Энергосовет - энергосбережение и энергоэффективность
в Яndex
Главная >> Библиотека технических статей >> Экономия электрической энергии >> >>

Анонсы

23.11.17 29 ноября в Москве состоится круглый стол на тему «Критерии эффективности проектов модернизации ТЭЦ» подробнее >>>

17.11.17 Заседание Рабочей группы по синхронизации отраслевого и коммунального законодательства по вопросам начислений за ресурсы и коммунальные услуги подробнее >>>

13.11.17 Шорт-лист Премии WinAwards Russia/«Оконная компания года-2017»! подробнее >>>

Все анонсы портала

Новое на портале

13.11.17 Юбилейный 50-й выпуск журнала "ЭНЕРГОСОВЕТ" посвящен конференции "Теплоснабжение-2017. Функционирование в новых условиях" подробнее >>>

07.11.17 Страна поставлена "на счётчик" // видео подробнее >>>

02.11.17 Энергоэффективный капремонт: миф или реальность? // интервью подробнее >>>

20.10.17 На заседании в Правительстве РФ обсудили энергосбережение и повышение энергетической эффективности подробнее >>>

Все новости портала

Еще по теме Экономия электрической энергии

Использование водорода в реакторах газификации твердого топлива


Шалимов Ю.Н.


 Использование водорода в энергетических установках предполагается, прежде всего, в качестве основного компонента топливных элементов. Однако современная технология производства топливных элементов является дорогостоящей и использующей в своем осуществлении применение дефицитных материалов (драгоценные металлы и специальные мембраны).

Стоимость электрической энергии выработанной с помощью топливных элементов несопоставимо выше, чем произведенной в классическом варианте энергоустановок. Несмотря на простоту процессов, протекающих на электродах в топливных элементах, практическое осуществление электрохимических реакций на электродах связано со значительными техническими трудностями, главными из которых являются:

1) неполное использование топлива (Н2) и окислителя (О2) при осуществлении процесса генерации тока;

2) наличие высоких градиентов температур и концентраций при осуществлении электрохимических процессов в пористых структурах;

3) сложность систем регулирования подачи топлива и окислителя.

Несмотря на указанные выше недостатки в настоящее время большинство стран восьмерки (США, Германия, Франция, Япония) уделяют большое внимание развитию новых технологий в совершенствовании конструкций топливных элементов.

В этом вопросе наиболее четко просматривается отставание нашей страны на фоне ведущих держав мира. Тем не менее, в вопросах теории работы топливных элементов, конструировании электродных материалов, математического моделирования процессов Россия продолжает удерживать передовые позиции.

Стоит указать на то, что первый российский лайнер с двигателями на водородном топливе осуществлял свои полеты в конце 80-х годов прошлого века. Целый ряд перспективных проектов по внедрению водородной энергетики оказался неосуществленным.

 В частности, в Воронеже планировалось осуществить переход большого количества автомобильного транспорта на водородное топливо (маршрутное такси, службы специальных перевозок).

Однако отсутствие должного внимания со стороны заинтересованных организаций и денежных средств не позволили довести до конца реализацию этого проекта. Тем не менее, на предприятиях города Воронежа водород применяется в ряде технологических процессов. В частности, на Воронежской ТЭЦ-1 водород используется для охлаждения турбогенераторов. Кроме того, водород в качестве топлива используется в двигательных установках предприятий космической отрасли.

С точки зрения использование водорода в энергетических установках, по нашему мнению, наибольшего внимания заслуживают установки генерации углеводородного топлива, использующие в качестве сырья отходы промышленного и сельскохозяйственного производства. Конечными продуктами таких генераторов может быть весь ряд углеводородов, включая и продукты, получаемые в жидкой фазе (метанол, этиловый спирт).

Характер получаемых продуктов определяется не только технологическими параметрами процесса, но и характеристиками применяемых катализаторов.

На рис. 1 представлена схема газогенераторной установки, включающей основные элементы узлов и конструкций.

Генератор контейнерного типа позволяет осуществлять загрузку и выгрузку топлива без нарушения герметизации рабочей камеры генератора за счет применения шлюзов.

Перемещение контейнеров осуществляется непрерывно со скоростью, определяемой параметрами технологического процесса. Выгрузка отработанного контейнера производится в автоматическом режиме.

Как видно из схемы, в определенных точках подвода осуществляется транспорт водорода в рабочую камеру. Количество подаваемого водорода определяется технологией гидрирования твердого топлива.



 

 Для получения водорода используется реактор электрохимического типа, питание которого может осуществляться от силовой ветроустановки, работающей по функциональной схеме, приведенной на рис. 2. В реакторе осуществляется электрохимическое разложение воды по схеме, обеспечивающей получение на катоде водорода, а на аноде кислорода. Водород является необходимым компонентом получения в газогенераторе элементов топлива.

Холодильник предназначен для конденсации (устранения) воды из газовой смеси, поступающей из реактора.

Фильтр осуществляет осушение газов от конденсированной влаги и окончательное высвобождение воды за счет адсорбции на активных элементах фильтра.

 В реакторе осуществляется электрохимическое разложение воды по схеме, обеспечивающей получение на катоде водорода, а на аноде кислорода. Водород является необходимым компонентом получения в газогенераторе элементов топлива.

Турбокомпрессор обеспечивает транспортировку газа. С его помощью в надэлектродном пространстве реактора создаётся невысокая степень разряжения (10÷ 20 мм водяного ст.), а на выходной ступени - необходимое давление для закачивания кислорода и водорода в ресиверы.

Обратный клапан не даёт возможность осуществить обратный ход газа, тем самым предохраняет выброс водорода и кислорода в реактор.



 Редуктор (редукционный клапан) преобразует высокое давление газа в низкое давление необходимого уровня.

Баллон представляет собой накопитель кислорода для длительного хранения.

Газгольдер служит для аккумулирования водорода для длительного его хранения под высоким давлением.

Аккумулирование энергии ветра путём разложения воды на кислород и водород было предложено многими исследователями, но этот вопрос недостаточно разработан.

Одна из проблем заключается в хранении водорода в большом количестве, так как существует опасность взрыва при смешивании кислорода и водорода (гремучий газ) в аварийных ситуациях, что требует создания сложных систем безопасности.

 Особенностью работы предлагаемой комплексной установки является использование основной массы получаемого в реакторе водорода для синтеза компонентов топлива в процессе газогенерации, для которых легко осуществимо сжижение и хранение.

Так как работа энергетической установки осуществляется по сложному технологическому циклу с использованием нескольких регулируемых параметров, находящихся в сложной взаимосвязи, то для управления процессом разработана система, включающая систему управления на базе интегральной схемы типа АДУКТ-812 с использованием компьютера. Функциональная схема представлена на рис. 3.



 Система управления предусматривает непрерывный контроль концентраций компонентов в рабочем объеме газогенератора с помощью измерительной системы, включающей в себя устройство отбора пробы, термостат, анализатор химического состава газа, преобразователь информации в цифровой код. В состав системы управления входят также исполнительные механизмы, регулирующие скорость подачи водорода в рабочие камеры. Использование глубокой отрицательной обратной связи исключает переход системы управления в автоколебательный режим.

Генерируемый газ может быть использован непосредственно для питания газотурбинной установки, мощность которой определяется количеством вырабатываемого газа. По нашим предварительным расчетам генератор с рабочим объемом V=30-35 м3 может обеспечить работу газотурбинной установки мощностью 3 МВт.

Горячие газы, содержащие в основном компоненты N2, CO2 и частично СО, поступают в камеру до окисления и далее используются в качестве теплоносителей в газоходах системы продувки газогенератора.

В этой системе происходит утилизация тепла для создания температурного режима в рабочей зоне газогенератора.

Таким образом, в атмосферу выходят компоненты газов, не содержащие окись углерода при относительно низкой температуре. Для более полного отбора тепла смесь газов может быть использована в бойлерной системе утилизации тепловой энергии. За счет этого КПД установки можно увеличить на 15-20 %.

 Особый интерес в водородной энергетике вызывают вопросы хранения и транспорта водорода. Так как водород при всей его притягательности как экологически чистого топлива в настоящее время применяется ограниченно из-за большой его склонности к воспламенению (взрыву), то хранение его в газообразной форме (при высоких давлениях) является небезопасным и требует соблюдения особых мер предосторожности. С другой стороны, хранение водорода в сжиженном виде требует использования сложных конструкций криостатов и в соответствии с этим больших энергетических затрат.

Одним из основных путей снижения затрат на хранение водорода может быть создание металловодородных систем. Гидриды металлов обеспечивают безопасное хранение топлива при обычных условиях. Извлечение аккумулированного топлива (водорода) осуществляется полностью при температуре накопителя ~ 200 °С.

Нами установлено, что в качестве аккумулирующих систем предпочтительно использовать металлические структуры элементов, полученных гальваническим способом.

Исследование зависимости внутреннего трения от температуры позволило определить, что целый ряд переходных металлов обладает высокой способностью накопления водорода по дефектам металлической структуры. Поэтому дальнейшие исследования этих процессов (взаимодействие металлов с водородом) является необходимым условием для создания высокоэффективных систем аккумулирования водорода как топлива.

 Для осуществления технического проекта предлагаемой установки необходимо выполнение следующих работ:

1) экспериментальные исследования процессов утилизации на лабораторной макетной установке с определением механизма протекающих реакций и состава генерируемых газов;

2) опытно-конструкторские работы по проектированию и изготовлению установок для снятия зависимостей внутреннего трения и определения содержания водорода в металлических структурах;

3) исследование работы системы измерения и регулирования технологических параметров газогенераторной установки.

По результатам проведенных исследований может быть разработан технический проект энергетической установки утилизации отходов сельскохозяйственного и промышленного производства, содержащих компоненты топлива методом термического разложения. Такая установка позволит обеспечить тепловой электрической энергией комплекс промышленного оборудования.

печатьраспечатать | скачать бесплатно Использование водорода в реакторах газификации твердого топлива, Шалимов Ю.Н., Источник: Журнал «Электротехнические комплексы и системы управления»,
www.v-itc.ru/electrotech

скачать архив архив.zip(217 кБт)


Rambler's Top100

Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
Тел.(495) 360-66-26 E-mail:
© Портал ЭнергоСовет.ru - энергосбережение, энергоэффективность, энергосберегающие технологии 2006-2017
Возрастная категория Интернет-сайта 18 +
реклама | карта сайта | о проекте | контакты | правила использования статей

Регулятор отопления для зданий для устранения перетопов подробнее