Установка для осушки водорода в системе охлаждения электрического генератора

 

Использование изобретения: относится к холодильной технике и установкам для осушки газа способом его охлаждения и удаления сконденсировавшейся в нем влаги и может найти, в частности, применение на электростанциях для осушки водорода в системе охлаждения электрических генераторов. Сущность изобретения. Водород охлаждается в рекуперативном испарителе 7, снабженном оросительным устройством 12 для испаряемой среды, представляющей собой конденсат из конденсатора 3 турбины 2, и вихревым противоточным эжектором 14. Активное сопло 15 последнего соединено с отбором 16 пара из паровой турбины 2, сброс из смешивающего сопла 17 смеси активного и пассивного потоков пара осуществляется в паровой объем 18 конденсатора 3 паровой турбины 2. Патрубок 11 выхода испаряемой среды из испарителя 7 выполнен в виде пассивного сопла эжектора 14. Для обеспечения устойчивого испарения в вакууме теплообменная поверхность 19 испарителя 7 снабжена фитилями 20 из капиллярнопористого материала, отвод сконденсировавшейся в водороде влаги осуществляется через конденсатоотводчик 22. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, к установкам для осушки газа способом его охлаждения и удаления сконденсировавшейся в нем влаги, и может найти, в частности, применение на электростанциях для осушки водорода в системе охлаждения электрических генераторов.

Одним из условий эксплуатации электрических генераторов с максимальным коэффициентом полезного действия является минимальное содержание водяных паров в охлаждающем водороде. Влага в водород может попасть из электролизной установки, из обводненного уплотняющего масла, наконец, в результате течи газоохладителей, расположенных в корпусе генератора. Если попавшие в генератор водяные пары не удалять, их содержание в водороде будет нарастать, что отрицательно повлияет на экономичность генератора (рост вентиляционных потерь и потерь на трение из-за роста плотности и вязкости газовой смеси, уменьшение КПД генератора), а при некоторых условиях может привести к нарушению изоляции.

Известны установки осушки газа, в частности водорода, адсорбционного типа. В них осушка газа осуществляется в адсорберах, заполненных твердым адсорбентом-силикагелем или цеолитом. Установки содержат ряд адсорберов, часть из которых находится в регенерации (авт. свид. СССР N 603414, 603415, 1011502). Известна и другая установка адсорбционного типа осушки водорода, охлаждающего электрический генератор. Установка содержит электрический генератор с приводом в виде паровой турбины, вентилятор, расположенный внутри корпуса генератора, сидящий с ним на одном валу, и имеющий всасывающую и нагнетательную зоны, адсорбер, газодувку и электрический нагреватель. Осушка водорода осуществляется в адсорбере, заполненном, например, силикагелем. Регенерация силикагеля производится горячим воздухом с температурой 573-673 К, для чего газодувка продувает воздух через специальный электрический нагреватель. Процесс регенерации длится несколько часов. До и после регенерации адсорбер должен быть продут углекислым газом или азотом во избежание контакта водорода с воздухом. Для бесперебойной работы осушительной установки ставится по крайней мере два адсорбера (Иванов В.С. Серебрянский Ф.З. Газомасляное хозяйство генераторов с водородным охлаждением. М. Энергия. 1965. с. 67-71).

Известная также установка осушки газа в электрической машине, в которой газ охлаждается с конденсацией влаги из него в теплообменном аппарате водой, которая, в свою очередь, охлаждается в холодильной машине (авт.свид. N 1170557).

Известна установка осушки водорода в системе охлаждения электрического генератора с приводом в виде паровой турбины с конденсатором, содержащая вентилятор с всасывающей и нагнетательной зонами и рекуперативный испаритель с патрубками входа и выхода водорода и патрубками входа и выхода испаряемой сpеды, при этом нагнетательная зона соединена с патрубком входа водорода, а патрубок выхода водорода соединен с всасывающей зоной с образованием замкнутого циркуляционного контура. Испаряемая среда-фреон, поступает от компрессора холодильной машины сверху вниз в трубки рекуперативного испарителя, межтрубное пространство которого соединено с всасывающей и нагнетательными зонами вентилятора генератора так, что водород циркулирует в испарителе снизу вверх. Внизу испарителя расположен штуцер отвода сконденсировавшейся из водорода влаги (Азбукин Ю.И. Повышение эффективности эксплуатации турбогенераторов. М. Атомэнергоиздат, 1983, с. 20, 21, рис. 13, 22, табл. 4).

Недостатками перечисленных установок являются: громоздкость и энергоемкость, связанные с необходимостью использования газодувки, электрического нагревателя и минимум двух адсорберов для обеспечения бесперебойной работы во время регенерации; высокие эксплуатационные расходы, связанные с обслуживанием холодильной машины, или газодувки и электрического нагревателя; экологическая вредность из-за использования фреона.

Целью изобретения является обеспечение экологической чистоты путем исключения использования фреона, упрощение конструкции и повышение эксплуатационной надежности и экономичности.

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 рекуперативный испаритель с патрубками входа и выхода водорода и патрубками входа и выхода испаряемой среды, при этом нагнетательная зона соединена с патрубком входа водорода, а патрубок выхода последнего с всасывающей зоной с образованием замкнутого циркуляционного контура; одновременно с этим испаритель снабжен оросительным устройством для испаряемой среды и последнее, а также патрубок входа испаряемой среды подключены к жидкостной полости конденсатора; причем установка снабжена вихревым, противоточным эжектором, активное сопло которого соединено с отбором турбины, смешивающее сопло с паровым объемом, конденсатора, патрубок выхода испаряемой среды выполнен в виде пассивного сопла эжектора, а теплообменная поверхность испарителя снабжена фитилями из капиллярно-пористого материала.

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, рекуперативный испаритель 7 с патрубками 8 и 9 входа и выхода водорода и патрубками 10 и 11 входа и выхода испаряемой среды; испаритель 7 снабжен оросительным устройством 12 для испаряемой среды, которое, как и патрубок 10 входа испаряемой среды, подключено к жидкостной полости 13 конденсатора 3; установка снабжена также вихревым противоточным эжектором 14, активное сопло 15 которого соединено с отбором 16 турбины 2, смешивающее сопло 17 соединено с паровым объемом 18 конденсатора 3, а патрубок 11 выхода испаряемой среды из испарителя 7 выполнен в виде пассивного сопла эжектора 14; теплообменная поверхность 19 испарителя 7 снабжена фитилями 20 из капиллярно-пористого материала.

Установка работает следующим образом. Влажный водород с влагосодержанием d 0,15 кг/кг.сух.газа и температурой 313К подается из генератора 1 вентилятором 4 из нагнетательной зоны 6 к патрубку 8 входа водорода в испаритель 7, где циркулируя внутри трубок, являющихся теплообменной поверхностью 19, охлаждается благодаря фазовому переходу испаряемой среды в фитилях 20 из капиллярно-пористого материала, расположенных снаружи теплообменной поверхности 19, концы же фитилей спущены в жидкостную ванну 21 испарителя 7. В результате охлаждения водорода водяные пары, бывшие в нем, конденсируются, и после выхода водорода из патрубка 9 сконденсировавшаяся влага удаляется через конденсатоотводчик 22, а осушенный водород поступает во всасывающую зону 5 вентилятора 4. Испаряемая среда конденсат из конденсатора 3 паровой турбины 2, поступающий из жидкостной полости 13 упомянутого конденсатора 3 к оросительному устройству 12 и к патрубку 10 входа испаряемой среды в испаритель 7. Для получения температуры водорода на выходе из патрубка 9 испарителя 7 порядка 278К, что соответствует влагосодержание 0,032 кг/кг сух. газа при давлении 0,25 МПа, необходимо создать в испарителе 7 абсолютное давление 830 Па. Этот вакуум создается в испарителе 7 вихревым противоточным эжектором 14, активное сопло 15 которого соединено с отбором 16 пара из турбины 2. Из отбора 16 отбирается порядка 20 кг/ч пара с абсолютным давлением (0,5-0,7) МПа. Отбор такого количества пара (при общем расходе пара через турбину в сотни тонн в час) с указанным давлением (т.е. практически весь перепад давления сработан в турбине 2) не скажется на производительности турбины 2, а следовательно, и генератора 1.

Выход паров испаряемой среды из испарителя 7 осуществляется через патрубок 11, выполненный в виде пассивного сопла эжектора 14. Сброс смеси паров (активного и пассивного потоков) из эжектора 14 через смешивающее сопло 17 производится в паровой объем 18 конденсатора 3 в зону пассивного сопла основного эжектора конденсатора 3. Для снижения температуры конденсата, поступающего из конденсатора 3 турбины 2 в испаритель 7, он подается в оросительное устройство 12. Адиабатное испарение части конденсата с поверхности струи благодаря вакуумированию испарителя 7 вихревым противоточным эжектором 14 и приводит к снижению температуры конденсата. Охлажденный таким образом конденсат стекает в жидкостную ванну 21 испарителя 7, частично смачивая фитили 20, расположенные снаружи теплообменной поверхности 19.

Использование конденсата в качестве хладагента в испарителе 7 позволяет продлить межремонтный период его работы.

Отсутствие в установке хладагентов типа фреонов или аммиака делает ее экологически чистой.

Использование минимального расхода пара из одного из последних отборов турбины 2 в качестве активной среды в эжекторе 14 делает установку высокоэкономичной по сравнению с установками, использующими холодильные машины с электроприводом.

Надежность установки в ее простоте, отсутствии движущихся механизмов и контактов водорода с воздухом.

Снижены эксплуатационные расходы ввиду отсутствия необходимости регенерации адсорберов и обслуживания холодильной машины.

Установка, разработанная по данному изобретению находится в стадии изготовления. Никаких конструктивных и технологических трудностей для осуществления изобретения не имеется, т.к. отдельные узлы установки опробированы.

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

Формула изобретения

1. 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 рекуперативный испаритель с патрубками входа и выхода водорода и патрубками входа и выхода испаряемой среды, при этом нагнетательная зона соединена с патрубком входа водорода, а патрубок выхода последнего с всасывающей зоной с образованием замкнутого циркуляционного контура, отличающаяся тем, что она снабжена оросительным блоком, который установлен в испарителе, и вихревым противоточным эжектором, активное сопло которого соединено с зоной отбора турбины, смешивающее сопло с паровым объемом конденсатора, а пассивное сопло выполнено в виде патрубка выхода испаряемой среды и патрубок входа испаряемой среды и оросительный блок подключены к жидкостной полости конденсатора.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменная поверхность испарителя снабжена фитилями из капиллярно-пористого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1