Сибирский федеральный университет

Современные экспериментальные и теоретические исследования, направленные на модернизацию энергетической отрасли с целью её экологизации, имеют высокую актуальность и востребованность. Сейчас энергетика большинства регионов России основывается на переработке угля. Традиционные способы получения электроэнергии из этого материала приводят к большому количеству вредных выбросов в окружающую среду. Однако уже существуют высокоэкологичные способы сжигания угля, например, технология парогазовых установок с внутрицикловой газификацией (ПГУ с ВЦГ или integrated gasification combined cycle, IGCC).

Учёные СФУ предложили объединить эту относительно новую технологию с ещё одной зелёной разработкой в области энергетики — поточной газификацией угля в среде CO₂-H₂O-O₂. В результате такой переработки топлива легче улавливать углекислый газ, поскольку дымовые газы в этом случае состоят из смеси CO₂ и H₂O (без азота). Улавливая и утилизируя большой объём углекислого газа, можно значительно уменьшить углеродный след в энергетике.

«При газификации угольного топлива в среде CO₂-H₂O-O₂ весьма сложно выбрать режим работы установки. Устойчивое воспламенение и высокая эффективность конверсии зависит от множества факторов. Мы провели систематическое численное исследование зависимости физико-химических процессов поточной газификации угля в среде CO₂-H₂O-O₂ от таких важных режимных параметров как коэффициент избытка кислорода, концентрация кислорода в дутье и количество подаваемого пара», — заявил соавтор исследования, старший научный сотрудник лаборатории низкоуглеродной металлургии и энергетики СФУ Виктор Кузнецов.

Учёные разработали численную методику математического трёхмерного моделирования рассматриваемых процессов газификации угля. С помощью предложенной методики исследовали процессы кислородной газификации: установили зависимость состава синтез-газа, химического КПД, механического недожога, стабильности воспламенения и газификации от параметров подачи дутья.

«Для успешной реализации технологии IGCC необходимо разработать стратегии оптимального управления этими параметрами. Это позволит достичь стабильного и эффективного процесса газификации угля, что в свою очередь приведет к увеличению энергетической эффективности и снижению негативного воздействия на окружающую среду. Такие исследования будут способствовать развитию и совершенствованию технологии IGCC, что является важным направлением в области энергетики и экологии», — добавила инженер-исследователь лаборатории низкоуглеродной металлургии и энергетики СФУ Дарья Божеева.

По словам экспертов, полученные результаты пригодятся инженерам-исследователям, проводящим научно-исследовательские и конструкторские работы по проектированию новых энергетических установок.

«Новые способы переработки угля, такие как технология парогазовых установок с внутрицикловой газификацией, в будущем могут заменить традиционные котлы на ТЭС. Говорить о сроках, когда это произойдёт, пока рано: требуется комплексная модернизация оборудования, большая мощность — это приведёт к высокой стоимости сооружений. В настоящее время в России технологии ПГУ с ВЦГ находятся в стадии опытно-конструкторских работ, однако в обозримом будущем, по мере внедрения, они смогут уменьшить вредные выбросы от угольных ТЭС, в том числе снизить углеродный след», — резюмировали учёные СФУ.