Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ

Моделирование процессов горения природного газа и водорода

С. Н. Петин, В. С. Королев, А. А. Борисов, А. В. Бурмакина

Аннотация


Приведен обзор работ по использованию водорода и метано-водородной смеси как топлива взамен природного газа. Представлены преимущества и недостатки использования водородного топлива. Выполнено в среде ANSYS сравнительное исследование процессов горения природного газа и водорода с верификацией результатов посредством экспериментальных данных, полученных на лабораторном стенде. Дана экономическая оценка эффективности использования водорода как топлива вместо природного газа при различных значениях налога за выбросы СО2.

Ключевые слова


водородная энергетика; математическое и физическое моделирование; горение; природный газ; туннельная газовая печь

Полный текст:

PDF

Литература


Hydrogen infrastructure - the pillar of energy transition tariff [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.gascade.de/fileadmin/downloads/wasserstoff/whitepaper-h2-infrastructure.pdf (дата обращения 7.09.22)ю

Варгафтик, Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н. Б. Варгафтик. - М.: Наука, 1972. - 721 с.

ГОСТ 31369-2008. Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава. - М., Стандарт-информ, 2009. - 58 с.

Рабинович, В. А. Краткий химический справочник / В. А. Рабинович, З. Я. Хавин. - Л.: Химия, 1977. - 160 с.

DIN Deutsches Institut fьr Normung e. V., DIN EN ISO 6976: Erdgas - Berechnung von Brenn-und Heizwert, Dichte, relativer Dichte und Wobbeindex aus der Zusammensetzung. [Электронный ресурс]. - Режим доступа https://docplayer.org/27946065-Erdgas-berechnung-von- brenn-und-heizwert-dichte-relativer-dichte-und-wob- beindex- aus-der-zusammensetzung.html (дата обращения 7.09.22).

Schrцder, V. Sicherheitstechnische Eigenschaften von Erdgas-Wasserstoff-Gemischen 2016 / V. Schrцder, E. Askar, A. K. Habib, T. Tashqin. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.semanticscholar.org/paper/Sicherheitstechnis- che-Eigenschaften-von-Schrцder-Askar/fa94b07062 2263e515fff33a4bce5bd7bcc06948 (дата обращения 17.06.22).

Концепция крупномасштабного развития инновационных систем производства и распределения метано-водородного топлива как эффективного альтернативного энергоносителя. [Электронный ресурс]. - Режим доступа https://ccortes.ru/stdocs/klumpur2012.pdf(датаобращения07.09.22).

Nowakowski, T. Untersuchung der Auswirkungen von Wasserstoff-Zumischungen in das Erdgasnetz auf thermoprozesstechnische Anlagen. (2019) / T. Nowakowski, J. Leicher, A. Giese, B. Islami, K. Gцrner. [Электронный ресурс]. - Режим доступа https://www.researchgate.net/publication/336021226_Un-tersuchung_der_Auswirkungen_von_WasserstoffZumischungen_in_das_Erdgasnetz_auf_thermoprozes-stechnische_Anlagen (дата обращения 7.09.22)

Krause, H. Untersuchungen der Auswirkungen von Gasbeschaffenheitsдnderungen auf industrielle und gewerbliche Anwendungen: Abschlussbericht DVGW Forschungsprojekt G 1/06/10, 2014 2014 / H. Krause, M. Werschy, S. Franke, A. Giese, J. Benthin, H. Dцrr [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/266266025_Impact_of_Chan- ging_Natural_Gas_Quality_on_Industrial_Combustion Processes (дата обращения 7.09.22).

Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft - TA Luft) 2002. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.bundesrat.de/SharedDocs/drucksachen/2020/0701-0800/767-20.pdf? blob=publi- cationFile&v=1 (дата обращения 7.09.22).

Scholten, K. Mцgliche Beeinflussung von Bauteilen der Gasinstallation durch Wasserstoffanteile im Erdgas unter Berьcksichtigung der TRGI 2018 / K. Scholten, H. Dцrr, M. Werschy [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://asue.de/sites/default/files/asue/themen/gasturbi- nen/2019/broschueren/ASUE Expertenkreis-Gas- turbinen_Tagungsband_Juni_2019.pdf (дата обращения 7.09.22).

Erler, F. Verhalten bei volatilen Wasserstoffanteilen: Untersuchung des Verhaltens von Bestandsanlagen (Heiz- und KWK-Gerдte) unter hohen, volatilen Wasserstoffmengen (0 - 40 Vol.-%) im Erdgas 2019 / F. Erler, P. Rцthig, M. Werschy [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.dbi-gruppe.de/files/PDFs/Dokumente/11 GWB/191220_Abschlussbericht_GWB Wasserstoff.pdf (дата обращения 7.09.22).

DVGW Regelwerk: DVGW G 262 (A). Nutzung von Gasen aus regenerativen Quellen in der цffentlichen Gasversorgung: Technische Regel - Arbeitsblatt 2011. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://link.springer.com/article/10.1007/s12665-015-41762?error=cookies_not_supported&code=608b8173-b7a3-48b6-9649-ea3b96fce7a3(датаобращения17.06.22).

Nowakowski, T. Untersuchungen der Auswirkung von Wasserstoff-Zumischung ins Erdgasnetz auf industrielle Feuerungsprozesse in thermoprozesstechnischen Anlagen 2017 / T. Nowakowski [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.bundestag.de/resource/blob/646488/a89bbd41acf3b90f8a5fbfbcb8616df4/WD-8-066-19-pdf-data.pdf(датаобращения07.09.22).

Abbott, D. J. Impact of natural gas composition variations on the operation of gas turbines for power generation: The future of gas turbine technology - 6th international conference, Brussels, Belgium 2012 / D. J. Abbott, J. P. Bowers, S. R. James [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.gasgovernance.co.uk/sites/default/file/ggf/Impact%20of%20Natural%20Gas%20Composition%20-%20Paper0.pdf(датаобращения07.09.22).

Larfeldt, J. Hydrogen Co-Firing in Siemens Low NOX Industrial Gas Turbines 2017 /j. Larfeldt [Электронный ресурс]. - Режим доступа https://www.semanticscholar.org/paper/Hydrogen-Co-Firing-in-Siemens-Low-NOX-Industrial-Larfeldt/37fd8e07212bf1e60f6db535d6e422b11880b816(датаобращения07.09.22).

Flin, D. Gas Turbine World 2018 (Mдrz - April) / D. Flin, [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.elibrary.ru/titleabout.asp?id=16320(датаобращения07.09.22).

Bargiacchi, S E. Energy Procedia 2018 (148), 312 - 319 / E. Bargiacchi, S. Frigo, G. Spazzafumo. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.mendeley.com/catalogue/a550fa0a-0f9e-395a- a954-eff404d9ac5b (дата обращения 7.09.22).

Bulat, G.Intelligent operation of Siemens DLW gas turbine combustion system over an extended fuel range with low emissions 2011 / G. Bulat, K. Liu, G. Brickwood, V. Sanderson, B. Igoe [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.semanticscholar.org/paper/Intelligent-Operation-of-Siemens-(SGT-300)-DLE-Gas-Bulat-Liu/c00213af34ef5e4da8311f6253b4fbf70b2a4b49(датаобращения07.09.22).

Jones, B. Fuel flexibility Concepts and Experience for Power Generation with Hydrogen Based Fuel, Wien / B. Jones, T. Raddings, J. Dicampli. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.ge.com/content/dam/gepower/global/en_US/documents/fuel-flexibility/GEA33861%20 Power%20to%20Gas%20%20Hydrogen%20for%20 Power%20Generation.pdf (дата обращения 7.09.22).

Heimdal Nilson, E. Hydrogen gas as fuel in gas turbines / E. Heimdal Nilson, J. Larfeld, M. Rokka, V. Karlsson [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.semanticscholar.org/paper/Hydrogen-gas-as-fuel-in-gas-turbines-Nilsson- Larfeldt/63249e8eee557220952973937e0a097bfc4 c304d (дата обращения 7.09.22).

Савитенко, М. А. Применение водорода в энергетике: вопросы экологии / М. А. Савитенко, Б. А. Рыбаков // Турбины и двигатели. - 2021. - № 1. - С. 10 - 16.

Волков, В. И. Экспериментальное исследование процессов образования оксидов азота и огневого обезвреживания сточных вод / В. И. Волков, С. Н. Петин, А. В. Бурмакина. - М.: Издательство МЭИ, 2019. - 44 с.

Global CO2 Emissions tariff [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.vedomosti.ru/business/articles/2021/11/09/894931-globalnii- tarif (дата обращения 7.09.22).

Газовый бизнес. - 2020. - № 4. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://gazo.ru/ru/media/publications/zhurnal-gazovyy-biznes-4-2020 (дата обращения 7.09.22).

Petin, S. N. Power - cost effectiveness of hydrogen generation using gas wastes from steel smelting / S. N. Petin, T. A. Vysochina, P. N. Grigoryev, S. K. Popov //Journal of Physics: Conference Series. Volume 1683 (2020) 052014. DOI: 10.1088/1742-6596/1683/5/052014.

Петин, С. Н. Развитие водородной энергетики и перспективные разработки производства водорода из природного газа / С. Н. Петин, С. К. Попов, Д. Д. Голдобин, Э. А. Сериков, А. В. Бурмакина // Промышленная энергетика. - 2021. - № 3. - С. 51 - 58.

Попов, С. К. Повышение эффективности теплотехнологий при использовании природного газа и кислорода / С. К. Попов, С. Н. Петин, И. Н. Свистунов, В. А. Ипполитов. - М.: Издательство МЭИ, 2018. - 192 с.

Попов, С. К. Энергохимическая аккумуляция высокотемпературных газовых отходов / С. К. Попов, С. Н. Петин, А. В. Бурмакина, П. А. Стогов // Теплоэнергетика. - 2019. - № 2. - С. 51 - 62.

Картавцев, С. В. Природный газ в восстановительной плавке. СВС и ЭХА / С. В. Картавцев. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. - 188 с.

Григорьев, П. А. Эффективное использование природного газа для производства водорода на металлургических предприятиях / П. А. Григорьев, С. Н. Петин, С. К. Попов, Д. Д. Голдобин // Научный журнал Российского газового общества. - 2022. - № 3. - С. 70 - 75.




DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2022.67.86.005

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


                                                

© 1998 — 2024 НТФ "Энергопрогресс"

Адрес редакции: 129090, г. Москва, ул. Щепкина, д. 8
Телефон редакции   234-7449.

E-mail: prom_energy@rambler.ru; prom_energy1@mail.ru