high-temperature ceramic material.
EFFECT: invention makes it possible to obtain non-dissociated steam by combustion of hydrogen in oxygen in a swirling flow when mixing with the working medium of a STP NPP for the purpose of overheating.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования в паротурбинных установках (ПТУ) АЭС с системой сжигания водорода с кислородом для перегрева рабочего тела в паротурбинном цикле.The invention relates to the field of nuclear energy and is intended for use in steam turbine plants (STU) of nuclear power plants with a system of combustion of hydrogen with oxygen to overheat the working fluid in the steam turbine cycle.

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. 116-118). 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 schematic diagram of a two-circuit NPP with hydrogen superheating of steam is known (see, for example, Malyshenko S.P., Nazarova O.V., Sarumov Yu.A. energy and technology. M .: Energoatomizdat. 1986. Issue 7, pp. 116-118). Hydrogen and oxygen are produced in an electrolytic cell, compressed by compressors to a pressure corresponding to the steam pressure at the steam turbine inlet and fed to the appropriate storage facilities. Due to the high-temperature combustion products of hydrogen in oxygen at a stoichiometric ratio in the combustion chamber of a hydrogen superheater, which are mixed into the working fluid in front of the steam turbine, water vapor is superheated. As a result, the efficiency of the steam power cycle is increased and additional power generation is carried out.

Недостаток известной схемы заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с паром из парогенераторов АЭС перед паровой турбиной, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси в паротурбинном цикле АЭС. Также недостатком является необходимость принудительного внешнего водяного охлаждения камеры сгорания водородного перегревателя, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте охлаждения, что со временем становится причиной неработоспособного состояния водородного перегревателя. Также недостатком является меньший рабочий ресурс камеры сгорания водородного пароперегревателя, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность работы камеры сгорания водородного пароперегревателя и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known scheme consists in the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixing with steam from the steam generators of the nuclear power plant in front of the steam turbine, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture in the steam turbine cycle of a nuclear power plant. Another disadvantage is the need for forced external water cooling of the combustion chamber of a hydrogen superheater, which is associated with a significant amount of rejected heat required to change the phase state of the cooling water and is associated with the formation of salt deposits in the cooling path, which eventually becomes the reason for the inoperative state of the hydrogen superheater. Also, the disadvantage is the shorter working life of the combustion chamber of a hydrogen superheater, made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using the heat from the combustion of hydrogen, the reliability of the combustion chamber of the hydrogen superheater and the safety of using hydrogen.

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.). 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).A known steam generator contains an ignition device with an electric candle and fuel (hydrogen) and oxidizer (oxygen) supply lines, a mixing head with a fired bottom, oxidizer (oxygen) and fuel (hydrogen) collectors and corresponding lines, combustion and mixing chambers, an intermediate nozzle with profiled walls, an insert for supplying a ballasting component with a line for supplying a ballasting component, while the mixing head contains triplet mixing elements ensuring the collision of jets, a profiled end wall of an intermediate nozzle located between the combustion chamber and the mixing chamber, made optimized in terms of the angle of penetration of the jets of the ballasting component into the product torch combustion 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, the ballasting component supply liner is made with holes that provide variability of jets of the ballasting component (see. RF patent for invention No. 2309325, IPC F22B 1/26, publ. 27.10.2007). The known steam generator is intended for use in gas and steam turbine plants in which steam is generated by mixing high-temperature combustion products of hydrogen and oxygen with a ballasting component - water or steam. In this case, external forced water cooling of the combustion chamber is used, due to the formation of a high temperature torch (about 3000 ° C).

Недостаток известного парогенератора заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с охлаждающим балластировочным компонентом, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является необходимость принудительного внешнего водяного охлаждения камеры сгорания парогенератора, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте охлаждения, что со временем становится причиной неработоспособного состояния парогенератора. Также недостатком является меньший рабочий ресурс камеры сгорания парогенератора, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность работы парогенератора и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known steam generator lies in the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixed with a cooling ballasting component, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture ... Also, the disadvantage is the need for forced external water cooling of the combustion chamber of the steam generator, which is associated with a significant amount of removed heat required to change the phase state of the cooling water and is associated with the formation of salt deposits in the cooling path, which eventually becomes the reason for the inoperative state of the steam generator. Also, the disadvantage is the shorter working life of the combustion chamber of the steam generator, made of heat-resistant steel under the conditions of thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using the heat from the combustion of hydrogen, the reliability of the steam generator and the safety of using hydrogen.

Известен 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).Known mini-steam generator operating on chemical fuel oxygen-hydrogen with the addition of ballasting water and electric ignition, including an ignition unit, a combustion chamber, a mixing chamber, supply lines, including for supplying an oxidizer (oxygen), fuel (hydrogen), ballasting water , in which the ignition unit and the mixing chamber are combined into a single unit of the ignition prechamber and the mixing head to provide ballasting water for external cooling of the combustion chamber at an angle to the direction of the flow of combustion products flowing out of the intermediate nozzle separating the combustion and mixing chambers, while ballasting water is supplied at an angle to the flow of combustion products at a given mixing scale, the exit of the jet of combustion products into the mixing chamber is carried out according to the principle of sudden expansion to ensure the required level of uniformity of the temperature field when the entire flow of ballasting water is supplied in one belt, which, in turn b, realizes the cooling of the combustion chamber with the full flow of ballasting water (see. RF patent for invention No. 2300049, IPC F22B 1/26, publ. May 27, 2007). The mini-steam generator is intended for use in gas and steam turbine plants, in which steam is generated by mixing high-temperature combustion products of hydrogen and oxygen with a ballasting component - water or steam. In this case, external forced water cooling of the combustion chamber is used, due to the formation of a high temperature torch (about 3000 ° C).

Недостаток известного мини-парогенератора заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с охлаждающим балластировочным компонентом, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является необходимость принудительного внешнего водяного охлаждения камеры сгорания мини-парогенератора, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте охлаждения, что со временем становится причиной неработоспособного состояния мини-парогенератора. Также недостатком является меньший рабочий ресурс камеры сгорания мини-парогенератора, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность мини-парогенератора и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known mini-steam generator is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixed with a cooling ballasting component, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation explosive mixture. Also, the disadvantage is the need for forced external water cooling of the combustion chamber of the mini-steam generator, which is associated with a significant amount of rejected heat required to change the phase state of the cooling water and is associated with the formation of salt deposits in the cooling path, which eventually becomes the reason for the inoperative state of the mini-steam generator. Also, the disadvantage is the shorter working life of the combustion chamber of a mini-steam generator, made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using the heat from the combustion of hydrogen, the reliability of the mini-steam generator and the safety of using hydrogen.

Известен водородный высокотемпературный парогенератор с комбинированным охлаждением камеры сгорания (см. патент РФ на изобретение №2358191, МПК F22B 1/26, опубл. 10.06.2009 г.). Изобретение предназначено для выработки пара и может быть использовано в парогенераторах. Водородный высокотемпературный парогенератор с комбинированным охлаждением камеры сгорания работает на химическом топливе с добавлением балластировочной воды, имеет электрическое воспламенение, содержит камеру сгорания с цилиндрической частью и промежуточным соплом, посредством которого она соединена с камерой смешения, камеру смешения с выходным соплом, а также подводящие магистрали для подачи химического топлива и балластировочной воды, при этом камера сгорания выполнена с охлаждающим трактом, разделенным на две части, - трактом охлаждения цилиндрической части камеры сгорания водородом и - трактом охлаждения промежуточного сопла камеры сгорания балластировочной водой. Изобретение обеспечивает возможность повышения давления и температуры в парогенераторе и улучшает эффективность его работы.Known hydrogen high-temperature steam generator with combined cooling of the combustion chamber (see RF patent for invention No. 2358191, IPC F22B 1/26, publ. 10.06.2009,). The invention is intended for generating steam and can be used in steam generators. A high-temperature hydrogen steam generator with combined cooling of the combustion chamber operates on chemical fuel with the addition of ballasting water, has electric ignition, contains a combustion chamber with a cylindrical part and an intermediate nozzle, through which it is connected to a mixing chamber, a mixing chamber with an outlet nozzle, as well as supply lines for supply of chemical fuel and ballasting water, while the combustion chamber is made with a cooling path divided into two parts - a path for cooling the cylindrical part of the combustion chamber with hydrogen and - a path for cooling the intermediate nozzle of the combustion chamber with ballasting water. The invention makes it possible to increase the pressure and temperature in the steam generator and improves the efficiency of its operation.

Недостаток известного водородного высокотемпературного парогенератора заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с охлаждающим балластировочным компонентом, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является необходимость принудительного внешнего водяного охлаждения камеры сгорания высокотемпературного парогенератора, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте охлаждения, что со временем становится причиной неработоспособного состояния мини-парогенератора. Также недостатком является меньший рабочий ресурс камеры сгорания высокотемпературного парогенератора, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность высокотемпературного парогенератора и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known high-temperature hydrogen steam generator is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixed with a cooling ballasting component, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of explosive mixture. Also, a disadvantage is the need for forced external water cooling of the combustion chamber of a high-temperature steam generator, which is associated with a significant amount of rejected heat required to change the phase state of the cooling water and is associated with the formation of salt deposits in the cooling path, which eventually becomes the reason for the inoperative state of the mini-steam generator. Also, the disadvantage is the shorter working life of the combustion chamber of a high-temperature steam generator, made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using the heat from the combustion of hydrogen, the reliability of the high-temperature steam generator and the safety of using hydrogen.

Известен водородный высокотемпературный парогенератор с комбинированным испарительным охлаждением камеры смешения (см. патент РФ на изобретение №2358190, МПК F22B 1/26, опубл. 10.06.2009). Изобретение предназначено для выработки пара и может быть использовано в парогенераторах. Парогенератор с комбинированным испарительным охлаждением камеры смешения работает на химическом топливе с добавлением балластировочной воды, имеет электрическое воспламенение, содержит камеру сгорания с системой охлаждения и промежуточным соплом, камеру смешения с магистралью для подачи балластировочной воды и выходным соплом, а также подводящие магистрали для подачи химического топлива и балластировочной воды. В камере смешения установлен цилиндрический пористый вкладыш, обеспечивающий комбинированное испарительное охлаждение камеры смешения, смачивание которого обеспечивают орошением балластировочной водой, поступающей из системы охлаждения камеры сгорания и магистрали для подачи балластировочной воды в камеру смешения. Изобретение обеспечивает эффективное охлаждение камеры смешения, увеличивает температуру и давление генерируемого пара.Known hydrogen high-temperature steam generator with combined evaporative cooling of the mixing chamber (see RF patent for invention No. 2358190, IPC F22B 1/26, publ. 10.06.2009). The invention is intended for generating steam and can be used in steam generators. The steam generator with combined evaporative cooling of the mixing chamber operates on chemical fuel with the addition of ballasting water, has electric ignition, contains a combustion chamber with a cooling system and an intermediate nozzle, a mixing chamber with a line for supplying ballasting water and an outlet nozzle, as well as supply lines for supplying chemical fuel and ballasting water. A cylindrical porous liner is installed in the mixing chamber, providing combined evaporative cooling of the mixing chamber, the wetting of which is provided by irrigation with ballasting water coming from the cooling system of the combustion chamber and the line for supplying ballasting water to the mixing chamber. The invention provides effective cooling of the mixing chamber, increases the temperature and pressure of the generated steam.

Недостаток известного водородного высокотемпературного парогенератора с охлаждением камеры смешения заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с охлаждающим балластировочным компонентом, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является необходимость принудительного внешнего водяного охлаждения камеры сгорания и камеры смешения высокотемпературного парогенератора, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте охлаждения, что со временем становится причиной неработоспособного состояния парогенератора. Также недостатком является меньший рабочий ресурс камеры сгорания и камеры смешения высокотемпературного парогенератора, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность водородного высокотемпературного парогенератора с охлаждением камеры смешения и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known high-temperature hydrogen steam generator with cooling of the mixing chamber is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated vapor when mixed with a cooling ballasting component, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture. Also, the disadvantage is the need for forced external water cooling of the combustion chamber and the mixing chamber of the high-temperature steam generator, which is associated with a significant amount of removed heat required to change the phase state of the cooling water and is associated with the formation of salt deposits in the cooling path, which eventually becomes the reason for the inoperative state of the steam generator. Also, the disadvantage is the shorter working life of the combustion chamber and the mixing chamber of the high-temperature steam generator, made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using heat from the combustion of hydrogen, the reliability of a hydrogen high-temperature steam generator with cooling of the mixing chamber, and the safety of using hydrogen.

Известен парогенератор (варианты) (см. патент РФ на изобретение №2431079, МПК F22B 1/26, опубл. 10.10.2011). Изобретение обеспечивает интенсификацию испарения балластной воды за счет лучшего перемешивания с продуктами сгорания топлива в широком диапазоне температур и давлений генерируемого пара, а также повышение надежности охлаждения камеры сгорания парогенератора. Достижение поставленной задачи решается двумя вариантами конструкций парогенератора. В первом варианте изобретения предлагается конструкция парогенератора, который состоит из расположенных соосно и последовательно смесительной головки с узлом зажигания, охлаждаемой камеры сгорания, камеры смешения с соплом, внутренние полости которых образуют единый рабочий канал, а также включает подводящие магистрали окислителя, горючего и балластной воды. Смесительная головка снабжена расположенной в канале подвода окислителя по оси головки центробежной форсункой подвода части балластной воды. Между камерой сгорания и камерой смешения расположен узел ввода оставшейся части балластной воды, представляющий собой цилиндрическую вставку, снабженную центробежной форсункой, расположенной по оси камеры сгорания и направленной внутрь рабочего канала камеры сгорания. Парогенератор по второму варианту отличается от первого варианта конструкцией узла подачи балластной воды, который представляет собой вставку, имеющую внутренний сужающийся участок, диаметр которого на входе равен диаметру рабочего канала камеры сгорания. На поверхности сужающего участка вставки равномерно по окружности расположены под углом к оси камеры сгорания три или более центробежные форсунки, направленные внутрь рабочего канала камеры сгорания.Known steam generator (options) (see RF patent for invention No. 2431079, IPC F22B 1/26, publ. 10.10.2011). EFFECT: intensification of ballast water evaporation due to better mixing with fuel combustion products in a wide range of temperatures and pressures of generated steam, as well as increased reliability of cooling of the combustion chamber of a steam generator. Achievement of the set task is solved by two variants of the steam generator design. In the first embodiment of the invention, a design of a steam generator is proposed, which consists of a mixing head with an ignition unit, a cooled combustion chamber, a mixing chamber with a nozzle, the internal cavities of which form a single working channel, and also includes supply lines for the oxidizer, fuel and ballast water, located coaxially and in series. The mixing head is equipped with a centrifugal nozzle for supplying part of the ballast water located in the oxidizer supply channel along the head axis. Between the combustion chamber and the mixing chamber there is a unit for introducing the rest of the ballast water, which is a cylindrical insert equipped with a centrifugal nozzle located along the axis of the combustion chamber and directed into the working channel of the combustion chamber. According to the second embodiment, the steam generator differs from the first embodiment in the design of the ballast water supply unit, which is an insert having an inner tapering section, the diameter of which at the inlet is equal to the diameter of the working channel of the combustion chamber. On the surface of the narrowing section, the inserts are uniformly arranged around the circumference at an angle to the axis of the combustion chamber, three or more centrifugal nozzles directed into the working channel of the combustion chamber.

Недостаток известного парогенератор (варианты) заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с охлаждающим балластировочным компонентом, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является необходимость принудительного внешнего водяного охлаждения камеры сгорания и камеры смешения парогенератора, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте охлаждения, что со временем становится причиной неработоспособного состояния парогенератора. Также недостатком является меньший рабочий ресурс камеры сгорания и камеры смешения парогенератора, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность парогенератор (варианты) и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known steam generator (options) is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixed with a cooling ballasting component, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture. Also, the disadvantage is the need for forced external water cooling of the combustion chamber and the mixing chamber of the steam generator, which is associated with a significant amount of rejected heat required to change the phase state of the cooling water and is associated with the formation of salt deposits in the cooling path, which eventually becomes the reason for the inoperative state of the steam generator. Also, the disadvantage is the shorter working life of the combustion chamber and the mixing chamber of the steam generator, made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using the heat from the combustion of hydrogen, the reliability of the steam generator (options) and the safety of using hydrogen.

Известен способ образования пара в парогазогенераторе и устройство для его осуществления (см. патент РФ на изобретение №2371594, МПК F02C 6/00, опубл. 27.10.2009). Изобретение заключается в том, что сжигают компоненты топлива, испаряют воду и разогревают пар за счет полученной энергии, образуют в камере сгорания водяную вихреобразную оболочку с разрежением внутри ее центральной области, внутри этой области сжигают компоненты топлива, а интенсивное испарение воды и разогрев пара осуществляют после свертывания вихреобразной водяной оболочки. Предлагаемый способ реализован в парогазогенераторе, содержащем камеру сгорания, запальное устройство, испарительную камеру, устройство подвода воды, в котором согласно изобретению подвод воды расположен в верхней части камеры сгорания (возле головки) и выполнен в виде втулки с тангенциальными каналами для закручивания водяного потока и образования вихреобразной оболочки, а в испарительной камере установлена диафрагма, выполненная в виде сопла, расположенного в месте свертывания вихреобразной водяной оболочки, причем диафрагма расположена широким срезом сопла внутрь камеры испарения. Предложенное изобретение позволяет повысить эффективность, снизить тепловую нагрузку на элементы конструкции устройства за счет более эффективного охлаждения и упростить конструкцию.A known method of generating steam in a steam and gas generator and a device for its implementation (see RF patent for invention No. 2371594, IPC F02C 6/00, publ. 27.10.2009). The invention lies in the fact that fuel components are burned, water is evaporated and the steam is heated due to the obtained energy, a water vortex-like shell is formed in the combustion chamber with a vacuum inside its central region, fuel components are burned inside this area, and intensive water evaporation and steam heating are carried out after coagulation of a vortex-like water shell. The proposed method is implemented in a steam and gas generator containing a combustion chamber, an ignition device, an evaporation chamber, a water supply device, in which, according to the invention, the water supply is located in the upper part of the combustion chamber (near the head) and is made in the form of a sleeve with tangential channels for swirling the water flow and forming a vortex-like shell, and a diaphragm is installed in the evaporation chamber, made in the form of a nozzle, located at the point of coagulation of the vortex-like water shell, and the diaphragm is located with a wide nozzle cut inside the evaporation chamber. The proposed invention improves efficiency, reduces the thermal load on the structural elements of the device due to more efficient cooling and simplifies the structure.

Недостаток известного парогазогенератора заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с охлаждающей водой, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является наличия затрат тепла от сжигания водорода в кислороде для изменения фазового состояния охлаждающей воды, впрыскиваемой в камеру сгорания и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте подачи охлаждающей воды, что со временем становится причиной неработоспособного состояния парогазогенератора. Также недостатком является меньший рабочий ресурс камеры сгорания парогазогенератора, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность парогазогенератора и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known steam and gas generator is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixed with cooling water, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture. Also, the disadvantage is the presence of heat consumption from the combustion of hydrogen in oxygen to change the phase state of the cooling water injected into the combustion chamber and is associated with the formation of salt deposits in the cooling water supply path, which eventually becomes the reason for the inoperative state of the steam and gas generator. Also, the disadvantage is the shorter working life of the combustion chamber of the steam-gas generator, made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using the heat from the combustion of hydrogen, the reliability of the steam and gas generator and the safety of using hydrogen.

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.It is known an ignition device containing a housing, a cooling jacket, an annular oxidizer collector located at the inlet, a fuel line, a central electrode of a spark plug, while the cooling jacket is made in the form of channels formed by longitudinal ribs and inclined at the outlet to the longitudinal axis at an angle equal to 37 -52 °, the central electrode of the spark plug is located in the fuel line, radial protrusions are made on the inner surface of the oxidizer manifold, in which the oxidizer jet nozzles are installed directed to the spark plug electrode (see RF patent for invention No. 2084767, IPC F23Q 3/00, publ. 20.07.1997). The ignition device is intended for use in power plants operating on the energy of combustible non-self-igniting high-calorific fuels, mainly hydrogen-oxygen, in particular, for starting steam generators, gas turbines, liquid jet engines, open-hearth furnaces, etc. The known ignition device implements the principle of two-stage combustion of hydrogen with oxygen, when hydrogen is initially ionized in an oxygen atmosphere with the formation of a torch, which, with an excess of oxygen, mixes with the newly supplied hydrogen fraction 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.

Недостаток известного запального устройства заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, что приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является меньший рабочий ресурс камеры сгорания запального устройства, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает надежность запального устройства и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known ignition device is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, which will lead to the formation of an explosive mixture. Also, the disadvantage is the shorter working life of the combustion chamber of the ignition device, made of heat-resistant steel under thermal stress conditions arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the reliability of the ignition device and the safety of using hydrogen.

Известно электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой турбиной, включающее паровой котел, высокотемпературный Н2/О2 - 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.). Устройство предназначено для производства электроэнергии с использованием высокотемпературной паровой турбины с комбинированным, в том числе водородным, топливом.Known electricity generating unit with high-temperature steam turbine comprising a steam boiler, high temperature H 2 / O 2 - superheater, heat recovery boiler, a steam turbine with an electric generator and a condenser, an apparatus for producing hydrogen from natural gas by conversion plant for production of oxygen by air separation, and the total impurities of non-condensable gases at a temperature of 20 to 100 ° C in hydrogen and oxygen should be less than 0.5% by volume, and the inputs to the high-temperature superheater are connected to the outlet of the steam boiler and the outputs from the units for the production of hydrogen and oxygen with the consumption of hydrogen and oxygen in proportions close (about ± 1%) to stoichiometric to ensure their complete combustion in a water vapor environment without an intermediate heat exchange surface, and the outlet of the high-temperature superheater is connected to the inlet to the steam turbine, and the outlet of the hydrogen production unit using flue gases from It is connected to the gas path of the heat recovery boiler, and, in addition, the outlet from the heat recovery boiler is steam-connected to the intermediate inlet to the steam turbine and (or) the cooling system of the flow path of the steam turbine (see. RF patent for utility model No. 64699, IPC F01K 13/00, publ. May 27, 2007). The device is designed to generate electricity using a high-temperature steam turbine with combined, including hydrogen, fuel.

Недостаток известного электрогенерирующего устройства с высокотемпературной паровой турбиной заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с охлаждающей водой, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является наличия затрат тепла от сжигания водорода в кислороде для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте охлаждения, что со временем становится причиной неработоспособного состояния водород-кислородного пароперегревателя. Также недостатком является меньший рабочий ресурс камеры сгорания водород-кислородного пароперегревателя, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность водород-кислородного пароперегревателя и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known power generating device with a high-temperature steam turbine is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixed with cooling water, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture. Also, the disadvantage is the presence of heat consumption from the combustion of hydrogen in oxygen to change the phase state of the cooling water and is associated with the formation of salt deposits in the cooling path, which eventually becomes the reason for the inoperative state of the hydrogen-oxygen steam superheater. Also, the disadvantage is the shorter working life of the combustion chamber of the hydrogen-oxygen superheater, made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using the heat from the combustion of hydrogen, the reliability of the hydrogen-oxygen steam superheater and the safety of using hydrogen.

Известен способ повышения КПД и мощности двухконтурной атомной станции (см. патент РФ на изобретение №2335641, МПК F01K 3/18, G21D5/16, 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.A known method of increasing the efficiency and power of a double-circuit nuclear power plant (see RF patent for invention No. 2335641, IPC F01K 3/18, G21D5 / 16, publ. 10.10.2008). The device for implementing the proposed method contains a series-connected reactor, a steam generator, a circulation pump, a hydrogen combustion chamber connected through a hydrogen nozzle to the outlet of the steam generator, a turbine consisting of a high-temperature high-pressure cylinder, a medium-pressure cylinder and a low-pressure cylinder, shaft connected to the generator, a condenser, installed at the outlet of the low pressure cylinder, connected through a feed pump to the inlet of the steam generator. The steam generator outlet by steam is simultaneously connected to the inlet to the hydrogen nozzle of the hydrogen combustion chamber through a valve and by means of a steam line with the inner space of the hydrogen combustion chamber, the steam outlet of the hydrogen combustion chamber is connected to the inlet to the high-pressure cylinder.

Недостаток известного способа повышения КПД и мощности двухконтурной атомной станции заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с паром из парогенераторов АЭС, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является необходимость принудительного внешнего водяного охлаждения водород-кислородной камеры сгорания, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте охлаждения, что со временем становится причиной неработоспособного состояния водород-кислородной камеры сгорания. Также недостатком является меньший рабочий ресурс водород-кислородной камеры сгорания, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность работы водород-кислородной камеры сгорания и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known method for increasing the efficiency and power of a double-circuit nuclear power plant is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixing with steam from the steam generators of the nuclear power plant, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture. Also, the disadvantage is the need for forced external water cooling of the hydrogen-oxygen combustion chamber, which is associated with a significant amount of removed heat required to change the phase state of the cooling water and is associated with the formation of salt deposits in the cooling path, which eventually becomes the reason for the inoperative state of the hydrogen-oxygen chamber. combustion. Also, the disadvantage is the shorter working life of the hydrogen-oxygen combustion chamber made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using the heat from the combustion of hydrogen, the reliability of the operation of the hydrogen-oxygen combustion chamber and the safety of using hydrogen.

Известен вихревой водород-кислородный пароперегреватель (см. патент РФ на изобретение №2361146, МПК F22G 1/16, опубл. 10.07.2009). Вихревой водород-кислородный пароперегреватель, содержащий запальное устройство, магистрали подвода горючего (водорода) и окислителя (кислорода), камеры сгорания и смешения, форсунки окислителя и горючего, дополнительно содержит диафрагмированное выходное сопло, а также патрубок и кольцевой канал подачи вторичного пара, конический стабилизатор пламени, пламенную трубу, аксиальное закручивающее устройство, конический стабилизатор пламени, зону смешения вторичного пара с окислителем. Водяной пар из котла или низкотемпературного перегревателя с температурой 100-250°С перегревается сжиганием водорода в кислороде и смешивается с основным паром. Изобретение обеспечивает повышение качества равномерности температурного поля на выходе из пароперегревателя, обеспечение возможности регулирования температуры горения, обеспечение условий устойчивого горения.Known vortex hydrogen-oxygen steam superheater (see RF patent for invention No. 2361146, IPC F22G 1/16, publ. 10.07.2009). A vortex hydrogen-oxygen superheater containing an ignition device, fuel (hydrogen) and oxidizer (oxygen) supply lines, combustion and mixing chambers, oxidizer and fuel nozzles, additionally contains a diaphragm outlet nozzle, as well as a branch pipe and an annular channel for supplying secondary steam, a conical stabilizer flame, flame tube, axial swirling device, conical flame stabilizer, mixing zone of the secondary steam with the oxidizer. Steam from a boiler or low-temperature superheater with a temperature of 100-250 ° C is superheated by burning hydrogen in oxygen and mixed with the main steam. The invention improves the quality of the uniformity of the temperature field at the outlet of the superheater, ensures the possibility of regulating the combustion temperature, and ensures stable combustion conditions.

Недостаток известного вихревого водород-кислородного пароперегревателя заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с рабочим телом паротурбинного цикла теплоэнергетической установки, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является меньший рабочий ресурс водород-кислородной камеры сгорания и камеры смешения, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает надежность работы вихревого водород-кислородного пароперегревателя и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known vortex hydrogen-oxygen steam superheater is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixing with the working fluid of the steam turbine cycle of a heat power plant, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture. Also, the disadvantage is the shorter working life of the hydrogen-oxygen combustion chamber and the mixing chamber made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the reliability of the vortex hydrogen-oxygen steam superheater and the safety of using hydrogen.

Известна система сжигания водорода в цикле АЭС с регулированием температуры водород-кислородного пара (см. патент РФ на изобретение №2488903, МПК G21D 5/16, опубл. 27.07.2013), включающая водород-кислородный парогенератор с запальным устройством, 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. К дожигающей камере сгорания подсоединены магистрали подачи балластировочной воды со встроенными форсунками, пролегающие вдоль камеры сгорания с противоположных сторон и сообщающиеся с ее внутренней полостью. Изобретение обеспечивает возможность паро-водородного перегрева свежего пара при температуре ниже температуры самовоспламенения водорода в смеси с кислородом (450°С) с обеспечением регулирования температуры водород-кислородного пара в условиях сниженного расхода свежего пара или полном его отсутствии.A known system for burning hydrogen in a nuclear power plant cycle with temperature control of hydrogen-oxygen steam (see RF patent for invention No. 2488903, IPC G21D 5/16, publ. 07/27/2013), including a hydrogen-oxygen steam generator with an ignition device, oxidizer supply lines ( oxygen) and fuel (hydrogen), a hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation, afterburning a hydrogen-oxygen combustion chamber of stoichiometric oxidation, a mixing chamber of high-temperature steam with live steam in the section in front of the high-pressure cylinder of a steam turbine. The ballasting water supply lines with built-in nozzles are connected to the afterburner combustion chamber, running along the combustion chamber from opposite sides and communicating with its internal cavity. The invention provides the possibility of steam-hydrogen superheating of live steam at a temperature below the autoignition temperature of hydrogen in a mixture with oxygen (450 ° C) with the provision of regulation of the temperature of the hydrogen-oxygen steam in conditions of reduced consumption of live steam or its complete absence.

Недостаток известной системы сжигания водорода в цикле АЭС заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с паром из парогенераторов АЭС при работе в штатном режиме, либо в результате впрыска охлаждающей воды в аварийном режиме с обесточиванием АЭС, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является необходимость в штатном режиме работы принудительного внешнего водяного охлаждения водород-кислородной камеры сгорания, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте охлаждения, что со временем становится причиной неработоспособного состояния водород-кислородной камеры сгорания. Также недостатком является меньший рабочий ресурс водород-кислородной камеры сгорания, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность работы системы сжигания водорода и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known hydrogen combustion system in the nuclear power plant cycle is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixing with steam from the steam generators of the nuclear power plant during normal operation, or as a result of injection cooling water in an emergency mode with a nuclear power plant shutdown, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture. Also, a disadvantage is the need for the normal operation of forced external water cooling of the hydrogen-oxygen combustion chamber, which is associated with a significant amount of heat removed, necessary to change the phase state of the cooling water and is associated with the formation of salt deposits in the cooling path, which eventually becomes the reason for an inoperative state hydrogen-oxygen combustion chamber. Also, the disadvantage is the shorter working life of the hydrogen-oxygen combustion chamber made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using heat from hydrogen combustion, the reliability of the hydrogen combustion system and the safety of using hydrogen.

Известна система сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле атомной электрической станции (см. патент РФ на изобретение №2427048, МПК G21D 5/16, F22B 1/26, F01K 3/18, опубл. 20.08.2011). Система сжигания водорода содержит водород-кислородную камеру сгорания первоначального нестехиометрического окисления, запальное устройство, дожигающую водород-кислородную камеру сгорания стехиометрического окисления, подводящие магистрали, осуществляющие подачу водорода в дожигающую водород-кислородную камеру сгорания, полость смешения высокотемпературного пара со свежим паром. Изобретение обеспечивает перегрев водяного пара, температура которого ниже температуры самовоспламенения водорода в смеси с кислородом (450°С) без использования специальной принудительной подачи охлаждающего пара, причем система сжигания встроена в основной трубопровод перегреваемого пара перед паровой турбиной и в результате охлаждения тепло передается непосредственно рабочему телу паротурбинной установки АЭС.A known hydrogen combustion system for steam-hydrogen superheating of live steam in the cycle of a nuclear power plant (see RF patent for invention No. 2427048, IPC G21D 5/16, F22B 1/26, F01K 3/18, publ. 08/20/2011). The hydrogen combustion system contains a hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation, an ignition device, afterburning the hydrogen-oxygen combustion chamber of stoichiometric oxidation, supply lines that supply hydrogen to the afterburning hydrogen-oxygen combustion chamber, and a mixing chamber for high-temperature steam with live steam. The invention provides overheating of water vapor, the temperature of which is lower than the autoignition temperature of hydrogen mixed with oxygen (450 ° C) without using a special forced supply of cooling steam, and the combustion system is built into the main pipeline of the overheated steam in front of the steam turbine and as a result of cooling the heat is transferred directly to the working fluid steam turbine plant of a nuclear power plant.

Недостаток известной системы сжигания водорода заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие отсутствия закручивания реагирующих компонентов, а также из-за резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с паром из парогенераторов АЭС, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Также недостатком является необходимость принудительного внешнего водяного охлаждения водород-кислородной камеры сгорания, что связано со значительным количеством отводимой теплоты, необходимой для изменения фазового состояния охлаждающей воды и сопряжено с образованием солевых отложений в тракте охлаждения, что со временем становится причиной неработоспособного состояния водород-кислородной камеры сгорания. Также недостатком является меньший рабочий ресурс водород-кислородной камеры сгорания, выполненной из жаропрочной стали в условиях термических напряжений, возникающие при сжигании водорода в кислороде. Все это снижает эффективность использования теплоты от сжигания водорода, надежность работы системы сжигания водорода и безопасность использования водорода.The disadvantage of the known hydrogen combustion system is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to the absence of swirling of the reacting components, as well as due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixed with steam from steam generators of nuclear power plants, which reduces the rate of hydrogen recombination towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture. Also, the disadvantage is the need for forced external water cooling of the hydrogen-oxygen combustion chamber, which is associated with a significant amount of removed heat required to change the phase state of the cooling water and is associated with the formation of salt deposits in the cooling path, which eventually becomes the reason for the inoperative state of the hydrogen-oxygen chamber. combustion. Also, the disadvantage is the shorter working life of the hydrogen-oxygen combustion chamber made of heat-resistant steel under thermal stresses arising from the combustion of hydrogen in oxygen. All this reduces the efficiency of using heat from hydrogen combustion, the reliability of the hydrogen combustion system and the safety of using hydrogen.

Наиболее близким аналогом является система сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле атомной электрической станции с закрученным течением компонентов и с использованием ультравысокотемпературных керамических материалов, включающая водород-кислородный парогенератор с запальным устройством, магистрали подвода окислителя (кислорода) и горючего (водорода), водород-кислородную камеру сгорания первоначального нестехиометрического окисления с закручивающим лопаточным устройством, 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, а стенки водород-кислородных камер сгорания выполнены из ультравысокотемпературного керамического материала, обеспечивающих работу системы сжигания в условиях парового охлаждения (патент РФ на изобретение №2709237, МПК F22B 1/26, G21D 5/16, опубл. 17.12.2019 г.). Система сжигания обеспечивает наиболее полное сгорание водорода в кислороде за счет закрученного течения компонентов при отсутствии перегрева и пластической деформации стенок дожигающей водород-кислородной камеры сгорания в условиях парового охлаждения.The closest analogue is a hydrogen combustion system for steam-hydrogen superheating of live steam in a cycle of a nuclear power plant with a swirling flow of components and using ultra-high-temperature ceramic materials, including a hydrogen-oxygen steam generator with an ignition device, oxidizer (oxygen) and fuel (hydrogen) supply lines , a hydrogen-oxygen combustion chamber of the initial non-stoichiometric oxidation with a swirling blade device, a post-combustion hydrogen-oxygen combustion chamber of stoichiometric oxidation, a mixing cavity of high-temperature steam with live steam in the section in front of the high-pressure cylinder of a steam turbine, while the post-combustion hydrogen-oxygen combustion chamber of stoichiometric oxidation is made in the form of a diffuser located in the mixing cavity of high-temperature steam with live steam, and the walls of the hydrogen-oxygen combustion chambers are made of ultra-high-temperature ceramic material, ensuring the operation of the combustion system under conditions of steam cooling (RF patent for invention No. 2709237, IPC F22B 1/26, G21D 5/16, publ. 12/17/2019). The combustion system provides the most complete combustion of hydrogen in oxygen due to the swirling flow of components in the absence of overheating and plastic deformation of the walls of the afterburning hydrogen-oxygen combustion chamber under conditions of steam cooling.

Недостаток известной системы сжигания водорода заключается в образовании непрореагировавшего водорода при сгорании в кислороде вследствие резкого снижения температуры диссоциированного пара при смешении с паром из парогенераторов АЭС, что снижает скорость рекомбинаций водорода в сторону образования пара и приведет к образованию гремучей смеси. Это снижает безопасность использования водорода.The disadvantage of the known hydrogen combustion system is the formation of unreacted hydrogen during combustion in oxygen due to a sharp decrease in the temperature of the dissociated steam when mixed with steam from the steam generators of nuclear power plants, which reduces the rate of hydrogen recombinations towards the formation of steam and will lead to the formation of an explosive mixture. This reduces the safety of using hydrogen.

Задачей настоящего изобретения является повышение безопасности использования водорода при сжигании в среде кислорода при перегреве рабочего тела ПТУ АЭС.The objective of the present invention is to improve the safety of using hydrogen during combustion in an oxygen atmosphere with overheating of the working fluid of the STU NPP.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является получение недиссоциированного пара при сжигании водорода в кислороде в закрученном потоке при смешении с рабочим телом ПТУ АЭС с целью перегрева.The technical result achieved with the use of the present invention is the production of non-dissociated steam when burning hydrogen in oxygen in a swirling flow while mixing with the working fluid of the STU NPP for the purpose of overheating.

Система сжигания водорода в кислороде в закрученном потоке повышенной безопасности с использованием ультравысокотемпературных керамических материалов для перегрева рабочего тела в паротурбинном цикле атомной электрической станции, включающая нестехиометрическую часть водород-кислородной камеры сгорания, снабженная запальным устройством, стехиометрическую дожигающую часть водород-кислородной камеры сгорания, магистрали подвода окислителя (кислорода) и горючего (водорода), полость смешения высокотемпературного пара с паром паротурбинного цикла АЭС, при этом стехиометрическая дожигающая часть водород-кислородной камеры сгорания выполнена в виде диффузора, размещенного в полости смешения высокотемпературного пара с паром паротурбинного цикла АЭС при этом стенки нестехиометрической части водород-кислородной камеры сгорания и стехиометрической дожигающей части выполнены из ультравысокотемпературного керамического материала, а нестехиометрическая часть водород-кислородной камеры сгорания содержит лопаточное закручивающее устройство также выполненного из ультравысокотемпературного керамического материала в составе единой конструкции с системой зажигания, согласно изобретения, стехиометрическая дожигающая часть водород-кислородной камеры сгорания соединена с теплообменной пароперегревательной поверхностью, выполненной из ультравысокотемпературного керамического материала.The system of combustion of hydrogen in oxygen in a swirling stream of increased safety using ultra-high-temperature ceramic materials for overheating of the working fluid in the steam-turbine cycle of a nuclear power plant, including a non-stoichiometric part of a hydrogen-oxygen combustion chamber equipped with an ignition device, a stoichiometric afterburner part of a hydrogen-oxygen combustion chamber, a supply line oxidizer (oxygen) and fuel (hydrogen), a cavity for mixing high-temperature steam with steam of the NPP steam turbine cycle, while the stoichiometric afterburner part of the hydrogen-oxygen combustion chamber is made in the form of a diffuser located in the mixing cavity of high-temperature steam with steam of the NPP steam turbine cycle, while the walls are non-stoichiometric parts of the hydrogen-oxygen combustion chamber and stoichiometric afterburner parts are made of ultra-high-temperature ceramic material, and the non-stoichiometric part of the hydrogen-oxygen combustion chamber is made of soda There is a vane swirling device also made of ultra-high-temperature ceramic material as part of a single structure with an ignition system, according to the invention, the stoichiometric afterburner part of the hydrogen-oxygen combustion chamber is connected to a heat-exchange superheating surface made of ultra-high-temperature ceramic material.

Использование системы сжигания водорода повышенной безопасности для перегрева рабочего тела в паротурбинном цикле атомной электрической станции повышает безопасность сжигания водорода с кислородом при перегреве рабочего тела в паротурбинном цикле АЭС. Это достигается тем, что закручивание смеси водяного пара с избыточным количеством кислорода в нестехиометрической части водород-кислородной камеры сгорания создает условия для наиболее полного окисления водорода в стехиометрической дожигающей части водород-кислородной камеры сгорания. При этом стенки нестехиометрической части водород-кислородной камеры сгорания и стехиометрической дожигающей части выполнены из ультравысокотемпературного керамического материала, а в нестехиометрической части установлено лопаточное закручивающее устройство выполненного из ультравысокотемпературного керамического материала. За счет соединения стехиометрической дожигающей части водород-кислородной камеры сгорания с теплообменной пароперегревательной поверхностью обеспечивается плавное снижение температуры диссоциированного пара до температуры, при которой пар становится недиссоциированным с завершением рекомбинаций непрореагировавшего водорода в сторону образования пара, что не создает условий образования гремучей смеси в ПТУ АЭС. При этом теплообменная пароперегревательная поверхность выполнена из ультравысокотемпературного керамического материала. Данные материалы способны длительно работать в окислительной среде при температурах до 2000°С. При этом температура плавления у керамики на основе борида гафния и циркония 3380 и 3250°С соответственно. Температура плавления у керамики на основе карбида гафния 3890°С. Имеют небольшую плотность и высокие прочностные свойства при повышенных температурах. Таким образом, данные материалы более надежны и долговечны в условиях термических напряжений при сжигании водорода в кислороде.The use of an increased safety hydrogen combustion system for overheating the working fluid in the steam turbine cycle of a nuclear power plant increases the safety of burning hydrogen with oxygen when the working fluid is overheated in the steam turbine cycle of a nuclear power plant. This is achieved by the fact that swirling a mixture of water vapor with an excess amount of oxygen in the non-stoichiometric part of the hydrogen-oxygen combustor creates conditions for the most complete oxidation of hydrogen in the stoichiometric afterburner of the hydrogen-oxygen combustor. In this case, the walls of the non-stoichiometric part of the hydrogen-oxygen combustion chamber and the stoichiometric afterburner part are made of ultra-high-temperature ceramic material, and in the non-stoichiometric part there is a vane swirling device made of ultra-high-temperature ceramic material. Due to the connection of the stoichiometric afterburner part of the hydrogen-oxygen combustion chamber with the heat exchange superheating surface, the temperature of the dissociated steam is smoothly reduced to a temperature at which the steam becomes undissociated with the completion of the recombinations of unreacted hydrogen towards the formation of steam, which does not create conditions for the formation of an explosive mixture in the STU NPP. In this case, the heat-exchange superheating surface is made of ultra-high-temperature ceramic material. These materials are capable of long-term operation in an oxidizing environment at temperatures up to 2000 ° C. In this case, the melting temperature of ceramics based on hafnium and zirconium boride is 3380 and 3250 ° C, respectively. The melting temperature of ceramics based on hafnium carbide is 3890 ° C. They have low density and high strength properties at elevated temperatures. Thus, these materials are more reliable and durable under thermal stress conditions during combustion of hydrogen in oxygen.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена система сжигания водорода в кислороде в закрученном потоке повышенной безопасности с использованием ультравысокотемпературных керамических материалов для перегрева рабочего тела в паротурбинном цикле атомной электрической станции. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - нестехиометрическая часть водород-кислородной камеры сгорания; 2 - запальное устройство; 3 - лопаточное закручивающее устройство; 4 - стехиометрическая дожигающая часть водород-кислородной камеры сгорания; 5 - подводящие магистрали, осуществляющие подачу водорода в стехиометрическую дожигающую часть водород-кислородной камеры сгорания; 6 - теплообменная пароперегревательная поверхность; 7 - полость смешения высокотемпературного пара с рабочим телом паротурбинного цикла АЭС.The invention is illustrated in the drawing, which shows a system for combustion of hydrogen in oxygen in a swirling stream of increased safety using ultra-high-temperature ceramic materials for overheating the working fluid in the steam-turbine cycle of a nuclear power plant. Positions in the drawing denote the following: 1 - non-stoichiometric part of the hydrogen-oxygen combustion chamber; 2 - ignition device; 3 - blade swirling device; 4 - stoichiometric afterburner part of the hydrogen-oxygen combustion chamber; 5 - supply lines supplying hydrogen to the stoichiometric afterburner part of the hydrogen-oxygen combustion chamber; 6 - heat exchange superheating surface; 7 - cavity for mixing high-temperature steam with the working fluid of the steam-turbine cycle of the nuclear power plant.

Система сжигания водорода в кислороде в закрученном потоке повышенной безопасности с использованием ультравысокотемпературных керамических материалов для перегрева рабочего тела в паротурбинном цикле атомной электрической станции включает подачу пара от парогенераторов АЭС, подачу водорода и кислорода из системы хранения в нестехиометрическую часть водород-кислородной камеры сгорания 1 с запальным устройством 2, содержащим единый узел зажигания, запальную свечу (электросвечу), лопаточное закручивающее устройство 3, подачу водорода в стехиометрическую дожигающую часть водород-кислородной камеры сгорания 4 по подводящим магистралям 5. При этом стехиометрическая дожигающая часть водород-кислородной камеры сгорания 4 соединена с теплообменной пароперегревательной поверхностью 6 и размещается в специальной полости смешения 7 высокотемпературного пара с рабочим телом паротурбинного цикла АЭС.The system of combustion of hydrogen in oxygen in a swirling stream of increased safety using ultra-high-temperature ceramic materials for overheating of the working fluid in the steam-turbine cycle of a nuclear power plant includes the supply of steam from the steam generators of the nuclear power plant, the supply of hydrogen and oxygen from the storage system to the non-stoichiometric part of the hydrogen-oxygen combustion chamber 1 with an ignition device 2 containing a single ignition unit, a spark plug (electric plug), a vane swirling device 3, the supply of hydrogen to the stoichiometric afterburning part of the hydrogen-oxygen combustion chamber 4 through the supply lines 5. In this case, the stoichiometric afterburning part of the hydrogen-oxygen combustion chamber 4 is connected to the heat exchange superheating surface 6 and is located in a special mixing cavity 7 of high-temperature steam with the working fluid of the steam turbine cycle of the nuclear power plant.

Система сжигания водорода в кислороде в закрученном потоке повышенной безопасности с использованием ультравысокотемпературных керамических материалов для перегрева рабочего тела в паротурбинном цикле атомной электрической станции работает следующим образом.The system of combustion of hydrogen in oxygen in a swirling stream of increased safety using ultra-high-temperature ceramic materials for overheating the working fluid in the steam-turbine cycle of a nuclear power plant operates as follows.

В часы ночного внепикового провала электрической нагрузки АЭС за счет ее электроэнергии, выработанные водород и кислород в электролизной установке при помощи дожимных водородных и кислородных компрессорных агрегатов аккумулируются в системе хранения на основе металлических емкостей. 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 паротурбинном цикле АЭС, поступают в нестехиометрическую часть водород-кислородной камеры сгорания 1, где за счет запального устройства 2 происходит окисление водорода в нестехиометрическом соотношении с кислородом без использования охлаждающей воды. В результате образуется водяной пар с содержанием непрореагировавшего кислорода при температуре смеси соответствующей самовоспламенению водорода. При этом полученная смесь водяного пара с содержанием непрореагировавшего кислорода закручивается за счет лопаточного устройства 3 и поступает в стехиометрическую дожигающую часть водород-кислородной камеры сгорания 4, представляющую собой диффузор, соединенный с теплообменной пароперегревательной поверхностью 6 и размещенный в полости смешения 7 с рабочим телом паротурбинного цикла АЭС. Образующийся при этом высокотемпературный диссоциированный водяной пар на выходе из стехиометрической дожигающей части водород-кислородной камеры сгорания 4 с целью плавного снижения его температуры и уменьшения количества непрореагировавшего водорода движется в трубном пространстве теплообменной пароперегревательной поверхности 6, перегревая снаружи рабочее тело паротурбинного цикла АЭС, после чего смешивается с рабочим телом, перегревая его до более высокой температуры. В результате плавного снижения температуры диссоциированного пара на выходе из пароперегревательной поверхности он имеет температуру ниже состояния диссоциации, в результате чего завершается рекомбинация непрореагировавшего водорода в сторону образования пара, что не создает условий образования гремучей смеси в ПТУ АЭС. Использование ультравысокотемпературных керамических материалов для водород-кислородной камеры сгорания и для пароперегревательной поверхности обеспечивает большую надежность и долговечность системы сжигания в условиях термических напряжений при сжигании водорода в кислороде.During the hours of the night off-peak failure of the electrical load of the nuclear power plant due to its electricity, the generated hydrogen and oxygen in the electrolysis plant with the help of booster hydrogen and oxygen compressor units are accumulated in the storage system based on metal containers. During peak hours of electrical loads in the power system, hydrogen and oxygen are taken from storage tanks and, using booster hydrogen and oxygen compressor units, are compressed to the pressure of the working fluid in the steam-turbine cycle of the nuclear power plant, enter the non-stoichiometric part of the hydrogen-oxygen combustion chamber 1, where due to the ignition device 2 hydrogen is oxidized in a non-stoichiometric ratio with oxygen without the use of cooling water. As a result, water vapor is formed with the content of unreacted oxygen at the temperature of the mixture corresponding to the autoignition of hydrogen. In this case, the resulting mixture of water vapor with the content of unreacted oxygen is twisted due to the blade device 3 and enters the stoichiometric afterburner part of the hydrogen-oxygen combustion chamber 4, which is a diffuser connected to the heat exchange superheating surface 6 and placed in the mixing cavity 7 with the working fluid of the steam turbine cycle NPP. The resulting high-temperature dissociated water vapor at the outlet from the stoichiometric afterburner part of the hydrogen-oxygen combustion chamber 4 in order to smoothly reduce its temperature and reduce the amount of unreacted hydrogen moves in the tube space of the heat exchange superheating surface 6, overheating the outside of the working fluid of the steam turbine cycle of the nuclear power plant, after which it mixes with the working fluid, overheating it to a higher temperature. As a result of a gradual decrease in the temperature of the dissociated vapor at the outlet from the superheating surface, it has a temperature below the state of dissociation, as a result of which the recombination of unreacted hydrogen towards the formation of vapor is completed, which does not create conditions for the formation of an explosive mixture in the STU NPP. The use of ultra-high-temperature ceramic materials for the hydrogen-oxygen combustor and for the superheating surface ensures greater reliability and durability of the combustion system under thermal stress during combustion of hydrogen in oxygen.

Отличительным признаком предложенного изобретения является повышение безопасности использования водорода при перегреве пара в паротурбинном цикле АЭС за счет получения недиссоциированного пара в результате сжигания водорода в кислороде в закрученном потоке.A distinctive feature of the proposed invention is to improve the safety of using hydrogen when overheating steam in the steam turbine cycle of a nuclear power plant due to the production of non-dissociated steam as a result of combustion of hydrogen in oxygen in a swirling stream.

Claims (1)

Система сжигания водорода в кислороде в закрученном потоке с использованием ультравысокотемпературных керамических материалов для перегрева рабочего тела в паротурбинном цикле атомной электрической станции, включающая нестехиометрическую часть водород-кислородной камеры сгорания, снабженная запальным устройством, стехиометрическую дожигающую часть водород-кислородной камеры сгорания, магистрали подвода окислителя (кислорода) и горючего (водорода), полость смешения высокотемпературного пара с паром паротурбинного цикла АЭС, при этом стехиометрическая дожигающая часть водород-кислородной камеры сгорания выполнена в виде диффузора, размещенного в полости смешения высокотемпературного пара с паром паротурбинного цикла АЭС, при этом стенки нестехиометрической части водород-кислородной камеры сгорания и стехиометрической дожигающей части выполнены из ультравысокотемпературного керамического материала, а нестехиометрическая часть водород-кислородной камеры сгорания содержит лопаточное закручивающее устройство также выполненного из ультравысокотемпературного керамического материала в составе единой конструкции с системой зажигания, отличающаяся тем, что стехиометрическая дожигающая часть водород-кислородной камеры сгорания соединена с теплообменной пароперегревательной поверхностью, выполненной из ультравысокотемпературного керамического материала.A system for burning hydrogen in oxygen in a swirling flow using ultra-high-temperature ceramic materials for overheating the working fluid in the steam-turbine cycle of a nuclear power plant, including a non-stoichiometric part of a hydrogen-oxygen combustion chamber equipped with an ignition device, a stoichiometric afterburner part of a hydrogen-oxygen combustion chamber, an oxidizer supply line ( oxygen) and fuel (hydrogen), the mixing cavity of high-temperature steam with steam of the steam-turbine cycle of the NPP, while the stoichiometric afterburner part of the hydrogen-oxygen combustion chamber is made in the form of a diffuser placed in the mixing cavity of high-temperature steam with steam of the steam turbine cycle of the NPP, while the walls of the non-stoichiometric part the hydrogen-oxygen combustion chamber and stoichiometric afterburner parts are made of ultra-high-temperature ceramic material, and the non-stoichiometric part of the hydrogen-oxygen combustion chamber contains blade swirls The driving device is also made of an ultra-high-temperature ceramic material as part of a single structure with an ignition system, characterized in that the stoichiometric afterburner part of the hydrogen-oxygen combustion chamber is connected to a heat exchange superheating surface made of an ultra-high-temperature ceramic material.
RU2021112668A 2021-04-29 2021-04-29 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 RU2758644C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112668A RU2758644C1 (en) 2021-04-29 2021-04-29 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021112668A RU2758644C1 (en) 2021-04-29 2021-04-29 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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758644C1 true RU2758644C1 (en) 2021-11-01

Family

ID=78466709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021112668A RU2758644C1 (en) 2021-04-29 2021-04-29 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

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758644C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1002618A1 (en) * 1981-10-14 1983-03-07 За витель Power unit
RU2416131C1 (en) * 2009-08-27 2011-04-10 Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") Control method of power of turbine plant of nuclear station
RU2427048C2 (en) * 2009-05-04 2011-08-20 Рашид Зарифович Аминов Hydrogen combustion system for steam-hydrogen live steam superheating in cycle of nuclear power plant
CN104061028A (en) * 2014-06-24 2014-09-24 华北电力大学 Double-reheat combined cycle power generation system and method combining oxyhydrogen and pulverized coal combustion
RU178331U1 (en) * 2017-01-10 2018-03-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) STEAM-GAS TURBINE INSTALLATION
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1002618A1 (en) * 1981-10-14 1983-03-07 За витель Power unit
RU2427048C2 (en) * 2009-05-04 2011-08-20 Рашид Зарифович Аминов Hydrogen combustion system for steam-hydrogen live steam superheating in cycle of nuclear power plant
RU2416131C1 (en) * 2009-08-27 2011-04-10 Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") Control method of power of turbine plant of nuclear station
CN104061028A (en) * 2014-06-24 2014-09-24 华北电力大学 Double-reheat combined cycle power generation system and method combining oxyhydrogen and pulverized coal combustion
RU178331U1 (en) * 2017-01-10 2018-03-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) STEAM-GAS TURBINE INSTALLATION
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2488903C1 (en) Combustion system of hydrogen in nuclear power plant cycle with temperature control of hydrogen-oxygen steam
RU2427048C2 (en) Hydrogen combustion system for steam-hydrogen live steam superheating in cycle of nuclear power plant
RU2309325C1 (en) Steam generator
RU2633741C1 (en) Steam and gas generator
RU2613011C1 (en) Steam-gas generator
RU2635012C1 (en) Steam-gas generator
RU2644668C1 (en) Gas-steam generator
US5737912A (en) Method for starting gas turbine in combined cycle power station
RU2371594C1 (en) Method for steam generation in steam-gas-generator and device for its realisation
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
RU2661231C1 (en) Method of hydrogen steam overheating at npp
US20030150216A1 (en) Gas turbine
US3915124A (en) Compact high-pressure steam generator
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
CN112283686B (en) Hydrogen-burning heat exchanger
CN206144611U (en) Integrate IGCC and supercritical unit's peak regulation power station
US20080223315A1 (en) System and Method for Zero Emissions, Hydrogen Fueled Steam Generator
RU119812U1 (en) STEAM GAS GENERATOR
RU2079684C1 (en) Steam generator
RU2707182C1 (en) Method to increase power of double circuit npp by combining with hydrogen cycle
CN106016361A (en) Efficient fuel chamber for gas turbine
RU199761U1 (en) HYDROGEN STEAM HEATER OF MEGWATT POWER LEVEL
RU2379590C1 (en) Mixing system of hydrogen-oxygen steam generator
RU2812382C1 (en) Steam gas generator
GB2589602A (en) Steam generator