Термодинамічний цикл комбінованої воднево-паротурбінної установки

Abstract

На зміну вуглецевій енергетиці, що суттєво біо- і тепло- забруднює атмосферу Землі, йде екологічно чиста воднева енергетика. Тому будь-які зусилля, спрямовані на прискорене просування водневої енергетики в практику, актуальні й виправдані. В даній роботі розглядається один з можливих варіантів використання водню у якості палива комбінованої воднево-паротурбінної установки (КВПТУ) з ізохорним процесом його окиснення в повітрі камери згоряння. В установці також використовується гідродинамічний спосіб перетворення води в насичену пару та ізохорний процес її перегріву за рахунок теплоти згоряння водню. У циклі реалізовані ізохорні процеси згоряння водню у повітрі і перегрів насиченої пари, що утворюється з води, яка дроселюється на поверхню камери згоряння водню. Це зменшує кількість теплоти, яка затрачується для досягнення максимальних заданих значень температур та тисків води і водню наприкінці відповідних процесів. Для ілюстрації можливості та ефективності пропонуємого способу перетворення теплоти згоряння водню в повітрі в роботі виконані теплові розрахунки зразкових «ідеалізованих» термодинамічних циклів двох варіантів установки: в першому варіанті паро-азотна суміш розширюється до атмосферного тиску, у другому – нижче атмосферного тиску. Гідродинамічний спосіб перетворення малої кількості води в насичену пару виключає втрати теплоти, які властиві класичному паровому котлу і необхідні для введення його в робочий режим. Крім того, виключаються втрати теплоти в навколишнє середовище як з викидними газами, так і від неповноти згоряння палива. Це забезпечує значення термічного ККД ηt такої комбінованої воднево-паротурбінної установки рівним 0,4818. При секундній витраті водню МH2 = 90 г/с, теоретична потужність NT такої установки складає 6064 кВт, а питома витрата bТ водню становить 0,05337 кг/(кВт∙год)