Водородная энергетика

Водород – постоянный спутник любого химического, металлургического и некоторых других видов производств. На многих предприятиях водородосодержащие газы вырабатываются в качестве побочного продукта основного вида деятельности. Объемы побочного производства достигают нескольких тысяч тонн в год, но в целях пожарной безопасности водород попросту сжигают. В АО КБХА задумались об использовании таких газов в качестве источника энергии и смогли достичь успеха.

Впервые в мировой практике здесь создали водородную паротурбинную энергоустановку с выходной мощностью на валу турбопривода 5 МВт. Уникальность разработки заключается в применении высокотемпературного парогенератора, в котором путем испарения воды непосредственно в продуктах сгорания компонентов топлива образуется перегретый водяной пар, используемый для привода турбины с улучшенной динамикой выхода на режим.

При запуске установки по магистралям окислителя и горючего компоненты топлива подаются в смесительную головку, струйно-струйные форсунки которой обеспечивают их оптимальное смешение в полости камеры сгорания. Поджиг смеси кислорода и водорода (углеводородного топлива) в парогенераторе осуществляется запальным устройством. В дальнейшем, реакция горения поддерживается за счет энергии процесса.

Для защиты от воздействия высокой температуры парогаза днища смесительной головки и стенок камеры сгорания через расположенные по периферии смесительной головки отверстия подается вода завесного охлаждения. Кроме того, охлаждение внутренней стенки камеры сгорания осуществляется за счет конвективного теплообмена протоком воды через оребренную рубашку охлаждения.

Вода из рубашки охлаждения и высокотемпературный пар из камеры сгорания поступают в камеру испарения, куда через смеситель с определенным расходом подается балластировочная вода, за счет чего достигается необходимая температура пара.

Перегретый водяной пар из парогенератора поступает в коллектор подвода турбопривода и через сопловой аппарат попадает на рабочее колесо турбины первой ступени, а через направляющий аппарат – на рабочее колесо турбины второй ступени, приводя ротор в движение. Мощность ротора турбопривода передается на внешнее устройство, например, электрогенератор или насос. Далее через отводящий патрубок отработанный пар направляется для утилизации тепла во внешних системах.

Реализация этого способа получения и использования высокотемпературного пара в энергоустановках позволит значительно улучшить удельные параметры систем, сократить металлоемкость конструкции, минимизировать габариты и упростить технологию их производства.

Специалисты АО КБХА уже провели государственные предварительные и приемочные испытания водородной паротурбинной энергоустановки (10 запусков общей длительностью 1250 с), которые подтвердили ее заявленные характеристики и в полной мере доказали работоспособность конструкции.

При проведении государственных приемочных испытаний водородной паротурбинной энергоустановки на испытательном стенде

АО КБХА был продемонстрирован один из вариантов ее применения – использования в системах пожаротушения. Вода через нагрузочный насос подавалась через сопло в атмосферу. Полученный результат подтвердил возможность использования водородной паротурбинной энергоустановки в системах пожаротушения.

Скачать PDF можно тут (30 КБ, doc)