Физико-техническое обоснование перспективных энергоустановок не­большой мощности на твердом топливе.

Разработка моделей и методов для прогнозирования перспективных показателей эффективности энергетических процессов невозможна без их постоянной полномасштабной апробации на реаль­ных технологиях и установках. В последние годы объектом для отладки и приме­нения предлагаемых подходов стали малотоннажные технологии сжигания и пе­реработки твердых топлив. Интерес к технологиям этого класса, имеющим еди­ничную мощность установок не более 1 МВт(т), обусловлен развитием распреде­ленной генерации энергии как новой парадигмы в развитии энергетики. Широкое применение небольших высокоэффективных установок с высокой степенью авто­матизации производственных процессов позволяет существенно сократить затра­ты на транспорт топлива и вовлечь в энергетический баланс страны и регионов огромные ресурсы низкосортных твердых топлив.

Одним из объектов исследования стали технологии получения силового ге­нераторного газа [122]. Современные технико-экономические характеристики технологий и ограничения физико-химического характера, обуславливающие вы­сокую стоимость и недостаточную эксплуатационную надежность соответствую­щих установок, не позволяют им конкурировать с установками аналогичного диа­пазона мощности, использующими дорогое качественное топливо, такое как диз- топливо и природный газ. Другим объектом детального исследования являются водогрейные слоевые котлы малой мощности. В этих исследованиях нашли прак­тическое использование модели экстремальных промежуточных состояний, опи­санные выше.

С использованием МЭПС выполнен термодинамический анализ режимов па­ровоздушной газификации древесного топлива в широком диапазоне условий проведения процесса. Рассмотренный диапазон условий охватил как режимы су­ществующих в мире газогенераторных установок, так и перспективные, еще не реализованные на практике. Показано, что режимы, представляющие практиче­ский интерес, располагаются в относительно узкой области пространства условий реакции. При этом реализованные в действующих установках режимы группиру­ются лишь в небольшой части этой области. Анализ численных решений позво­лил впервые дать строгое термодинамическое объяснение низкой устойчивости состава генераторного газа по ходу процесса газификации, составляющее пробле­му в технологиях силовой газификации и влекущее увеличение стоимости уста­новок. Дело в том, что в области допустимых режимов адиабатическая темпера­тура процесса претерпевает резкий рост с увеличением количества окислителя в системе. Таким образом, небольшие вариации качества топлива или параметров дутья могут приводить к резкому изменению термического режима процесса и, соответственно, существенным колебаниям состава получаемого синтез-газа и его калорийности. Из полученных расчетных данных следует, что повышение качест­ва синтез-газа и улучшение эксплуатационных характеристик технологий силовой газификации возможно путем перехода в область ранее не исследованных пара­метров реакции газификации. Некоторые результаты термодинамических расче­тов, полученные с помощью МЭПС, проиллюстрированы на рис.2.

Натурная апробация режимов паровоздушной газификации выполняется с использованием экспериментального стенда, созданного в ИСЭМ СО РАН. В ре­зультате экспериментальной проверки показано неплохое соответствие результа­тов теоретической модели (модификация МЭПС) измеренным характеристикам процесса газификации. В частности, нашла подтверждение гипотеза об одном из возможных способов существенной форсировки процесса. В перспективе это обещает снижение габаритов и металлоемкости устройства, однако разработка та­кого устройства является предметом самостоятельных НИОКР.