Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

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

Экспериментальная оценка доли непрореагировавшего водорода при сжигании в среде кислорода

https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.07-18.68-79

Полный текст:

Аннотация

Использование водорода как энергоносителя в энергетике связано с возможностью повышения эффективности генерирующих мощностей, в частности АЭС, за счет перегрева рабочего тела паротурбинного цикла. При этом полученный от сжигания водорода с кислородом высокотемпературный пар смешивается с паром паротурбинного цикла АЭС. В этой связи в статье, с учетом работ других авторов, выполнен широкий круг исследований по повышению эффективности и конкурентоспособности АЭС благодаря паро-водородному перегреву рабочего тела паротурбинного цикла в условиях получения водорода электролизом воды за счет дешевой ночной электроэнергии от АЭС. При этом важную роль играют вопросы эффективного сжигания водорода с кислородом. Впервые исследуется состав получаемого пара без смешения с охлаждающим компонентом. Представлены экспериментальные данные по изучению доли непрореагировавшего водорода при его сжигании с кислородом без смешения получаемого пара с охлаждающим компонентом – паром или водой. Приведена схема экспериментальной установки, разработанной совместно с ОИВТ РАН, позволяющая производить отбор пара на химический анализ посредством хроматографа. Приведены результаты экспериментальных измерений основных параметров процесса сжигания водорода в кислороде при стехиометрическом расходе водорода и кислорода, а также при избытке кислорода, равном 2. Расчетно-теоретическим путем определена температура получаемого пара по длине жаровой трубы экспериментальной установки, в том числе в точке зажигания. За счет химического анализа пара определена доля непрореагировавшего водорода на начальном этапе горения водорода. Показано влияние избытка окислителя на начальное и конечное содержание непрореагировавшего водорода в паре. Представлена методика определения времени движения пара внутри жаровой трубы экспериментальной установки.

Об авторах

Р. З. Аминов
ФГБУН Саратовский научный центр РАН, Отдел энергетических проблем СНЦ РАН
Россия

Рашид Зарифович Аминов,  д-р техн. наук, главный научный сотрудник

Scopus Author ID: 7006689108

Research ID: O-3305-2014 

офис № 13, д. 77, ул. Политехническая, Саратов, 410054, Россия 



А. И. Счастливцев
ФГБУН Объединенный институт высоких температур РАН

Алексей Иванович  Счастливцев, канд. техн. наук, старший научный сотрудник

Scopus Author ID: 35224451800 

стр. 2, д. 13, ул. Ижорская, Москва, 125412, Россия 



А. Н. Байрамов
ФГБУН Саратовский научный центр РАН, Отдел энергетических проблем СНЦ РАН

Артем Николаевич Байрамов, канд. техн. наук, старший научный сотрудник

Scopus Author ID: 35224451800 

офис № 13, д. 77, ул. Политехническая, Саратов, 410054, Россия  



Список литературы

1. Митрова Т., Водородная экономика – путь к низкоуглеродному развитию / Т. Митрова, Ю. Мельников, Д. Чугунов. – Сколково (Московская школа управления), 2019. – 62 с.

2. Везироглу, Т.Н. Энергетическая система на основе термоядерного синтеза водорода / Т.Н. Везироглу // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2017. – № 16–18. – С. 16–29.

3. Новотны, Я. На пути к устойчивой энергетике: использование атомной энергии для производства водорода / Я. Новотны [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2017. – № 22–24. – С. 63–82.

4. , Д.О’М. Оценка стоимости водорода как носителя ветровой и солнечной энергии / О’М. Бокрис, Т. Н. Везироглу // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2018. – № 10–12. – С. 34–42

5. Скотт, Д.С. Почему водород? Потому что без водорода мы не сможем избежать климатической катастрофы / Д.С. Скотт // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2018. – № 19–21. – С. 34–39.

6. Везироглу, Т.Н. Энергетика XXI века: водородная энергетическая система / Т.Н. Везироглу, С. Шахин // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2019. – №4–6. – С. 14–27.

7. Жизнин, С.З. Экономические аспекты развития ядерно-водородной энергетики в мире и в России / С.З. Жизнин, В.М. Тимохов // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2020. – № 1–6. – С. 40–59.

8. Аминов Р.З. Комбинирование водородных энергетических циклов с атомными электростанциями / Р.З. Аминов, А.Н. Байрамов. – М.: Наука, 2016. – 254 с.

9. Аминов, Р.З. Комбинирование АЭС с многофункциональными энергетическими установками / Р.З. Аминов, В.Е. Юрин, А.Н. Егоров. – М.: Наука, 2018. – 238 с.

10. Aminov, R.Z. Hydrogen oxygen steam generator for a closed hydrogen combustion cycle / R.Z. Aminov, A.N. Egorov // International Journal of Hydrogen Energy. – 2019. – Vol. 44. – No. 21. — P. 11161–11167.

11. Аминов, Р.З. Оценка системной эффективности водородного комплекса на основе замкнутого водородного цикла наАЭС / Р.З. Аминов, А.Н. Байрамов // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2019. – № 22–27. – С. 42–52.

12. Aminov, R.Z. Estimating the system efficiency of the multifunctional hydrogen complex at nuclear power plant / R.Z. Aminov, A.N. Bairamov, M.V. Garievskii // International journal of hydrogen energy.– 2020. – Vol. 45. – P. 14614–14624.

13. Bairamov, A.N. Life cycle assessment of hydrogen energy facility by criterion for maximum load frequency / A.N. Bairamov // International journal of hydrogen energy. – 2019. – Vol. 44. – P. 5696–5703.

14. Аминов, Р. З. Эффективность сжигания водорода с избытком окислителя в замкнутом водородном цикле на АЭС / Р.З. Аминов, А.Н. Егоров // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2019. – № 22–27. – С. 53–63.

15. Locatelli, G. Load following of Small Modular Reactors (SMR) by cogeneration of hydrogen: A technoeconomic analysis / G. Locatelli [et al.] // Energy. – 2018. – Vol. 148. – C. 494–505.

16. Locatelli G. Cogeneration: An option to facilitate load following in Small Modular Reactors / G. Locatelli [et al.] // Progress in Nuclear Energy. – 2017. – Vol. 97. – P. 153–161.

17. Шапиро, В.И. Повышение маневренности ПГУ при использовании водородно-кислородных парогенераторов / В.И. Шапиро, С.П. Малышенко, Б.Ф. Реутов // Теплоэнергетика. – 2011. – № 9. – С. 35–40.

18. Пат. 2427048 РФ, МПК7 F 22B 1/26, G 21D5/16, F 01K3/18. Система сжигания водорода для паро-водородного перегрева свежего пара в цикле атомной электрической станции / Аминов Р.З, Байрамов А.Н.; заявители и патентообладатели Аминов Р.З, Байрамов А.Н. – № 2009117039/06; заявл. 04.05.2009; опубл. 20.08.2011, Бюл. № 23. – 8 с.: ил.

19. Пат. 2488903 РФ,МПК7G21D5/16 (2006.01). Система сжигания водорода в цикле АЭС с регулированием температуры водород-кислородного пара / Аминов Р.З., Байрамов А.Н., Юрин В.Е.; заявители и патентообладатели Аминов Р.З., Байрамов А.Н., Юрин В.Е. – № 2012118303/07; заявл. 03.05.12 ;опубл. 27.07.13, Бюл. № 21. – 17 с.: ил.

20. Пат. 2459293 РФ, МПК7, G 21D1/00. Турбинная установка атомной электростанции (варианты) / Аминов Р.З, Байрамов А.Н., Егоров А.Н.; заявители и патентообладатели Аминов Р.З, Байрамов А.Н., Егоров А.Н. – № 2011123255/07; заявл. 08.06.2011; опубл. 20.08.2012, Бюл. № 23. – 10 с.: ил.

21. Haidn, O.J. Improved combustion efficiency of a H2/O2 steam generator for spinning reserve application / O.. Haidn, [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 1998. – Vol. 23. – Iss. 6. – Р. 491–497.

22. Малышенко С.П. Эффективность генерации пара в водородно-кислородных парогенераторах мегаваттного класса мощности / С.П. Малышенко [и др.] // Теплофизика высоких температур. – 2012. – T. 50. – № 6. – С. 820–829.

23. Aminov, R.Z. On the issue of investigating the kinetics of processes in dissociated water steam / R.Z. Aminov, A.I. Schastlivtsev, A.N. Bairamov // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Vol. 42. – No. 32. – P. 20843–20848.

24. Schastlivtsev, A. Experimental study of the processes in hydrogen-oxygen gas generator / A. Schastlivtsev, D. Dunikov, V. Borzenko // International Journal of Hydrogen Energy. – 2019. – Vol. 44. – No. 18. – P. 9450–9455.

25. Schastlivtsev, A.I. Hydrogen-oxygen steam generator applications for increasing the efficiency, maneuverability and reliability of power production / A.I. Schastlivtsev, V.I. Borzenko // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 891. – No. 1. – P. 012213.

26. Stathopoulos, P. Steam generation with stoichiometric combustion of H2/O2 as a way to simultaneously provide primary control reserve and energy storage / P. Stathopoulos, T. Sleem, O. Paschereit. – 2017. – Vol. 205. – P. 692–702.

27. Прибатурин, Н.А. Экспериментальное исследование процесса горения смесей водородкислородиметан-кислород в среде слабоперегретого водяного пара / Н.А. Прибатурин [и др.] // Теплоэнергетика. – 2016. – № 5. – С. 31–36.

28. Борзенко, В. И. Эффективность генерации пара в водородно-кислородном парогенераторе киловаттного класса мощности / В. И. Борзенко, А. И. Счастливцев // Теплофизика высоких температур. – 2018. – Т. 56. – Вып. 6. – С. 946–952.

29. Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик. – М.: Наука, 1972. – 720 с.


Для цитирования:


Аминов Р.З., Счастливцев А.И., Байрамов А.Н. Экспериментальная оценка доли непрореагировавшего водорода при сжигании в среде кислорода. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2020;(7-18):68-79. https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.07-18.68-79

For citation:


Aminov R.Z., Schastlivtsev A.I., Bairamov A.N. Experimental Estimate of the Unreacted Hydrogen Proportion when Burned in Oxygen. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2020;(7-18):68-79. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.07-18.68-79

Просмотров: 41


ISSN 1608-8298 (Print)