ГАЗОВІ ДВИГУНИ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ В СИСТЕМАХ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПАЛИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ОБ’ЄКТІВ ВЕЛИКОЇ ЕНЕРГЕТИКИ
DOI:
https://doi.org/10.20998/0419-8719.2022.2.03Ключові слова:
допоміжний ДВЗ, газова турбіна, газова суміш, монооксид вуглецю, паливний елемент, енергокомплекс, токсичністьАнотація
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.
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
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
