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.
