Прогнозирование энергетических характеристик газовой турбины при переходе на синтез-газ

ЦЕЛЬ.В работе показана возможность использования Балахтинского углядля производства синтез-газа путем газификации с последующим его в газовой турбине. Целью исследования стала оценка эффективности процесса газификации Балахтинского угля и определение основных характеристик образующегося генераторного газа. Показано, что при газификации угля образуется генераторный газ со средней теплотой сгорания 4608,41 кДж/нм³. В результат расчета установлено количество основных компонентов в составе продуктов газификации, коэффициент избытка воздуха, доля вводимого водяного пара, выход синтез-газа. Полученный синтез-газ может быть направлен в газовую турбину для выработки электроэнергии.В статье представлено влияние природного газа и генераторного газа, полученного при газификации Балахтинского угля на энергетические характеристики газовой турбины. Данное сравнение позволяет прогнозировать изменение энергетических характеристик ГТУ.МЕТОДЫ. Для решения поставленных задач в научной статье были использован расчетный метод исследования. В качестве объектов исследования были выбраны: Балахтинский бурыйуголь и синтез-газ, полученный при газификации угля. РЕЗУЛЬТАТ. Приведены результаты расчетных исследований газификации твердого топлива в поточном газогенераторе. Представлено сравнение влияния полученного синтез-газа и природного газа на энергетические характеристики газовой турбины. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Образующийся в результате газификации синтез-газ является перспективным альтернативным топливом для газовых турбин, которое позволит сократить расход природного ископаемого топлива, снизить негативное воздействие угля на окружающую среду.

1. Зверева Э.Р., Шаронова Е.В., Лаптев А.Г Расчет процесса газификации угля в неподвижном и псевдоожиженном слое/ Э.Р. Зверева, Е.В. Шаронова, А.Г. Лаптев // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2005. №5-6. С.3-10.

2. Козлов А.Н. Обзор современных тенденций развития технологий газификации твердых топлив // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2021. № 1. С. 130-148.

3. Дремичева Е.С., Зверева Э.Р., Бурганова Ф.И., Зверев Л.О. Перспективы технологии совместного сжигания биомассы и угля на объектах энергетики //Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 1. С. 119-130.

4. Khedkar R.S., Khonde R.D., Meshram P Valorization of waste fruit peels: a computational study on prediction of gasification product composition / R.S.Khedkar, R.D.Khonde, P. Meshram//ChemChemTech. 2024. Т. 67. № 6. С. 127-134.

5. Газогенераторные технологии в энергетике: монография / А.В. Зайцев, А.Ф. Рыжков, В.Е. Силин [и др.]; под ред. А.Ф. Рыжков.–Екатеринбург:Сократ,2010.–612 с.

6. Никитин А.Д., Худякова Г.И., Рыжков А.Ф. Методика расчета режима работы двухступенчатого поточного газогенератора //Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве: сборник докладов VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (TИМ'2017) с международным участием. Екатеринбург, 11–12 мая 2017 года. С. 87-91. https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/52434/1/978-5-9908685-0-2_2017_24.pdf

7. Шафорост, Д.А. Математическое моделирование процесса газификации твердого топлива /Д.А. Шафорост, А.П. Савостьянов, Н.Н. Ефимов, Н.В. Федорова, С.В. Скубиенко //Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2009.№1. С.64-68. https://cyberleninka.ru/article/n/matematicheskoe-modelirovanie-protsessa-gazifikatsii-tverdogo-topliva.

8. Берг И.А., Гордеев С.И., Кисельников А.Ю., Худякова Г.И., Худяков П.Ю. Моделирование процессов тепло – массопереноса для разработки аппарата вихревой газификации твердых топлив малой производительности // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=15350 (дата обращения: 05.02.2026).

9. Баскаков, А.П. Физико-химические основы тепловых процессов / А.П. Баскаков,Ю.В. Волкова. – М.: Теплотехник, 2013. – 173 с.

10. Dubinin, A.M. Filling impeded circulating fluidized bed reactor for methane steam reforming optimum parameters / A.M. Dubinin, S.E. Shcheklein, V.G. Tuponogov, M.I. Ershov, Yu.A. Kagramanov //International Journal of Hydrogen Energy, IJHE,2015. № 13-14. C. 177-178. https://cyberleninka.ru/article/n/optimalnye-parametry-reaktora-s-zatormozhennym-nasadkoy-tsirkulyatsionnym-psevdoozhizhennym-sloem-dlya-parovoy-konversii-metana

11. Hernandez, J. Gasification of biomass wastes in an entrained flow gasifier: Effect of the particle size and the residence time / J. Hernandez et al. // Fuel Processing Technology. 2010. Vol. 91. P. 681–692.

12. Kiso, F. A simulation study on the enhancement of the shift reaction by water injection into a gasifier / F. Kiso, M. Matsuo // Energy. – 2011. – Vol. 36. – P.4032–4040.

13. Ланцева, В.Ю. Оценка эффективности газификации угля марки для использования в парогазовых установках /В.Ю.Ланцева., Е.А.Гусева, Константинова, М.В.Жуматов, А.Б. Ахмедов,М.И. Дусназарова// Уголь. 2025. № 6 (1194). С. 109-113.

14. Новоселова,М.С. Перспективы использования синтез-газа в газотурбинных установках / М. С. Новоселова, Г. Р. Мингалеева, Г. Е. Марьин, А. В. Титов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2024. Т. 26. № 1. С. 131-143.

15. Марьин, Г. Е. Критерии выбора составов топлив при их сжигании в газотурбинных установках с незначительными переделками топливной системы / Г. Е. Марьин, Б. М. Осипов // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2020. – Т. 24, № 2(151). – С. 356-365.

16. Marin, G. E. A study on the operation of a gas turbine unit using hydrogen as fuel / G. E. Marin, D. I. Mendeleev, B. M. Osipov // Journal of Physics: Conference Series : International Conference on Aviation Motors, ICAM 2020, Moscow, 18–21 мая 2021 года. Vol. 1891. – IOP Publishing Ltd: IOP Publishing Ltd, 2021. – P. 012055. – DOI 10.1088/1742-6596/1891/1/012055.