установка для осушки водорода в системе охлаждения электрического генератора

Формула изобретения

Установка для осушки водорода в системе охлаждения электрического генератора с приводом в виде паровой турбины с конденсатором, содержащая вентилятор с всасывающей и нагнетательной зонами и адсорбер с паровой рубашкой и патрубками входа и выхода водорода, при этом нагнетательная зона соединена с патрубком входа водорода, а патрубок выхода последнего - с всасывающей зоной с образованием замкнутого циркуляционного контура, в состав установки входят также два паровых эжектора, активные сопла которых соединены с отбором из турбины, пассивное сопло второго соединено со смешивающим соплом первого эжектора и паровым объемом конденсатора турбины, отличающаяся тем, что адсорбер соединен с пассивным соплом первого эжектора, а активное сопло первого эжектора соединено с отбором турбины через паровую рубашку адсорбера, причем адсорбер имеет встроенный маслоотделитель и рубашку, расположенную еще и с внутренней стороны адсорбера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение на электростанциях для осушки водорода в системе охлаждения электрического генератора.

Для обеспечения максимального коэффициента полезного действия электрического генератора важное значение имеет минимальное содержание водяных паров в охлаждающем водороде. Содержание водяных паров в водороде отрицательно влияет на экономичность и работоспособность генератора: растут вентиляционные потери и потери на трение из-за роста плотности и влажности газовой смеси, происходит коррозия бандажных колец, а при некоторых значениях влажности может быть нарушена электроизоляция.

Известны установки осушки газа, в частности водорода, использующие принцип охлаждения водорода в теплообменном аппарате, хладагент последнего охлаждается в холодильной машине (а.с.1170557, 1985 г.), образовавшийся в результате конденсации водяных паров из водорода конденсат удаляется из газа, что и приводит к его осушке. Наиболее распространенным типом является фреоновая установка, описанная в книге Ю.И.Азбукина “Повышение эффективности эксплуатации турбогенераторов” (Атомэнергоиздат, 1983, стр.20-22).

Известен и метод осушки водорода в системе охлаждения электрического генератора по патенту России №2154884 за 1999 г., по которому водород, циркулируя по вертикальным U-образным трубам, расположенным под генератором, охлаждается в основном с помощью холодильной установки, а для ускорения циркуляции используется специальный нагреватель; сконденсировавшаяся влага дренируется из U-образных труб; известны установки осушки водорода в системе охлаждения электрического генератора с теплообменными аппаратами различной конструкции, в которых охлаждение водорода происходит благодаря испарению воды или воздухо-водяного потока в условиях вакуума в полости испарения теплообменного аппарата. Вакуум в последних создается двумя эжекторами. В состав установок этого типа входит также влагоотделитель, регулятор уровня, водяной фильтр, несколько мановакууметров и запорно-регулирующая арматура (№2071162 и №2121747, Н 02 К 9/26).

Наиболее близким решением является осушка водорода в установках адсорбционного типа. В них осушка газа осуществляется в адсорберах, заполненных твердым адсорбентом, например силикагелем (а.с. СССР №№603414, 603415, G 01 В 3/56 и №1011502, G 01 В 3/56). Известна также установка адсорбционного типа осушки водорода, представленная в книге “Газомасляное хозяйство генераторов с водородным охлаждением” авторов: B.C.Иванова и Ф.З.Серебрянского (изд-во “Энергия”, 1965 г., стр.67-71). В этой установке силикагель регенерируется горячим воздухом с температурой (573-673)К, который продувается газодувкой через специальный электронагреватель.

Недостатками перечисленных установок являются:

1. Громоздкость и энергоемкость, связанные с необходимостью использования газодувки и электрического нагревателя;

2. Высокие эксплуатационные расходы, связанные с обслуживанием холодильной машины или газодувки и электрического нагревателя;

3. Экологическая вредность из-за использования фреона и других подобных хладагентов;

4. Возможность попадания водорода в полость испарения и контакт водорода с воздухом, что недопустимо по условиям эксплуатации, тонкость настройки режима тепломассообмена в полости испарения теплообменного аппарата в зависимости от вакуума в конденсаторе турбины, вращающей электрический генератор, что требует понимания процессов тепломассообмена и гидродинамики от электриков, обслуживающих генератор и все его системы, что, очевидно, затруднительно.

Целью изобретения является создание простой, надежной, экономичной, экологически чистой установки осушки водорода в системе охлаждения электрического генератора с приводом в виде паровой турбины с конденсатором в широком диапазоне вакуума в конденсаторе турбины.

Это достигается тем, что установка для осушки водорода в системе охлаждения электрического генератора с приводом в виде паровой турбины с конденсатором содержит вентилятор с всасывающей и нагнетательной зонами и адсорбер с паровой рубашкой и патрубками входа и выхода водорода, при этом нагнетательная зона соединена с патрубком входа водорода, а патрубок выхода последнего - с всасывающей зоной с образованием замкнутого циркуляционного контура, в состав установки входят также два паровых эжектора, активные сопла которых соединены с отбором из турбины, пасcивное сопло второго эжектора соединено со смешивающим соплом первого эжектора и паровым объемом конденсатора турбины; адсорбер соединен с пассивным соплом первого эжектора, а активное сопло первого эжектора соединено с отбором турбины через паровую рубашку адсорбера, причем адсорбер имеет встроенный маслоотделитель, а рубашка расположена с обеих сторон адсорбента.

Все признаки влияют на достигаемый технический результат, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом. На чертеже схематично изображена установка осушки водорода в системе охлаждения электрического генератора с приводом в виде паровой турбины с конденсатором.

Установка содержит электрический генератор 1, паровую турбину 2 с конденсатором 3, вентилятор 4 с всасывающей 5 и нагнетательной 6 зонами, адсорбер 7 с паровой рубашкой 8, патрубками 9 и 10 входа и выхода водорода и патрубком 11 выхода испаряемой из адсорбента влаги; установка снабжена также эжектором 12, пассивное сопло 13 которого соединено с выходным патрубком 11 испаряемой из адсорбента влаги, а активное сопло 14 соединено с отбором пара 15 турбины 2 через паровую рубашку 8 с патрубками 16 и 17 входа и выхода пара; в установку входит второй эжектор 18, пассивное сопло 19 которого соединено со смешивающим соплом 20 эжектора 12 и паровой полостью конденсатора 3 турбины 2; активное же сопло 21 эжектора 18 соединено с отбором пара 15 турбины 2; внутри адсорбера 7 расположен маслоотделитель 22 со сливным штуцером 23 и дополнительная внутренняя часть 8-2 паровой рубашки 8.

Установка работает следующим образом. Влажный водород с температурой точки росы (20-25°С) и температурой самого газа + 60°С подается из генератора 1 вентилятором 4 из нагнетательной зоны 6 к патрубку 9 входа водорода в адсорбер 7, где, проходя сначала через маслоотделитель 22, очищается от масла, которое сливается через штуцер 23, а затем, проходя через слой адсорбента 24, например силикагеля, осушается вплоть до температуры точки росы минус 40°С. Осушенный водород через патрубок 10 поступает в генератор 1 в зону всасывания 5 вентилятора 4. После определенного промежутка времени адсорбент в адсорбере 7 насыщается, о чем судят по температуре точки росы в потоке водорода на выходе из патрубка 10 адсорбера 7.

По достижении температуры точки росы в потоке водорода на выходе из адсорбера 7 порядка +10°С адсорбер 7 переводится из рабочего режима осушки водорода в режим регенерации адсорбента 24, проводящийся путем нагрева адсорбента 24 с одновременным вакуумированием объема адсорбера 7 для ускорения процесса регенерации и удаления из адсорбента не только влаги, но и проскочившего в адсорбер масла. С этой целью перекрываются вентили у патрубков 9 и 10 входа и выхода водорода из адсорбера 7, открывается вентиль патрубка 11, соединяющего объем адсорбера 7 с пассивным соплом 13 эжектора 12, смешивающее сопло 20 которого соединено с пассивным соплом 19 второго эжектора 18, последнее также соединено с паровым объемом конденсатора 3 турбины 2. Пар в активные сопла 14 эжектора 12 и 21 эжектора 18 поступает из отбора 15 турбины 2, но перед поступлением в активное сопло 14 эжектора 12 проходит по рубашке 8-1 и 8-2 адсорбера 7 через патрубки 16 и 17, прогревая адсорбент 24 с наружной и внутренней стороны. Таким образом, нагрев адсорбента паром через паровую рубашку ведет к испарению поглощенной им влаги и проскочившего масла, а эжекторы 12 и 18 отсасывают эти пары из адсорбера 7, создавая в нем вакуум порядка 0,1-0,05 ата. Пар, сбрасываемый из обоих эжекторов 12 и 18, утилизируется в тепловой схеме турбогенератора. В процессе осушки водорода при поглощении влаги адсорбентом выделяется тепло, которое удаляется подачей охлаждающей воды в обе части паровой рубашки 8, что увеличивает поглощающую способность адсорбента 24 и производит предварительное охлаждение осушаемого водорода, когда он проходит через маслоотделитель 22, встроенный в адсорбер 7. Расход пара, отбираемый на установку осушки водорода, соизмерим с погрешностью замера рабочего расхода пара на турбину, составляющего сотни тонн в час.

Таким образом, отсутствие в установке хладагентов типа фреонов и аммиака делает ее экологически чистой. Использование минимального расхода пара, практически отработавшего в турбине 2 в качестве греющей среды в рубашке 8 адсорбера 7 и в качестве активной среды в эжекторе 12, вместо компрессоров и электродвигателей в одном типе установок и газодувок и электронагревателей в другом типе установок осушки водорода электрических генераторов делают эту установку высокоэкономичной.

Установка проста и надежна, имеет низкие эксплуатационные расходы, т.к. не требует ни наладки, ни тонкой настройки режима работы в зависимости от работы турбогенератора, ни ремонта подвижных элементов, которые в установке отсутствуют.

Установка, разработанная по данному предлагаемому изобретению, изготовлена, прошла испытания на электростанции Мосэнерго и принята к использованию в эксплуатации.

Осуществление данного предлагаемого изобретения возможно везде, где есть необходимость в осушке газа и есть активный поток газа (пара) с избыточным давлением 0,4-0,6 МПа.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1170557 от 1985 г.

2. Азбукин Ю.И. Повышение эффективности эксплуатации турбогенераторов. М., Атомэнергоиздат, 1983 г., стр.20-22.

3. Патент России №2154884 за 1999 г.

4. Патенты России №2071162 и №2121747 за 1998 г.

5. Авторские свидетельства СССР №№603414, 603415, 1011502.

6. Иванов В.С., Серебрянский Ф.З. Газомасляное хозяйство генераторов с водородным охлаждением. М., Энергия, 1965, стр.67-71.