Шалимов Ю.Н.

 Внедрение водорода в энергетических установках подразумевается,
сначала, в качестве основного компонента топливных частей. Но
современная разработка производства топливных частей является дорогостоящей и использующей в собственном осуществлении применение дефицитных материалов (драгоценные металлы и особые мембраны).

Цена электронной энергии выработанной при помощи топливных частей несопоставимо выше, чем
произведенной в традиционном варианте энергоустановок. Невзирая на простоту процессов, протекающих на электродах в топливных элементах,
практическое воплощение химических реакций на электродах связано со значительными техническими трудностями, главными
из которых являются:

1) неполное внедрение горючего (Н2)
и окислителя (О2) при осуществлении процесса генерации тока;

2) наличие больших градиентов температур и концентраций
при осуществлении химических
процессов в пористых структурах;

3) сложность систем регулирования подачи горючего
и окислителя.

Невзирая на обозначенные выше недочеты в истинное
время большая часть государств восьмерки (США,
Германия, Франция, Япония) уделяют огромное внимание развитию новых
технологий в совершенствовании конструкций
топливных частей.

В этом вопросе более верно просматривается отставание
нашей страны на фоне ведущих держав мира. Все же, в вопросах теории
работы топливных частей, конструировании
электродных материалов, математического моделирования процессов Наша родина продолжает задерживать передовые позиции.

Стоит указать на то, что 1-ый русский лайнер с движками на водородном горючем производил свои полеты в
конце 80-х годов прошедшего века. Целый ряд многообещающих проектов по внедрению водородной энергетики оказался
неосуществленным.

 В
частности, в Воронеже планировалось выполнить переход огромного количества авто транспорта на водородное
горючее (маршрутное такси, службы особых перевозок).

Но
отсутствие подабающего внимания со стороны
заинтересованных организаций и валютных
средств не позволили довести до конца реализацию
этого проекта. Все же, на предприятиях городка Воронежа водород применяется в ряде технологических процессов. А именно, на Воронежской
ТЭЦ-1 водород употребляется для остывания турбогенераторов. Не считая того, водород в качестве горючего
употребляется в двигательных установках компаний галлактической отрасли.

Исходя из убеждений внедрение водорода в энергетических установках, по нашему воззрению, большего внимания заслуживают установки генерации
углеводородного горючего, использующие в
качестве сырья отходы промышленного и сельскохозяйственного производства.
Конечными продуктами таких генераторов может быть весь ряд углеводородов,
включая и продукты, получаемые в
водянистой фазе (метанол, этиловый
спирт).

Нрав получаемых товаров определяется не
только технологическими параметрами процесса,
да и чертами используемых катализаторов.

На рис. 1 представлена схема газогенераторной установки,
включающей главные элементы узлов и конструкций.

Генератор контейнерного типа позволяет производить загрузку и выгрузку горючего без
нарушения герметизации рабочей камеры генератора за
счет внедрения шлюзов.

Перемещение
контейнеров осуществляется безпрерывно со
скоростью, определяемой параметрами
технологического процесса. Выгрузка
отработанного контейнера делается в автоматическом режиме.

Как видно из схемы, в определенных точках подвода
осуществляется транспорт водорода в рабочую камеру.
Количество подаваемого водорода определяется технологией гидрирования твердого горючего.

 Для
получения водорода употребляется реактор химического типа, питание
которого может
осуществляться от силовой ветроустановки, работающей по многофункциональной схеме, приведенной
на рис. 2. В реакторе осуществляется химическое разложение воды по схеме, обеспечивающей
получение на катоде водорода, а на аноде кислорода. Водород является нужным компонентом
получения в газогенераторе
частей горючего.

Холодильник предназначен для конденсации (устранения)
воды из газовой консистенции, поступающей из реактора.

Фильтр производит
осушение газов от конденсированной воды и окончательное высвобождение воды за счет адсорбции на активных элементах фильтра.

 В реакторе
осуществляется химическое разложение
воды по схеме, обеспечивающей получение на катоде водорода, а на аноде кислорода. Водород является нужным
компонентом получения в газогенераторе частей горючего.

Турбокомпрессор обеспечивает транспортировку газа. С его помощью в надэлектродном
пространстве реактора создаётся низкая степень разряжения (10÷
20 мм водяного ст.), а на выходной ступени —
нужное давление для закачивания
кислорода и водорода в ресиверы.

Оборотный клапан не даёт возможность выполнить оборотный ход газа, тем
защищает выброс водорода и кислорода в реактор.

 Редуктор (редукционный
клапан) конвертирует
высочайшее давление газа в низкое давление нужного уровня.

Баллон представляет
собой накопитель кислорода для долгого хранения.

Газгольдер служит
для аккумулирования водорода для долгого его хранения под высочайшим давлением.

Аккумулирование энергии ветра оковём разложения воды на
кислород и водород было предложено многими исследователями, но этот
вопрос недостаточно разработан.

Одна из заморочек заключается в хранении водорода в большенном количестве, потому что существует опасность взрыва при смешивании кислорода
и водорода (гремучий газ) в аварийных ситуациях, что
просит сотворения сложных систем безопасности.

 Особенностью работы
предлагаемой всеохватывающей установки является
внедрение основной массы
получаемого в реакторе водорода для
синтеза компонент горючего в процессе
газогенерации, для которых просто осуществимо сжижение и хранение.

Потому что работа энергетической установки осуществляется по сложному технологическому циклу с внедрением нескольких регулируемых характеристик, находящихся
в сложной связи, то для управления процессом разработана система, включающая систему управления на базе интегральной схемы типа АДУКТ-812 с внедрением
компьютера. Многофункциональная схема представлена на рис. 3.

 Система
управления предугадывает непрерывный контроль концентраций компонент в
рабочем объеме газогенератора при помощи
измерительной системы, включающей в себя
устройство отбора пробы, термостат, анализатор
хим состава газа, преобразователь инфы в цифровой код. В состав
системы управления входят также исполнительные механизмы, регулирующие скорость
подачи водорода в рабочие камеры. Внедрение глубочайшей
отрицательной оборотной связи исключает переход системы
управления в автоколебательный режим.

Генерируемый газ может быть применен конкретно
для питания газотурбинной установки,
мощность которой определяется количеством
вырабатываемого газа. По нашим подготовительным расчетам генератор с рабочим объемом V=30-35 м3
может обеспечить работу газотурбинной установки мощностью 3 МВт.

Жаркие газы, содержащие в главном составляющие N2, CO2 и отчасти СО, поступают в камеру до окисления и дальше употребляются в качестве теплоносителей в
газоходах системы продувки газогенератора.

В
этой системе происходит утилизация тепла для
сотворения температурного режима в рабочей
зоне газогенератора.

Таким макаром, в атмосферу выходят составляющие газов, не
содержащие окись углерода при относительно низкой
температуре. Для более полного отбора тепла смесь газов может быть применена в бойлерной системе утилизации термический энергии. Из-за этого КПД установки можно прирастить на 15-20 %.

 Особый
энтузиазм в водородной энергетике вызывают вопросы хранения и транспорта
водорода. Потому что водород при всей его соблазнительности как экологически
незапятнанного горючего в истинное
время применяется ограниченно из-за большой его склонности к воспламенению (взрыву), то хранение его в
газообразной форме (при больших давлениях) является опасным и просит соблюдения особенных
мер предосторожности. С другой стороны,
хранение водорода в сжиженном виде просит
использования сложных конструкций
криостатов и в согласовании с этим огромных энергетических издержек.

Одним из главных путей понижения издержек на хранение водорода может быть создание металловодородных систем. Гидриды металлов обеспечивают неопасное хранение горючего при
обыденных критериях. Извлечение аккумулированного горючего (водорода)
осуществляется вполне при температуре
накопителя ~ 200 °С.

Нами установлено, что в качестве аккумулирующих систем
желательно использовать железные структуры частей, приобретенных
гальваническим методом.

Исследование зависимости внутреннего трения от температуры позволило найти, что целый ряд переходных
металлов обладает высочайшей способностью скопления водорода по недостаткам железной структуры. Потому последующие исследования этих
процессов (взаимодействие металлов с водородом) является нужным условием для сотворения высокоэффективных систем
аккумулирования водорода как горючего.

 Для воплощения
технического проекта предлагаемой установки
нужно выполнение последующих работ:

1) экспериментальные исследования процессов
утилизации на лабораторной макетной установке с
определением механизма протекающих реакций и состава
генерируемых газов;

2) опытно-конструкторские
работы по проектированию и изготовлению установок
для снятия зависимостей внутреннего трения и определения содержания
водорода в железных структурах;

3) исследование работы системы измерения и
регулирования технологических характеристик газогенераторной установки.

По результатам проведенных исследовательских работ может быть разработан технический проект энергетической установки
утилизации отходов сельскохозяйственного и
промышленного производства, содержащих составляющие горючего способом теплового разложения. Такая установка позволит обеспечить термический электронной энергией комплекс промышленного оборудования.

распечатать
| скачать безвозмездно Внедрение водорода в реакторах газификации твердого горючего, Шалимов Ю.Н., Источник: Журнальчик «Электротехнические комплексы и системы управления»,
www.v-itc.ru/electrotech

архив.zip(217 кБт)