Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Термохимический аккумулятор
НТТМ-2017-0192 | Категория II

Автор:

Мустафин Равиль Мансурович

Научный руководитель:
Пащенко Дмитрий Иванович
Организация:
Самарский государственный технический университет,
Самарская область, Самара
Цель работы
Разработка предназначена для повышения энергоэффективности и энергосбережения в установках, использующих в качестве топлива природный газ, для которых характерна высокая доля потерь теплоты с отходящими дымовыми газами. Использование термохимического аккумулятора позволяет вывести большое количество топливопотребляющих установок, таких как высокотемпературные теплотехнологические установки (промышленные печи), газотурбинные установки и др., на качественно новый энергосберегающий уровень.
Обзор предметной области
В современных аналогах предлагаемого проекта применяется схема аккумулирования тепловой энергии – физическое тепло/физическое тепло (принцип термоса). Таким образом, в традиционных тепловых аккумуляторах для сохранения тепловой энергии требуется создание массивных накопителей с крайне высоким термическим сопротивлением, что в свою очередь обуславливает высокую металлоемкость конструкции аккумулятора. И даже наличие мощного термического сопротивления не дает традиционным тепловым аккумуляторам сохранять тепло достаточно продолжительный промежуток времени. Более того в традиционных тепловых аккумуляторах отсутствует возможность аккумулирования тепловой энергии, носителем которой являются высокотемпературные продукты сгорания (дымовые газы) с температурой выше 500С.
Применение же термохимического аккумулятора позволяет использовать теплоту высокотемпературных дымовых газов (до 1200С) и аккумулировать ее на значительные промежутки времени (от нескольких часов до нескольких месяцев) Теоретически продолжительность сохранения тепловой энергии в термохимическом аккумуляторе ничем не ограничивается.
Преимущества использования термохимического аккумулятора:
Длительный срок аккумулирования тепловой энергии;
Низкая металлоемкость.
Простота конструкции.
Получение качественно нового топлива, обладающего лучшими калориметрическими и теплотехническими свойствами.
Принцип работы термохимического аккумулятора (ТХА) тепловой энергии построен на трансформации физической тепловой энергии продуктов сгорания (дымовых газов) в химическую энергию синтетического топлива. Основа работы ТХА – это качественное преобразование одного вида энергии в другой. Если в традиционных термоаккумуляторах, накопление тепловой энергии происходит за счет передачи теплоты продуктов сгорания аккумулирующему теплоносителю (например, горячая вода, расплавы легких металлов и т.д.), то в ТХА физическое тепло продуктов сгорания преобразуется в химическую энергию синтетического топлива. Работа термохимического аккумулятора основана на принципах термохимической регенерации теплоты.
Новизна разработки заключается в том, что аккумулирование тепловой энергии происходит не за счет только лишь нагрева теплоносителя-аккумулятора, а за счет трансформации физической теплоты в химическую энергию. Таким образом, появляется возможность аккумулирования тепловой энергии на значительные промежутки времени: недели, месяцы и даже годы.
Теоретическим основами разработки проекта термохимического аккумулятора легли работы академика Фортова Владимира Евгеньевича и соавторов, предлагавших использовать термохимические принципы аккумулирования тепловой энергии, полученной на тепловых атомных электростанциях, и ее передачи на значительные расстояния.
Для научно-исследовательской опытно-конструкторской работы по проекту использовались работы Пащенко Д.И. по исследованию способа повышения энергетической эффективности теплотехнологических установок за счет термохимической регенерации теплоты.
Научные основы проекта “Термохимический аккумулятор” лежат в плоскости междисциплинарного взаимодействия (традиционная энергетика и химическая технология). В свою очередь междисциплинарные проекты имеют большой потенциал и именно поэтому было принято решение заниматься разработкой этого проекта.
Описание результатов проекта
На первом этапе проведения НИОКР по разработке термохимического аккумулятора был проведен термодинамический анализ химико-технологических процессов, лежащих в основе трансформации теплоты (паровая конверсия, углекислотная конверсия и паро-углекислотная различных органических топлив).
Далее на основании данных по химической кинетике было проведено CFD-моделирование процессов, протекающих в термохимическом аккумуляторе, с целью определения оптимальных конструктивных характеристик. На этом этапе НИОКР было произведено исследование процессов тепло- и массообмена, протекающих в реакционном пространстве термохимического аккумулятора.
Новизна разработки заключается в том, что аккумулирование тепловой энергии происходит не за счет только лишь нагрева теплоносителя-аккумулятора, а за счет трансформации физической теплоты в химическую энергию. Таким образом, появляется возможность аккумулирования тепловой энергии на значительные промежутки времени: недели, месяцы и даже годы.
Сущность термохимического аккумулирования тепла, например, дымовых газов заключается в полезном использовании их физического тепла (энтальпии) для предварительной эндотермической переработки первичного топлива (например, природного газа), которое при этом получает больший запас химически связанной энергии в виде возросшей теплоты сгорания. Это дополнительное химически связанное тепло и есть трансформированная физическая теплота в химическую энергию.
Описание применимости
Разработка предлагается к внедрению на предприятиях, в составе которых имеются низко-, средне- или высокотемпературные теплотехнологические установки. Потенциальные потребители – это предприятия, имеющие в своем составе энергетические установки, для которых характерна высокая доля потерь теплоты с высокотемпературными отходящими дымовыми газами (40-80%): газотурбинные установки (дочерние предприятия ОАО «Газпром» ООО «Газпром трансгаз ...»); высокотемпературные теплотехнологические установки (ОАО «ММК», ОАО «Северсталь» и др.); с предприятием ЗАО «Электрощит» г. Самара имеется принципиальное соглашение о внедрении опытного термохимического аккумулятора тепловой энергии на одной из кузнечных печах завода; в ближайшей перспективе, после завершения дополнительной НИОКР, возможно использование термохимических аккумуляторов тепловой энергии для повышения КПД двигателей внутреннего сгорания и других топливопотребляющих установок.
Дальнейшее развитие проекта
После завершения всего комплекса научно-исследовательских работ по проекту “Термохимический аккумулятор” планируется изготовить опытный образец и провести его испытание на реальной энергетической установке. После уточнения и тарировки разработанной компьютерной модели аккумулятора станет возможным масштабировать результаты исследования на другие энергетические топливопотребляющие установки. Особое внимание заслуживает использование термохимического аккумулятора для двигателей внутреннего сгорания, для которых характерна неравномерность нагрузки во времени. В случае получения положительных результатов для ДВСов, у термохимических аккумуляторов открывается практически бесконечный рынок. Другим перспективным направлением использования термохимических аккумуляторов является объекты жилищно-коммунального хозяйства, в частности котельные установки, для которых также характерны неравномерности тепловых нагрузок во времени из-за колебаний температуры наружного воздуха.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ

E-mail: info@konkurs-nttm.ru