Отзыв ведущей организации (Высокотемпературные технологии производства электроэнергии на угольно-водородных энергетических комплексах и способы их практической реализации)

УТВИ жДАЮ: Проректор по научной работе ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический мени » к, профессор алентинович ря 2016 года ОТЗЫВ ВКДУЩКЙ Ц федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» на диссертационную работу Гаранина Ивана Владимировича на тему: «Высокотемпературные технологии производства электроэнергии на угольно- водородных энергетических комплексах и способы их практической реализации», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05,14.01 — Энергетические системы и комплексы Актуальность темы диссертационного исследовании Повышение экономичности и снижение вредного воздействия на окружающую среду процесса производства электрической энергии является основным вектором развития современной энергетики.

Единственным способом значительного увеличения КПД тепловых электростанций является повышение начальных параметров термодинамического цикла. Широкие возможности повышения начальных параметров открывает применение комбинированных парогазовых энергетических установок, КПД лучших образцов которых уже сейчас приближается к 62 % при максимальной температуре комбинированного цикла порядка 1500'С. Однако данное техническое решение в настоящий момент в силу ряда особенностей и ограничений широко применяется только для электростанций„использующих в качестве основного топлива природный газ. Для угольной генерации основным путем развития остается дальнейшее повышение начальных параметров пара сверх освоенного уровня. Таким образом„ исследование и разработка новых и отработка существующих технологических решений, позволяющих повысить начальную температуру и давление пара, являются весьма востребованными.

Указанные обстоятельства определяют актуальность представленной диссертационной работы, основной целью которой является разработка научно- обоснованных технических решений, обеспечивающих повышение эффективности н экологичности угольной генерации за счет повышения температуры пара посредством сжигания водорода в среде перегретого пара.

Структура и основное содержание диссертации Работа изложена на 200 страницах текста и содержит введение, четыре главы, заключение и список литературы, включающий 88 наименований. В первой главе проведен анализ результатов существующих исследований, связанных с прорабатываемой темой. В данном разделе диссертации прежде всего рассмотрен существующий задел в части исследования и расчета тепловых схем с применением водородного топлива. Наряду с этим проведен анализ методов получения водорода, а также проанализированы существующие конструкции водородных камер сгорания.

По результатам данного раздела бьша определена область диссертационного исследования, поставлены цель и задачи, требующие решения. Во второй главе проведено исследование влияния места установки водородных камер сгорания и величины добавочного перегрева пара на основные показатели тепловой экономичности угольно-водородного энергетического комплекса.

Оригинальность проведенного исследования заключена в учете дополнительных затрат мощности, обусловленных сжатием водорода и кислорода, Были рассмотрены следующие варианты установки водородных камер сгорания: перед цилиндром высокого давления (ЦВД), после промежуточного перегрева пара и одновременно в двух указанных участках тепловой схемы. В случае использования двух водородных пароперегревателей в обоих из них устанавливался одинаковый уровень перегрева. Значения начальной температуры изменялись от 540 до 860'С, чго соответствует степеням водородного перегрева от 0 до 320'С. Наиболее экономичным нз рассмотренных вариантов является тепловая схема с установкой двух камер сгорания, обеспечивающих повышение температуры как свежего пара, так и пара промежуточного перегрева.

По результатам исследования было получено, что при степенях водородного перегрева до 320'С рационально сохранять уровень начального давления порядка 22,3 МПа, а при больших степенях перегрева следует снижать начальное давление, что обеспечивает большую тепловую экономичность. Повышение эффективности при степени перегрева, равной 320'С, составляет !0-12 ',4. Таким образом, указанная степень перегрева позволяет повысить КПД энергоблока до 50 ',ь. Однако отмеченные в работе особенности функционирования энергоблоков с водородным перегревом пара, заключающиеся, в частности в потреблении достаточно большой мощности, необходимой для сзкатия водородного топлива, приводят к тому, что весомая часть прироста эффективности нивелируется затратами на сжатие водорода и кислорода.

В связи с этим отмечается, что наравне с увеличением степени перегрева и. соответственно, начальной температуры необходима разработка мероприятий, позволяющих снизить указанные затраты мощности. В третьей главе освящены результаты исследования особенностей тепловых схем угольно-водородных энергоблоков н способы повьппения их эффективности посредством снижения затрат мощности на сжатие водорода. В первую очередь автор рассматривает изменения, происходящие в тепловой схеме угольно-водородного энергетического комплекса, в частности в системе регенеративного подогрева. Применение водородного перегрева пара приводит к существенному повышению температуры рабочего тела в проточной части турбины, в результате чего во все регенеративные подогреватели низкого давления начинает поступать перегретый пар.

Указанное явление наблюдается при степенях перегрева свыше 200'С. Также установлено, что при перегреве свыше указанного уровня в основной конденсатор паровой турбины начинает поступать перегретый пар. Для использования теплоты перегрева автором проведены исследования нескольких вариантов схем включения охладителя пара и на основе проведенных исследований выбран оптимальный вариант. Использование водородного перегрева пара требует также совершенствования инструментов исследования. В частности, модификации потребовала методика определения параметров пара в индифферентной точке.

На основании проведенного исследования автором предложена усовершенствованная методика определения параметров индифферентной точки, учитывающая увеличение расхода рабочего тела. обусловленного применением водородного перегрева. В работе представлено описание разработки решений, позволяющих снизить затраты мощности на сжатие водорода и их интеграцию в тепловую схему энергетического комплекса. Предлагается осуществлять промежуточное охлаждение водорода в процессе повышения давления с целью уменьшения работы сжатия.

Рассмотрены следующие схемы: варианты с двумя и тремя ступенями компрессии, случаи с последовательным н параллельным включением по охлаждающей воде. Принятый интервал величины охлаждения составил от 0 до 160'С, Было получено, что наиболее эффективной схемой является трехступенчатая система сжатия водорода с двумя ступенями охлаждения, где в качестве охладителя выступает основной конденсат, забираемый после конденсатного насоса и параллельно подаваемый в каждую ступень.

Указанное схемное решение позволяет на 40',4 снизить величину дополнительных собственных нужд. Автор обращает внимание на важную особенность угольно-водородных энергоблоков: существенное снижение влажности за последней ступенью паровой турбины при увеличении степени перегрева. При величине дополнительного перегрева пара, равной 200'С, в конденсатор начинает поступать пар в состоянии насыщения, В работе также приводится описание двух разработанных вариантов тепловой схемы угольно-водородного энергоблока на разные уровни водородного перегрева: Л1„, = 200'С и Л1,„ = 300'С.

Отмечается, что дополнительный перегрев на 200'С позволяет применять разрабатываемый для энергоблоков на ультрасверхкритические параметры (УСКП) пара сортамент сталей и сплавов, а также обеспечивает нулевую влажность за последней ступенью паровой турбины.

Второй температурный уровень (перегрев на 300'С) является верхней границей применимости, исходя из критериев длительной прочности лучших образцов жаропрочных и жаростойких сплавов при отсутствии охлаждения деталей высокотемпературной паровой турбины. Указанные тепловые схемы обеспечивают высокую тепловую эффективность (КПД-нетто), которая составляет 4б и 43 ",4 для первого и второго уровня перегрева пара соответственно. Проведенный комплекс исследований показал, что применение водородного перегрева пара в рассматриваемых диапазонах температур и давлений приводит к существенному изменению расходных характеристик проточной части турбоагрегата (повьппению как массового, так и объемного расхода пара), вызванному снижением доли регенеративных отборов и образованием дополнительного рабочего тела в процессе горения водорода.