Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

НОВЫЙ ТИП ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НЕБОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ НА ОСНОВЕ ГОРЕНИЯ ВОДНОЙ СУСПЕНЗИИ АЛЮМИНИЯ И СЖИГАНИЯ БИОГАЗА В МАТРИЧНЫХ ГОРЕЛКАХ

https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.01.004

Полный текст:

Аннотация

Предложен новый тип высокоэффективных экологически чистых энергоустановок небольшой мощности на основе возобновляемых энергоносителей как органической, так и неорганической природы: биогаза и алюминия. Окисление алюминия в водной суспензии происходит в волне горения в высокотемпературном реакторе при давлениях до 100 атм и температурах 2 500 – 3 000 оС с раздельной генерацией водорода и энергетического пара. На первой стадии происходит горение водно-алюминиевой суспензии стехиометрического состава с образованием водорода и твердого каркаса из раскаленного оксида алюминия. На второй стадии после отбора водорода в реактор подается дополнительное количество воды, превращающейся при взаимодействии с раскаленным оксидом алюминия в высокопотенциальный пар. После удаления твердого оксида алюминия процесс может быть повторен. При этом удается избежать попадания мелкодисперсных частиц корунда в энергоустановку. В качестве устройства для сжигания низкокалорийного биотоплива используется объемная матричная горелка. Возможность устойчивого горения низкокалорийного биогаза в такой гибридной энергоустановке обеспечивается как особенностями горелочного устройства на основе объемной матрицы, так и подачей в него водорода, генерируемого при горении водно-алюминиевой суспензии. Таким образом, данная комбинированная энергоустановка позволяет совместить процессы горения двух различных типов возобновляемых энергоносителей в единый энергетический процесс, в котором образующийся при окислении алюминия водород поддерживает устойчивое горение в матричном горелочном устройстве низкокалорийного биогаза, обеспечивая тем самым экологически чистое производство энергии из возобновляемых энергоносителей для распределенной энергетики.

Об авторах

В. М. Шмелев
ФГБУН Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
Россия

доктор физ.-мат. наук, профессор, заведующий Лабораторией горения ФГБУН Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН



В. С. Арутюнов
ФГБУН Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
Россия
доктор химических наук, профессор, заведующий Лабораторией окисления углеводородов ФГБУН Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН;  профессор кафедры газохимии РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина; иностранный член Национальной академии наук Республики Армения


А. А. Захаров
ФГБУН Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
Россия
научный сотрудник Лаборатории окисления углеводородов ФГБУН Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН


Список литературы

1. Арутюнов В.С. Ведущие тенденции энергетики начала века: повышение эффективности использования ресурсов, энергосбережение и децентрализация // Российский химический журнал. 2008. Т. 52, №6. С. 4–10.

2. ExxonMobil: Energy demand to increase 50 % by 2030 // Oil & Gas J, Jan 9, 2006.

3. Фаворский О.Н. // Вестник РАН. 2007. Т. 77, №2. С. 121–132.

4. Альмяшева О.В., Корыткова Е.Н., Маслов А.В., Гусаров В.В. // Неорганические материалы. 2005. Т. 41, № 5. С. 540.

5. Мазалов Ю.А., Берш А.В., Клейменов Б.В., Низовцев В.Е.. Перспективы развития водородной энергетики на основе алюминия. М.: Информост «Радио-электроника и Телекоммуникации». 2005. № 2(38). С. 62-65.

6. Клейменов Б.В., Мазалов Ю.А., Берш А.В., Низовцев В.Е. Получение водорода при взаимодействии алюминия с водой – безотходное и экологически чистое производство. М.: Информост «Радиоэлектроника и Телекоммуникации». 2005. №3 (39). С. 58-60.

7. Digne M., Sautet P., Raybaud P., Toulhoat H., Artacho E. Structure and Stability of Aluminum Hydrox-ides: A Theoretical Study // J. Phys. Chem. B. 2002. Vol. 106. P. 5155–5162.

8. Deng Z-Y, Ferreira J.M.F., Tanaka Y., and Ye J. Physicochemical Mechanism for the Continuous Reac-tion of γ-Al2O3-Modified Aluminum Powder with Water // J. Am. Ceram. Soc. 2007. Vol. 90. P. 1521–1526.

9. McCafferty E. Sequence of steps in the pitting of aluminum by chloride ions // Corrosion Science. 2003. Vol. 45. P. 1421–1438.

10. Шмелев В.М., Финяков С.В. Особенности го-рения смесей алюминия с водой // Хим. физ. 2013. Т. 32, № 7. С. 1–11.

11. Kuehl, D. K. Ignition and combustion of aluminum and beryllium // AIAA J. 1965. Vol. 3. P. 12.

12. Беляев А.Ф., Фролов Ю.В., Коротков А.И. О горении и воспламенении частиц мелкодисперсного алюминия // ФГВ. 1968. Т. 4. С. 323–329.

13. Беляев А.Ф., Ермолаев Б.С., Коротков А.И., Фролов Ю.Б. Особенности горения порошкообразного алюминия // ФГВ. 1969. Т. 5. С. 207–217.

14. Franzoni F., Milani M., Montorsi L., Golovitchev V. Combined hydrogen production and power generation from aluminum combustion with water: Analysis of the concept // Int. J. Hydrogen En. 2010. Vol. 35. P. 1548–1559.

15. Bruno C., Ingenito A. and Cuoco F. Using pow-dered aluminum for space propulsion // University of Rome “La Sapienza”. Report, Via Eudossiana 18, 00185. Roma, Italy.

16. Шмелев В.М., Финяков С.В. Особенности горе-ния смесей алюминия с водой. Сб. трудов «Горение и взрыв». М.: Торус пресс, 2013. Вып. 6. С. 169–173.

17. Ермолаев Б.С., Храповский В.Е., Шмелев В.М. О конвективном горении смеси алюминия с водой // Химическая физика. 2014. Т. 33, № 9. С. 44–51.

18. Шмелев В.М., Николаев В.М., Арутюнов В.С. Эффективные энергосберегающие горелочные устройства на основе объемных матриц // Газохимия. 2009. № 4(8). С. 28–34.

19. Арутюнов В.С., Шмелев В.М., Лобанов И.Н., Политенкова Г.Г. Генератор синтез-газа и водорода на основе радиационной горелки // ТОХТ. 2010. Т. 44, № 1. С. 21–30.

20. Shapovalova O.V., Young Nam Chun, Arutyunov V.S., Shmelev V.M. Syngas and hydrogen production from biogas in 3D matrix reformers // Int. J. Hydr. Energy. 2012. Vol. 37. No. 19. P. 14040–14046.

21. Arutyunov V.S., Shmelev V.M., Sinev M.Yu., Shapovalova O.V. Syngas and hydrogen production in a volumetric radiation burners // Chem. Eng. J. 2011. Vol. 176–177. P. 291–294.

22. Арутюнов В.С., Шмелев В.М., Рахметов А.Н., Шаповалова О.В., Захаров А.А., Рощин А.В. Новые подходы к созданию низкоэмиссионных камер сго-рания ГТУ // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2013. № 06 (128). С. 105–120.

23. Рахметов А.Н., Шмелев В.М., Арутюнов В.С. Низкоэмиссионные камеры сгорания ГТУ на основе проницаемых объемных матриц // Горение и плазмохимия. 2013. Т. 11, № 2. С. 83–91.

24. Шмелев В. М. Горение природного газа на поверхности из высокопористой металлической пены // Химическая физика. 2010. Т. 29, № 7. С. 1–10.

25. Трошин К.Я., Борисов А.А., Рахметов А.Н., Арутюнов В.С., Политенкова Г.Г. Скорость горения метан-водородных смесей при повышенных давлениях и температурах // Химическая физика. 2013. Т. 32, № 5. С. 76–87.


Для цитирования:


Шмелев В.М., Арутюнов В.С., Захаров А.А. НОВЫЙ ТИП ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НЕБОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ НА ОСНОВЕ ГОРЕНИЯ ВОДНОЙ СУСПЕНЗИИ АЛЮМИНИЯ И СЖИГАНИЯ БИОГАЗА В МАТРИЧНЫХ ГОРЕЛКАХ. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2015;(1):45-61. https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.01.004

For citation:


Shmelev V.M., Arutyunov V.S., Zakharov A.A. NEW TYPE OF ECOLOGICALLY CLEAN SMALL-SCALE POWER PLANTS BASED ON FAST COMBUSTION OF WATER-ALUMINUM SUSPENSION AND BIOGAS COMBUSTION IN MATRIX BURNERS. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2015;(1):45-61. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.01.004

Просмотров: 201


ISSN 1608-8298 (Print)