probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2021-23-2-84-92probener-1782Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGТехнико-экономическая оценка параметров тепловых схем ТЭС с водородным генераторомTechnical and economic assessment of the parameters of thermal schemes of thermal power plants with a hydrogen generatorhttps://orcid.org/0000-0002-7229-412XМарьинГ. Е.MarinG. E.

Марьин Георгий Евгеньевич, старший преподаватель, Казанский государственный энергетический университет, старший машинист энергоблоков цеха парогазовых установок АО «Татэнерго» филиал «Казанская ТЭЦ–2»

Казань

George E. Marin

Kazan

george64199@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8059-0669ОсиповБ. М.OsipovB. M.

Осипов Борис Михайлович, канд. техн. наук, профессор

Казань

Boris M. Osipov

Kazan

obm0099@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4424-7761АхметшинА. Р.AkhmetshinA. R.

Ахметшин Азат Ринатович, канд. техн. наук, доцент, Казанский государственный энергетический университет (Казань), ведущий специалист Ассоциации «Росэлектромонтаж» (Москва)

Azat R. Akhmetshin

Kazan

dr.akhmetshin@ieee.orgКазанский государственный энергетический университет; АО «ТАТЭНЕРГО» филиал «Казанская ТЭЦ–2»РоссияKazan State Power Engineering University; JSC «Tatenergo» branch «Kazan CHP-2»Russian FederationКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian FederationКазанский государственный энергетический университет; Ассоциация «Росэлектромонтаж»РоссияKazan State Power Engineering University; Association «Roselectromontazh»Russian Federation2021200520212328492Copyright © Марьин Г.Е., Осипов Б.М., Ахметшин А.Р., 20212021Марьин Г.Е., Осипов Б.М., Ахметшин А.Р.Marin G.E., Osipov B.M., Akhmetshin A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1782

ЦЕЛЬ. Исследование направлено на изучение влияния топливных газов различного компонентного состава на экологические показатели работы газотурбинной установки GE 6FA. Рассмотреть возможность применения в качестве основного топлива водорода для минимизации выбросов и улучшения характеристик работы газотурбинной установки GE 6FA. МЕТОДЫ. Для выполнения поставленной цели был использован программный комплекс «АСГРЭТ» (Автоматизированная система газодинамических расчетов энергетических турбомашин). РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье рассмотрены перспективные направления поутилизацииСО2с применением высокоэффективных технологий с дальнейшим использованием или захоронением. Представлены математическая модель газотурбинной установки GE 6FA, диаграммы изменения основных характеристик и состав выбросов при работе на разных видах топлива, включая водород. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Проведенные исследования показывают, что изменение компонентного состава газа оказывает влияние на энергетические характеристики двигателя. Приведена методика определения количественного состава COx, NOx, SOx в отработавших газах газотурбинной установки. Переход на резервное топливо керосин приводит к увеличению количества выбросов, что необходимо учитывать при проектировании систем улавливания вредных выбросов при двухтопливной системе подачи топливного газа. Применение водорода в качестве топлива для газовых турбин позволяет сократить не только расходы на топливоподготовку, но и минимизировать выбросы и улучшить характеристики работы газотурбинной установки.

THE PURPOSE. The study is aimed at studying the effect of fuel gases of various component composition on the environmental performance of the GE 6FA gas turbine unit. Consider using hydrogen as primary sweat to minimize emissions and improve performance of the GE 6FA gas turbine. METHODS. To achieve this goal, the ASGRET (Automated system for gas-dynamic calculations of power turbomachines) software package was used. RESULTS. The article discusses promising directions for the utilization of CO2 using highly efficient technologies with further use or disposal. A mathematical model of a GE 6FA gas turbine unit, diagrams of changes in the main characteristics and the composition of emissions when operating on various types of fuel, including hydrogen, are presented. CONCLUSION. The studies carried out show that a change in the component composition of the gas affects the energy characteristics of the engine. The method for determining the quantitative composition of COx, NOx, SOx in the exhaust gases of a gas turbine plant is presented. The transition to the reserve fuel kerosene leads to an increase in the amount of emissions, which must be taken into account when designing systems for capturing harmful emissions with a dual-fuel fuel gas supply system. The use of hydrogen as a fuel for gas turbines allows to reduce not only the cost of fuel preparation, but also to minimize emissions and improve the performance of the gas turbine plant.

газотурбинная установкаводородрежимы работыэ лектрической станциипарниковый эффектвредные выбросыдиоксид углеродаgas turbinehydrogenpower plant operating modesgreenhouse effectharmful emissionscarbon dioxideReferencesМарьин Г.Е., Осипов Б.М. Критерии выбора составов топлив при их сжигании в газотурбинных установках с незначительными переделками топливной системы // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 2(151). С. 356-365.Maryin GE, Osipov BM. Criteria for the selection of fuel compositions during their combustion in gas turbine installations with minor alterations of the fuel system. Bulletin of the Irkutsk State Technical University. 2020;2(151):356-365.Васильева Г.М. Киотский протокол в глобальном историческом контексте // Вестник Томского государственного университета. 2019. № 439. С. 120-127.Vasilyeva GM. Kyoto Protocol in a global historical context. Bulletin of Tomsk State University. 2019;439:120-127.Шаповалов А.Б. К вопросу о роли диоксид углерода и его влиянии на биосферу // Образовательные ресурсы и технологии. 2017. № 3(20). С. 78-85.Shapovalov AB. To the question of the role of carbon dioxide and its effect on the biosphere. Educational resources and technologies. 2017;3(20):78-85.Юдин Р.А., Шестаков Н.И., Аншелес В.Р., и др. Основные закономерности неполного сгорания природного газа // Вестник Череповецкого государственного университета. 2013. № 3-1(49). С. 26-29.Yudin RA, Shestakov NI, Ansheles VR, Yudin IR, Tuvalin NA. Basic laws of incomplete combustion of natural gas. Bulletin of the Cherepovets State University. 2013;3-1(49):26-29.Евсеева А.О. Влияние тепловых электростанций на природу и человека // Colloquium-journal. 2019. № 12-2(36). С. 56-58.Evseeva AO. The influence of thermal power plants on nature and humans. Colloquium-journal. 2019;12-2(36):56-58.Chen Y., Sima V., Lin W., et al. HCCI / Rich SACI gasoline combustion cycling and three-way catalyst for fuel efficiency and NOx reduction // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2015. V. 137(12).Chen Y, Sima V, Lin W, et al. HCCI / Rich SACI gasoline combustion cycling and three-way catalyst for fuel efficiency and NOx reduction. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2015;137(12):121508.Sarkisov A.A., Rudakov O.A., SalivonN.D., et al. The generalized emissions characteristic of a gas-turbine engine as a function ofthe design and operating parameters of the combustion chamber // Thermal Engineering. 2000. V.47(4).pp. 352-355.Sarkisov AA, Rudakov OA, Salivon ND, et al. The generalized emissions characteristic of a gas-turbine engine as a function of the design and operating parameters of the combustion chamber. Thermal Engineering. 2000;47(4):352-355.Huang R.F., Kimilu R.K. Effects of jet pulsation intensity on a wake-stabilized non-premixed jet flame in crossflow // Experimental Thermal and Fluid Science. 2016. V. 78.pp. 153-166.Huang RF, Kimilu RK. Effects of jet pulsation intensity on a wake-stabilized non-premixed jet flame in crossflow. Experimental Thermal and Fluid Science. 2016;78:153-166.Marin G., Mendeleev D., Osipov B., et al. Supply of additional working fluid to the flow part of the NK-8 gas turbine engine // High Speed Turbomachines and Electrical Drives Conference 2020 (HSTED-2020).E3S Web of Conferences. 2020. V. 178.Marin G, Mendeleev D, Osipov B, et al. Supply of additional working fluid to the flow part of the NK-8 gas turbine engine. High Speed Turbomachines and Electrical Drives Conference 2020 (HSTED-2020). E3S Web of Conferences. 2020;178:01038.Иванова М.С., Вишнецкая М.В., Томский К.О. Каталитическая очистка газовых выбросов от СО2 // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2019. № 1(69).С. 24-31.Ivanova MS, Vishnetskaya MV, Tomskiy KO. Catalytic purification of gas emissions from CO2, Bulletin of the North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosova. 2019;1(69):24-31.Косой А.С., Зейгарник Ю.А., Попель О.С., и др. Концептуальная схема парогазовой установки с полным улавливанием диоксида углерода из продуктов сгорания // Теплоэнергетика. 2018. № 9. С. 23-32.Kosoy AS, ZeigarnikYuA, Popel OS, Sinkevich MV, Filippov SP, ShterenbergVYa. Conceptual diagram of a combined cycle plant with complete capture of carbon dioxide from combustion products. Heat power engineering. 2018;9:23-32.Lee U., Han C. Simulation and optimization of multi-component organic Rankine cycle integrated with post-combustion capture process // Computers and Chemical Engineering. 2015. V. 83.pp. 21-34.Lee U, Han C. Simulation and optimization of multi-component organic Rankine cycle integrated with post-combustion capture process. Computers and Chemical Engineering. 2015;83:21-34.Aresta M., Dibenedetto A., Angelini A. Catalysis for the valorization of exhaust carbon: From CO2 to chemicals, materials, and fuels technological use of CO2 // Chemical Reviews.2014. V. 114(3). pp. 1709-1742. https://doi.org/10.1021/cr4002758.Aresta M, Dibenedetto A, Angelini A. Catalysis for the valorization of exhaust carbon: From CO2 to chemicals, materials, and fuels technological use of CO2. Chemical Reviews. 2014;114(3):1709-1742. https://doi.org/10.1021/cr4002758.Shaw R., Naskar S., Das T., et al. Review on the advanced techniques used for the capturing and storage of CO2 from fossil fuel power plants // Lecture notes in civil engineering. 2021. V. 93. pp. 193-197.Shaw R, Naskar S, Das T, et al. Review on the advanced techniques used for the capturing and storage of CO2 from fossil fuel power plants. Lecture notes in civil engineering. 2021;93:193-197.Schorn F., Lohse D., Samsun R.C., et al. The biogas-oxyfuel process as a carbon source for power-to-fuel synthesis: Enhancing availability while reducing separation effort // Journal of CO2 Utilization. 2021. V. 45.Schorn F, Lohse D, Samsun RC, et al. The biogas-oxyfuel process as a carbon source for power-to-fuel synthesis: Enhancing availability while reducing separation effort. Journal of CO2 Utilization. 2021;45:101410.Carapellucci R., Giordano L., Vaccarelli M. Application of an amine-based CO2 capture system in retrofitting combined gas-steam power plants // Energy. 2017. V. 118.pp. 808-826.Carapellucci R, Giordano L, Vaccarelli M. Application of an amine-based CO2 capture system in retrofitting combined gas-steam power plants. Energy. 2017;118:808-826.Alemasov VE, Dregalin AF, Tishin AP, et al. Thermodynamic and thermophysical properties of combustion products. VINITI Handbook. ed. acad. Glushko VP. M. Ed. VINITI. 1971;1:266Alemasov VE, Dregalin AF, Tishin AP, et al. Thermodynamic and thermophysical properties of combustion products. VINITI Handbook. ed. acad. Glushko VP. M. Ed. VINITI. 1971;1:266Титов A.В., Осипов Б.М., Хамматов А.Р., и др. Применение программного комплекса град для исследований стационарных энергетических установок // Тяжелое машиностроение. 2009. № 6. С. 9-11.Titov AV, Osipov BM, Khammatov AR, et al. Application of the program complex grad for research of stationary power plants. Heavy Engineering. 2009;6:9-11.Осипов Б.М., Титов А.В., Хамматов А.Р. Инструментальная среда исследования газотурбинных установок // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2009. № 1. С. 22-25.Osipov BM, Titov AV, Khammatov AR. Instrumental environment for the study of gas turbine plants. Bulletin of the Kazan State Technical University. A.N. Tupolev. 2009;1:22-25.Менделеев Д.И., Марьин Г.Е., Ахметшин А.Р. Показатели режимных характеристик парогазового энергоблока пгу-110 мвт на частичных нагрузках // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2019. Т. 11. № 3(43). С. 47-56.Mendeleev DI, Maryin GE, Akhmetshin AR. Indicators of the operating characteristics of the steam-gas power unit of the 110 MW CCGT unit at partial loads. Bulletin of Kazan State Power Engineering University. 2019;3(43):47-56.Марьин Г.Е., Осипов Б.М., Зунино П., и др. Влияние состава топлива на энергетические параметры газотурбинной установки // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020. 22(5) C. 41-51. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-5-41-51Maryin GE, Osipov BM, Zunino P, Mendeleev DI. Influence of fuel composition on the energy parameters of a gas turbine plant. ENERGY PROBLEMS. 2020;22(5):41-51. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-5-41-51.IRENA. Global energy transformation: A road map to 2050 (2019 edition).2019. 52 с. Доступно по URL:https://www.irena.org/publications/2019/Apr/Globalenergy-transformation-A-roadmap-to-2050-2019Edition.IRENA. Global energy transformation: A road map to 2050 (2019 edition). 2019:52. Access mode URL: https://www.irena.org/publications/2019/Apr/Globalenergy-transformation-A-roadmap-to-2050-2019Edition.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.