alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2023.06.157-173alternative-2285Research ArticleXV. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ. 35. Энергосберегающие технологии, системы, материалы и приборыXV. ENERGY SAVING. 35. Energy-Saving Technologies, Systems, Materials, and InstrumentsРасчёт объемов реконструкции распространенных типоразмеров водогрейных котлоагрегатов при переходе на метано-водородную смесьCalculation of reconstruction volumes of common standard sizes of hot-water boilers during the transition to a methane-hydrogen fuelФедюхинА. В.FedyukhinA. V.

Федюхин Александр Валерьевич - к.т.н., доцент, кафедра Промышленных теплоэнергетических систем

111250, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Лефортово ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1. +7 495 362-75-60

Fedyukhin Alexander Valeryevich - PhD, associate professor, Department of Industrial Thermal Engineering

111250, Moscow, ext. ter. Lefortovo municipal district, st. Krasnokazarmennaya, 14, building 1

FedyukhinAV@yandex.ruСёминД. В.SeminD. V.

Сёмин Даниил Владимирович - аспирант, инженер-исследователь, кафедра ПТС

111250, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Лефортово ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1. +7 495 362-75-60

Semin Daniil Vladimirovich - postgraduate student, research engineer, Department of Industrial Thermal Engineering

111250, Moscow, ext. ter. Lefortovo municipal district, st. Krasnokazarmennaya, 14, building 1

ДроновС. А.DronovS. A.

Дронов Станислав Анатольевич - аспирант, инженер-исследователь, кафедра ПТС

111250, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Лефортово ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1. +7 495 362-75-60

Dronov Stanislav Anatol`evich - postgraduate student, research engineer, Department of Industrial Thermal Engineering

111250, Moscow, ext. ter. Lefortovo municipal district, st. Krasnokazarmennaya, 14, building 1

ГусенкоА. Г.GusenkoA. G.

Гусенко Алексей Геннадьевич - студент, инженер, кафедра ПТС

111250, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Лефортово ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1. +7 495 362-75-60

Gusenko Aleksey Gennad’evich - student, engineer, Department of Industrial Thermal Engineering

111250, Moscow, ext. ter. Lefortovo municipal district, st. Krasnokazarmennaya, 14, building 1

КарасевичВ. А.KarasevichV. A.

Карасевич Владислав Александрович - к.т.н., научный руководитель, доцент базовой кафедры ВИЭ РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина; научный сотрудник НТЦ автономной энергетики МФТИ

140105, Московская область, г. Раменское Чугунова ул., д. 41, кв. 164. +7(915) 194-68-75

Karasevich Vladislav Aleksandrovich - PhD, Scientific Director, associated professor, Renewable Energy Department, Gubkin State Oil & Gas University; Research er, Autonomy Energy Center, MIPT. Of MIPT

140105, Moscow region, Ramenskoye, Chugunova st., 41, apt. 164 

ПоверновМ. С.PovernovM. S.

Повернов Михаил Сергеевич - технический директор, ведущий специалист НТЦ автономной энергетики МФТИ

140105, Московская область, г. Раменское Чугунова ул., д. 41, кв. 164. +7(915) 194-68-75

Povernov Mikhail Sergeevich – Technical Director, Senior specialist, Autonomy Energy Center, MIPT

140105, Moscow region, Ramenskoye, Chugunova st., 41, apt. 164 

НИУ МЭИРоссияNRU MPEI (National Research University MPEI)Russian FederationООО «Дельта П»РоссияDelta P LimitedRussian Federation20232401202406157173Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20232023Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2285

Проводимым исследованием предусматривается разработка общих технических решений для создания метано-водородного водогрейного котлоагрегата. Преимуществами данного источника тепловой энергии перед аналогичными агрегатами является снижение удельных выбросов углекислого газа на единицу производимой тепловой энергии, что является актуальным для декарбонизации российской теплоэнергетической отрасли. В рамках работы была создана математическая модель смешанного теплового расчета водогрейного котлоагрегата (поверочный для топки и конструктивный для конвективной части) на языке программирования Python. Расчет в модели проводится на основании нормативного метода. Реализована возможность расчёта по переводу на другой состав газа наиболее популярных типоразмеров водогрейных котлов: КВГМ-10, КВГМ-20, КВГМ-30, КВГМ-50, КВГМ-100, КВГМ-180, ПТВМ-30, ПТВМ-50, ПТВМ-100 и ПТВМ-180. Результатом расчёта реконструкции конвективной части является необходимая площадь тепловоспринимающей поверхности, что позволяет оценить объёмы реконструкции. В работе выполнен анализ объёма реконструкции горелочных устройств РГМГ-10, РГМГ-20 и РГМГ-30 при переходе на метано-водородную смесь.

The ongoing research provides for the development of general technical solutions for the creation of a methanehydrogen water-heating boiler unit. The advantages of this source of thermal energy over similar units is the reduction in specific carbon dioxide emissions per unit of thermal energy produced, which is relevant for the decarbonization of the Russian heat and power industry. As part of the work, a mathematical model was created for the mixed thermal calculation of a hot water boiler unit (calibration for the furnace and constructive for the convective part) in the Python programming language. The calculation in the model is carried out based on the normative method. Implemented the ability to calculate the conversion of the most popular standard sizes of hot water boilers to another gas composition: KVGM-10, KVGM-20, KVGM-30, KVGM-50, KVGM-100, KVGM-180, PTVM-30, PTVM-50, PTVM-100 and PTVM-180. The result of the calculation of the reconstruction of the convective part is the required area of the heat-receiving surface, which makes it possible to estimate the volume of reconstruction. The paper analyzes the volume of reconstruction of burners RGMG-10, RGMG-20 and RGMG-30 when switching to a methane-hydrogen mixture.

декарбонизацияметано-водородная смесьводогрейный котелтеплоэнергетикагорениеdecarbonizationmethane-hydrogen mixturehot water boilerthermal power engineeringcombustionРабота выполнена в рамках проекта «Разработка научных основ проектирования метановодородных конденсационных водогрейных котлоагрегатов» при поддержке гранта НИУ «МЭИ» на реализацию программы научных исследований «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2022 – 2024 гг.ReferencesLambert M. Power-to-Gas: Linking Electricity and Gas in a Decarbonising World? // Oxford Energy Insight: 39. Oxford, 2018. p. 17.Lambert M. Power-to-Gas: Linking Electricity and Gas in a Decarbonising World? // Oxford Energy Insight: 39. Oxford, 2018. p. 17.Алфаяад А.Г.Х. Возможность применения водорода как топлива для будущей работы газовой турбины // МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ ПРИКЛАДНЫХ И ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. 2022. № 4. С. 18–24.Alfayaad A.G.KH. Vozmozhnost' primeneniya vodoroda kak topliva dlya budushchei raboty gazovoi turbiny // MEZHDUNARODNYI ZHURNAL PRIKLADNYKH I FUNDAMENTAL'NYKH ISSLEDOVANII. 2022. № 4. S. 18–24.Раменский А.Ю. Водород в качестве топлива: Предмет и цели стандартизации // Международный Научный Журнал Альтернативная Энергетика И Экология. 2015. № 1 (165). С. 33–44.Ramenskii A.YU. Vodorod v kachestve topliva: Predmet i tseli standartizatsii // Mezhdunarodnyi Nauchnyi Zhurnal Al'ternativnaya Ehnergetika I Ehkologiya. 2015. № 1 (165). S. 33–44.Слесарев Д.Ю. Сжигание водорода в горелках инфракрасного изулчения светлого типа // Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 536–541.Slesarev D.YU. Szhiganie vodoroda v gorelkakh infrakrasnogo izulcheniya svetlogo tipa // Vestnik MGSU. 2011. № 7. S. 536–541.Егоров А.Н. Исследование параметров водород-кислородного парогенератора с охлаждаемой камерой сгорания // ТРУДЫ АКАДЕМЭНЕРГО. 2017. № 4. С. 16–23.Egorov A.N. Issledovanie parametrov vodorodkislorodnogo parogeneratora s okhlazhdaemoi kameroi sgoraniya // TRUDY AKADEMEHNERGO. 2017. № 4. S. 16–23.Аминов Р.З., Счастливцев А.И., Байрамов А.Н. Экспериментальная оценка состава генерируемого пара при сжигании водорода в кислороде // Теплофизика Высоких Температур. 2020. Т. 58, № 3. С. 437–444.Aminov R.Z., Schastlivtsev A.I., Bairamov A.N. Ehksperimental'naya otsenka sostava generiruemogo para pri szhiganii vodoroda v kislorode // Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2020. T. 58, № 3. S. 437–444.Jou C. и др. Enhancing the performance of a high-pressure cogeneration boiler with waste hydrogenrich fuel // Int. J. Hydrog. Energy. 2008. Vol. 33, no. 20. pp. 5806–5810.Jou C. i dr. Enhancing the performance of a high-pressure cogeneration boiler with waste hydrogenrich fuel // Int. J. Hydrog. Energy. 2008. Vol. 33, no. 20. pp. 5806–5810.Таймаров М.А., Лавирко Ю.В. Оценка интенсивности химических реакций образования оксидов азота при сжигании метано-водородных смесей различного состава // ВЕСТНИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. 2018. Т. 21, № 7. С. 58– 61.Taimarov M.A., Lavirko YU.V. Otsenka intensivnosti khimicheskikh reaktsii obrazovaniya oksidov azota pri szhiganii metano-vodorodnykh smesei razlichnogo sostava // VESTNIK TEKHNOLOGICHESKOGO UNIVERSITETA. 2018. T. 21, № 7. S. 58–61.Büyükakın M.K., Öztuna S. Numerical investigation on hydrogen-enriched methane combustion in a domestic backpressure boiler and non-premixed burner system from flame structure and pollutants aspect // Int. J. Hydrog. Energy. 2020. Vol. 45, no. 60. pp. 35246– 35256.Büyükakın M.K., Öztuna S. Numerical investigation on hydrogen-enriched methane combustion in adomestic backpressure boiler and non-premixed burner system from flame structure and pollutants aspect // Int. J. Hydrog. Energy. 2020. Vol. 45, no. 60. pp. 35246– 35256.Hoelzner K., Szyszka A. Operation of 20 kWth gas-fired heating boilers with hydrogen, natural gas and hydrogen/natural gas mixtures. First test results from phase 1 (March 1993) of the Neunburg vorm Wald solar hydrogen project // Int. J. Hydrog. Energy. 1994. Vol. 19, no. 10. pp. 843–851.Hoelzner K., Szyszka A. Operation of 20 kWth gas-fired heating boilers with hydrogen, natural gas and hydrogen/natural gas mixtures. First test results from phase 1 (March 1993) of the Neunburg vorm Wald solar hydrogen project // Int. J. Hydrog. Energy. 1994. Vol. 19, no. 10. pp. 843–851.Boulahlib M.S., Medaerts F., Boukhalfa M.A. Experimental study of a domestic boiler using hydrogen methane blend and fuel-rich staged combustion // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. Vol. 46, no. 75. pp. 37628–37640.Boulahlib M.S., Medaerts F., Boukhalfa M.A. Experimental study of a domestic boiler using hydrogen methane blend and fuel-rich staged combustion // Int. J. Hydrog. Energy. 2021. Vol. 46, no. 75. pp. 37628– 37640.Bălănescu D.T., Homutescu V.M. Effects of hydrogen-enriched methane combustion on latent heat recovery potential and environmental impact of condensing boilers // Appl. Therm. Eng. 2021. Vol. 197. pp. 117–411.Bălănescu D.T., Homutescu V.M. Effects of hydrogen-enriched methane combustion on latent heat recovery potential and environmental impact of condensing boilers // Appl. Therm. Eng. 2021. Vol. 197. pp. 117–411.Smiyan O.D., Grigorenko G.M., Vainman A.B. Effect of hydrogen on corrosion damage of metal of the high-pressure energetic boiler drum // Int. J. Hydrog. Energy. 2002. Vol. 27, no. 7–8. pp. 801–812.Smiyan O.D., Grigorenko G.M., Vainman A.B. Effect of hydrogen on corrosion damage of metal of the high-pressure energetic boiler drum // Int. J. Hydrog. Energy. 2002. Vol. 27, no. 7–8. pp. 801–812.Тант З., Шкуренок Д.Ю., Сахаровский Ю.А. Низкотемпературное окисление водорода на гидрофобных платиновых и палладиевых катализаторах в пилотном реакторе // УСПЕХИ В ХИМИИ И ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ. 2009. Т. 23, № 8 (101). С. 61–66.Tant Z., Shkurenok D.YU., Sakharovskii YU.A. Nizkotemperaturnoe okislenie vodoroda na gidrofobnykh platinovykh i palladievykh katalizatorakh v pilotnom reaktore // USPEKHI V KHIMII I KHIMICHESKOI TEKHNOLOGII. 2009. T. 23, № 8 (101). S. 61– 66.Иванова Н.А. Низкотемпературный каталитический конвертор водорода на основе гидрофобных катализаторов: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», 2020. 168 с.Ivanova N.A. Nizkotemperaturnyi kataliticheskii konvertor vodoroda na osnove gidrofobnykh katalizatorov: Dissertatsiya na soiskanie uchenoi stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk. FGBOU VO «Rossiiskii khimiko-tekhnologicheskii universitet imeni D.I. MendeleevA», 2020. 168 s.Букин А.Н. и др. Особенности глубокого каталитического окисления водорода с использованием катализатора Pt/Al2O3 применительно к процессу детритизации воздуха // Успехи В Химии И Химической Технологии. 2010. Т. 24, № 7 (112). С. 44–49.Bukin A.N. i dr. Osobennosti glubokogo kataliticheskogo okisleniya vodoroda s ispol'zovaniem katalizatora Pt/Al2O3 primenitel'no k protsessu detritizatsii vozdukha // Uspekhi V Khimii I Khimicheskoi Tekhnologii. 2010. T. 24, № 7 (112). S. 44–49.Пак Ю.С. и др. Низкотемпературный каталитический конвектор водорода в воу с прямым контактом реакционной смеси с теплоносителем // ICHMS. 2009. С. 996–997.Pak YU.S. i dr. Nizkotemperaturnyi kataliticheskii konvektor vodoroda v vou s pryamym kontaktom reaktsionnoi smesi s teplonositelem // ICHMS. 2009. S. 996–997.Иванова Н.А., Ничипорук И.А., Пак Ю.С. Низкотемпературное каталитическое окисление водорода в стехиометрической смеси с кислородом в конверторе на основе гидрофобного катализатора // Успехи В Химии И Химической Технологии. 2014. Т. 28, № 6 (155). С. 128–130.Ivanova N.A., Nichiporuk I.A., Pak YU.S. Nizkotemperaturnoe kataliticheskoe okislenie vodoroda v stekhiometricheskoi smesi s kislorodom v konvertore na osnove gidrofobnogo katalizatora // Uspekhi V Khimii I Khimicheskoi Tekhnologii. 2014. T. 28, № 6 (155). S. 128–130.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.