Расчёт объемов реконструкции распространенных типоразмеров водогрейных котлоагрегатов при переходе на метано-водородную смесь

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.

1. Lambert M. Power-to-Gas: Linking Electricity and Gas in a Decarbonising World? // Oxford Energy Insight: 39. Oxford, 2018. p. 17.

2. 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.

3. Раменский А.Ю. Водород в качестве топлива: Предмет и цели стандартизации // Международный Научный Журнал Альтернативная Энергетика И Экология. 2015. № 1 (165). С. 33–44.

4. Слесарев Д.Ю. Сжигание водорода в горелках инфракрасного изулчения светлого типа // Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 536–541.

5. Егоров А.Н. Исследование параметров водород-кислородного парогенератора с охлаждаемой камерой сгорания // ТРУДЫ АКАДЕМЭНЕРГО. 2017. № 4. С. 16–23.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Пак Ю.С. и др. Низкотемпературный каталитический конвектор водорода в воу с прямым контактом реакционной смеси с теплоносителем // ICHMS. 2009. С. 996–997.

18. 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.