ГАЗОВІ ДВИГУНИ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ В СИСТЕМАХ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПАЛИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ОБ’ЄКТІВ ВЕЛИКОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

Автор(и)

  • В.М. Бганцев Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0003-0661-1040
  • A.M. Левтеров Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0001-5308-1375

DOI:

https://doi.org/10.20998/0419-8719.2022.2.03

Ключові слова:

допоміжний ДВЗ, газова турбіна, газова суміш, монооксид вуглецю, паливний елемент, енергокомплекс, токсичність

Анотація

В запропонованій статті аналізується потенціальна можливість підвищення ефективності енергетичного комплексу з газовою турбіною та твердооксидними високотемпературними паливними елементами, до  структури якого інтегровано допоміжний поршневий газовий двигун внутрішнього згоряння. Природний газ (метан ) використовується як енергетичний носій. Предметом  дослідження є показники робочого процесу допоміжного двигуна при його роботі на сумішевому газовому паливі (монооксид вуглецю - метан) змінного складу. Дослідження проведені розрахунково-аналітичним методом з використанням спрощеної методики розрахунку робочого циклу поршневого двигуна.  Розглядається рішення декількох проблем: утилізація викидів оксиду вуглецю на виході з  паливних елементів під час їх прогрівання; забезпечення додаткового джерела електричної енергії для живлення пристроїв конверсії метану та додаткового джерела теплоти для його паро-плазмової конверсії; утилізація оксиду вуглецю та залишків неповної конверсії метану. Розрахункові дослідження показників робочого процесу допоміжного газового двигуна потужністю 100 кВт на сумішевому паливі змінного складу (оксид вуглецю - метан) показують його стабільну роботу при відповідній корекції системи регулювання  паливоподачі. Величина ефективного коефіцієнту корисної дії у всьому діапазоні змін  складу газової суміші мало змінюється (від 0,369 до 0,380). Його зростання спостерігається зі збільшенням частки метану в сумішевому паливі. Середній ефективний тиск циклу практично не змінюється, а максимальний тиск циклу при роботі двигуна  у всьому діапазоні змін у складі суміші становить на рівні 8,0 МПа. Спостерігається невелика зміна максимальної температури зі збільшенням частки метану в паливній суміші - (від 2117 К до 2048 К). Дослідження засвідчили про ефективність запропонованого способу покращення екологічних та економічних характеристик  енергетичного комплексу з паливними елементами, шляхом включення в його структуру допоміжного газового двигуна з мінімально витратною адаптацією для роботи на сумішевому паливі змінного складу.

Біографія автора

В.М. Бганцев, Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України

канд. техн. наук, старший науковий співробітник відділу водневої енергетики

Посилання

Fridman A. A. Plasma physics and engineering / A. A. Fridman, L.A. Kennedy – New York, 2004. – 853 p. DOI:10.1201/9781482293630.

Зырянова М.М. Каталитическая конверсия углеводородного сырья в топливо для энергоустановок / М.М. Зырянова, С.Д. Бадмаев, В.Д. Беляев // Катализ в нефтеперерабатывающей промышленности.– 2013. – №3. – С. 22 – 27.

Li Bino /Study on the operating parameters of the 10 kW SOFC-CHP system with syngas // Bino Li, Zewei L., Juanzhong Z., Minfang H. at. al. // International Journal of Coal Science & Technology.– 2021. – №8. –Р. 500–509. DOI: 10.1007/s40789-021-00451-3.

Choundhury A. Application of solid oxide fuel cell technology for power generation – a review / A. Choundhury, H. Chandra, A. Arora // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2013. – №20. – Р. 430 – 442. DOI:10.1016/j.rser.2012.11.031.

Афанасьев С.В. Технология получения синтез-газа паровой конверсией углеводородов / С.В. Афанасьев, О.С. Рощенко, С.П.Сергеев // Химическая техника. Межотраслевой журнал для главных специалистов предприятий.– 2016 .– №6 .– С. 30–32.

Шаравин Э.А. Генератор синтез-газа для двигателей внутреннего сгорания / Э.А. Шаравин, Е.Ю. Аристова // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология.– 2010. – № 8 (88). – С. 30–38.

Чигодаева Д.В. Плазмохимическая установка для конверсии природного газа в углерод и водород / Д.В. Чигодаева, В.П. Шиян, Н.А. Цыбенова // Вестник науки Сибири. – 2012. – №4(5) .– С.60–65.

Цанев С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций / С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов; под ред. С.В. Цанева, Уч. Пособие для вузов // М: Из-во МЭИ. – 2002. – 584с.

Sapra H. Integration of solid oxide fuel cell and internal combustion engine for maritime applications. / H. Sapra, L. van Biert, W. van Sluijs // Aplied Energy, Elsevier. – 2021. – Vol. 281, P. 110–115. DOI:10.1016/j.APENERGY.2020.115854.

Kirillov V.A. Thermochemical conversion of fuels into hydrogen-containing gas using recuperative heat of internal combustion engines / V.A. Kirillov, A.B. Shigarov, N.A Kuzin // Teoretikal Foundations of Chemical Engineering. – 2013. – Vol. 47 (5). – P. 524–537. DOI: 10.1134/S0040579513050187.

Oryyshchyn D. Fuel Utilization Effects on system Efficiency in Solid Oxide Fuel Cell Gas Turbine Hybrid Systems / D. Oryyshchyn, N. Harum, D. Tucker // Applied Energy (Elsevier). – 2018.–Vol. 228.– Р. – 1953-1965. DOI:10.1016/J.APENERGY.2018.07.004.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-11-15

Номер

Розділ

ЗАГАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ ДВИГУНОБУДУВАННЯ