Использование принципов термохимической регенерации теплоты в котлоагрегатах

Михедов Николай Александрович, исполнительный директор АНО ДПО «МАСПК»,

Михедов Александр Александрович, магистрант ФГБОУ ВО СамГТУ,

Частикова Ольга Игоревна, магистрант ФГБОУ ВО СамГТУ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛОТЫ В КОТЛОАГРЕТАГАХ

В последние годы стало появляться большое количество научно-технических публикаций, в которых рассматриваются вопросы использования термохимической регенерации (ТХР) теплоты дымовых газов в различных топливопотребляющих установках. Наиболее широкое распространение получили статьи по использованию ТХР теплоты для повышения энергетической эффективности высокотемпературных теплотехнологических установок [1, 2]. Также имеются целый ряд опубликованных работ, в которых описано применение ТХР теплоты в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинных установках (ГТУ), гиперзвуковых летательных аппаратах (ГЛА) и др. Такое широкое использование принципов термохимической регенерации позволяет предположить, что ТХР можно использовать и на других энергетических установках, а именно в котлоагрегатах.

Сущность термохимической регенерации теплоты продуктов сгорания заключается в полезном использовании их физического тепла для предварительной эндотермической переработки исходного топлива, которое при этом получает больший запас химически связанной энергии в виде возросшей теплоты сгорания. В этом случае процесс трансформации химической энергии природного газа (теплоты сгорания) условно можно разделить на две стадии. Первая – это увеличение химически связанной энергии топлива в виде возросшей теплоты сгорания за счет предварительной эндотермической переработки. Вторая – сжигание конвертированного газа (синтез-газа), имеющего большую теплоту сгорания по сравнению с исходными веществами.

Нами рассмотрен способ использования термохимической регенерации теплоты за счет конверсии природного продуктами его полного сгорания в паровых котлах в конвективных хвостовых поверхностях нагрева. Как известно, температура дымовых газов на входе в конвективную шахту должна составлять от 700⁰С до 900⁰С. Данной температуры достаточно для протекания химических реакций паровой и углекислотной конверсии метана, являющимися основными в механизме термохимической регенерации.  Процесс термохимической регенерации сопровождается реакциями паровой (1) и углекислотной (2) конверсии метана, и реакцией водяного газа (3):

СН₄+ Н₂О = СО + 3Н₂ – 206,3, кДж/моль;                 (1)

СН₄+ CO₂ = 2СО + 2Н₂ – 247,6, кДж/моль;                (2)

  СО + Н₂О = CO₂ + Н₂– 41,1 кДж/моль.                     (3)

Принципиальная схема парового котла с термохимической регенерацией теплоты продуктов сгорания приведена на рис. 1.

Применение данного способа термохимической регенерации теплоты в котлоагретах, возможно, позволит получить ряд положительных эффектов (более точно можно будет узнать после построения полноценной математической модели объекта):

- снижение температуры горячего воздуха перед горением, в результате чего станет возможным использовать менее жаропрочную, легированную сталь и, как следствие, более дешевую;

- общее снижение металлоемкости конвективных поверхностей нагрева, т.к. удельная характеристика количества регенерированного тепла в единицу массы металла для термохимического реактора ниже, чем для воздухоподогревателя;

- использование в качестве топлива либо весь синтез-газ, образованный в процессе конверсии, либо только его часть в качестве топлива обеспечит более экологически чистое сжигание.

 Список литературы

1.       Пащенко Д.И. Сравнительная оценка энергетической эффективности применения термохимической регенерации теплоты дымовых газов // Промышленная энергетика. – 2010. - №11. – С. 8-10.

2.       Пащенко Д.И. Производство водорода в системах химической регенерации теплоты дымовых газов // Альтернативная энергетика и экология. – 2009. – №6. – С. 11-15.