Tytuł pozycji:
A novel concept of H2/O2 steam generator
This paper presents an idea of hydrogen utilization to steam generation to drive a turbine and produce electricity or to supply a condenser as an element of a heating system. Electrolysis process is considered as a source of hydrogen as well as oxygen. Hydrogen combustion with a stoichiometric ratio of pure oxygen produces steam at very high temperature. Steam temperature can be controlled by mixing the generated steam with liquid water injected into the steam generator. The details of the prototype H2/O2 steam generator are presented. The concept of the test stand – consisting of the electrolysis unit, H2/O2 steam generator and steam condenser, is described.
Wobec faktu wyczerpywania się zasobów kopalnych nośników energii oraz dążenia do minimalizacji emisji CO2 (gospodarka zeroemisyjna), koniecznym staje się opracowanie koncepcji oraz konstrukcji technicznych, bazujących na OZE oraz innych, niekonwencjonalnych nośnikach energii. Perspektywicznym substytutem konwencjonalnych paliw kopalnych jest wodór, coraz powszechniej stosowany w energetyce oraz w układach typu Power2Gas. Znane są rozwiązania techniczne wykorzystania wodoru w ogniwach paliwowych, których przeznaczeniem jest generowanie energii elektrycznej. Innymi, znanymi rozwiązaniami są: wykorzystywanie wodoru do współspalania paliw konwencjonalnych w silnikach spalinowych czy palnikach przeznaczonych dla paliw płynnych, przegrzewaczach pary wodnej czy w parowych obiegach turbinowych. Wodór może być wytwarzany przy użyciu wielu technologii. Metodą perspektywiczną wydaje się proces elektrolizy wody, w którym źródłem energii elektrycznej są OZE. W koncepcji Power2Gas wytwarzanie wodoru na drodze elektrolizy jest szczególnie atrakcyjne ze względu na fluktuacje zapotrzebowania na energię elektryczną. W przypadku braku zapotrzebowania na energię elektryczną wytwarzaną przez turbiny wiatrowe czy systemy fotowoltaiczne nie zachodzi konieczność wyłączania tych układów z sieci, tylko przekierowanie wytwarzanej energii do zasilania elektrolizerów. Wytworzone w wyniku elektrolizy wodór oraz tlen mogą zostać zmagazynowane w zbiornikach ciśnieniowych i zużywane według potrzeb zdefiniowanych przez konstrukcję odbiorników sieci Power2Gas, np. silniki wewnętrznego spalania czy przegrzewacze pary. Prototypowa, wodorowa wytwornica pary składa się z elektrolizera oraz właściwej wytwornicy pary. Elektrolizer ma na celu symulację sieci Power2Gas, zaś wytwornica pary służy do produkcji pary w wyniku spalania mieszaniny wodoru i tlenu. Wodorowa wytwornica pary jest więc węzłem cieplnym, do którego podłączone są odbiorniki ciepła w celu jego utylizacji. Ponieważ w prototypowej instalacji zastosowano elektrolizer bezprzeponowy, do wytwornicy pary doprowadzana jest mieszanina wodoru oraz tlenu i nie ma potrzeby stosowania dodatkowego utleniacza, np. w postaci powietrza atmosferycznego. Tak więc jedynym produktem spalania jest para wodna, która wraz z wtryskiwaną do wytwornicy pary mgłą wodną krąży w zamkniętym obiegu pierwotnym wytwornicy pary przez wymiennik ciepła, zawór odwadniający, zbiornik kondensatu oraz pompę wody, dostarczającą wodę ze zbiornika kondensatu do dysz mgłowych, zainstalowanych w wytwornicy pary. Takie rozwiązanie techniczne wyklucza więc emisję CO2, NOx, SOx. Wytwarzanie pary wodnej jako nośnika ciepła odbywa się dzięki wtryskowi mgły wodnej do komory spalania wodoru oraz tlenu. Strumienie wytworzonej pary wodnej z mgły wodnej oraz pary powstałej wskutek spalania mieszaniny wodorowotlenowej, mieszają się ze sobą i razem stanowią nośnik ciepła, który jest dostarczany do wymiennika ciepła. Stopień suchości wytwarzanej pary wodnej jest zależny od temperatury spalania mieszaniny wodorowo-tlenowej oraz od strumienia masowego dostarczanej wody przez dysze mgłowe do wytwornicy pary. Regulacja strumienia masy wody odbywa się przez załączanie (lub wyłączanie) z pracy poszczególnych dysz mgłowych oraz zmianę ciśnienia wody na rozdzielaczu doprowadzającym wodę do dysz mgłowych.
Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).
