Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка технологий создания высокотемпературных водородных парогенерирующих агрегатов многоцелевого назначения тепловой мощностью от 100 кВт до 20 МВт

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6122
Организация
ОИВТ РАН
Руководитель работ
Малышенко Станислав Петрович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
18 млн
Внебюджетные средства
4,5 млн

Разработка технологий высокотемпературных водородных энергетических систем, разработка, создание и испытания экологически чистых водородных парогенерирующих агрегатов тепловой мощностью 100 кВт и 20 МВт, разработка модельной водородной высокотемпературной турбоустановки мощностью до 5 МВт, выполнение термодинамических и схемных исследований и разработка технического задания на проектирование и создание опытно-промышленной водородной парогазовой энергоустановки мощностью до 20 МВт.

Соисполнители

Организация
АО КБХА
Организация
ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ"

Этапы проекта

1
17.08.2007 - 31.10.2007
• Выполнен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документа-ции, проведены патентные исследования по технологий создания высокотемпературных водородных парогенерирующих агрегатов.
• Охранных документов, перекрывающих возможность патентования результатов, полу-ченных в ОИВТ РАН в ходе выполнения работ по проекту, не обнаружено
• Работы по тематике договора имеют перспективу получения патентоспособных решений.
• Составлен патентный отчет по теме «Технологии создания высокотемпературных водо-родных парогенерирующих агрегатов различной размерности» по ГОСТ 15.011-96.
• Разработаны перспективные схемы энергоэффективных высокотемпературных водород-ных энергетических систем и проведён их термодинамический анализ, который показал высокую эффективность циклов на их основе до 72%, позволяющую их использование на современном уровне развития паротурбинных энергоустановок.
• Исследованы рабочие процессы в парогенераторах различной размерности.
• При исследованиях рабочих процессов в экспериментальном водородо-кислородном па-рогенераторе тепловой мощностью 25 МВт (рис.1.) были получены следующие результа-ты:
- получен перегретый высокотемпературный пар (рис.2.), в результате реакции горения водорода в кислороде при соотношении компонентов близком к стехиометрическому;
- подтверждена возможность получения в данной конструкции необходимой полноты сгорания компонентов и номинальной тепловой мощности;
- подтверждена работа камеры сгорания при уменьшенной подаче воды на охлаждение с целью получения более высокой температуры пара на выходе из парогенератора;
- на огневом днище смесительной головки после исследований были обнаружены следы подгаров, что говорит о высоких тепловых потоках вблизи неё. В связи с этим для отдаления фронта пламе-ни и уменьшения тепловых потоков была разработана и изготовлена модернизированная смеси-тельная головка (рис.3.) с уменьшенными углами подачи водорода по отношения к кислороду.
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
Проведены дополнительные патентные исследования по технологиям созда-ния водородо-кислродных парогенераторов в Европе и составлен патентный отчёт по ГОСТ 15.011-96. Разработаны программы и ТЗ на испытания экспе-риментальных водородо-кислородных парогенераторов тепловой мощностью 100 кВт и 20 МВт. Проведён анализ экспериментальных данных и разработа-на программа дальнейших исследований. Проведены дополнительные иссле-дования процессов в экспериментальном парогенераторе тепловой мощно-стью 100 кВт. Разработана математическая модель процессов в камере сгора-ния водородо-кислородных парогенераторов. Разработаны и изготовлены модернизированные узлы экспериментальных водородо-кислородных паро-генераторов тепловой мощностью 100 кВт (камера смешения с изменяемым соплом на выходе) и 20 МВт (смесительная головка с четырёхплетными фор-сунками). По итогам проделанных работ составлен годовой отчёт.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
• Проведены дополнительные патентные исследования по технологиям водород-ной парогенерации в США и Японии и составлен патентный отчёт по ГОСТ 15.011-96;
• Охранных документов, перекрывающих возможность патентования результатов, полученных в ОИВТ РАН в ходе выполнения работ по проекту не обнаружено;
• Проведены исследования рабочих процессов в водородо-кислородных пароге-нераторах и разработаны методы их оптимизации
- составлена математическая модель водородо-кислородного парогенератора и проведен расчетное исследование рабочих процессов (рис.1);
- проведен анализ полученных данных и разработаны методы оптимизации конструкции водородо-кислородного парогенератора.
• Разработана автоматическая система управления технологическим процессом и обеспечения пожаровзрывобезопасности создаваемого оборудования основны-ми функциями которой являются:
- управление технологическим процессом;
- измерение, регистрация и индикация показаний датчиков;
- управление регуляторами расхода водорода и кислорода EL-FLOW по жест-ко заданной циклограмме и обратной связи;
- автоматизация процесса работы водородного парогенератора;
- обеспечение пожаровзрывобезопасности оборудования.
• Проведены испытания экспериментального водородо-кислородного парогенера-тора мощностью 20 МВт (т), основными результатами которых являются:
- проведены 6 огневых испытаний (Рис.2.) с модернизированной головкой смешения;
• Проведены испытания экспериментального водородо-кислородного парогенера-тора мощностью 100 кВт (т), основными результатами которых являются:
- Проведены 3 огневых испытания водородо-кислородного парогенератора с повышенным (2,5 МПа) давлением в камере сгорания;
- Получена температура пара 1200 К (рис.4.) при давлении 2.5 МПа в камере сгорания;
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
Краткое описание выполненных работ:
• Проведены испытания доработанной материальной части водородо-кислородных парогенераторов тепловой мощностью до 100 кВт и до 20 МВт.
• Разработаны и созданы экспериментальные образцы водородных пароге-нерирующих агрегатов многоцелевого назначения тепловой мощностью 100 кВт и 20 МВт. Изготовлены экспериментальные образцы основных узлов водородо-кислородного парогенератора тепловой мощностью 20 МВт: охлаждаемая камера испарения и смесительная головка со струйно-струйными форсунками.
• Проведены патентные исследования по теме «Термодинамические циклы и схемы высокотемпературных паровых и парогазовых энергоустановок». Охранных документов, перекрывающих результаты работ по государст-венному контракту, не обнаружено.
• Разработаны рекомендации по эффективному и безопасному использова-нию создаваемого оборудования в энергетике и энерготехнологии.
• Разработана модельная водородная турбоустановка с регулируемой на-грузкой мощностью до 5 МВт и проведены ее испытания, в результате которых показана возможность успешной интеграции водородных и па-ротурбинных энерготехнологий.
• Проведен анализ технико-экономической эффективности от внедрения высокотемпературных водородных энергетических систем.
• Проведен анализ перспективного рынка создаваемого оборудования.
• Разработано техническое задание на проектирование и создание опытно-промышленной парогазовой энергоустановки мощностью 20 МВт.
• По итогам работы подготовлен научно-технический отчет.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Разработка технологий высокотемпературных водородных энергетических систем многоцелевого назначения
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
36 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка научно-технических основ технологии водородных минипароперегревателей и создание модельного образца тепловой мощностью до 150 кВт.
Продолжительность работ
2009, 5 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
2
Тема
«Разработка опытной универсальной модульной экологически чистой водородной паротурбинной энергоустановки с механическим приводом на валу мощностью до 5 МВт»
Продолжительность работ
2011 - 2013, 31 мес.
Бюджетные средства
150 млн
Количество заявок
1
Тема
Создание модульной энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии мощностью до 10 кВт(э) с системой водородного аккумулирования энергии.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
270 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка перспективных водородных паротурбинных и парогазовых энергоустановок
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
22 млн
Количество заявок
2