Снижение выбросов СО2 при сжигании газообразных топлив в котлах

Б.А.Рыбаков, к.т.н. – ООО “СК-Инжиниринг”

М.А.Савитенко – АНО “Центр исследований и научных разработок в области энергетики “Водородные технологические решения”

Одним из способов снижения удельных выбросов СО₂ котлах является повышение КПД котла с помощью конденсации водяных паров дымовых газов.

При сжигании природного газа использование теплоты конденсации водяных паров дымовых газов КПД котельного агрегата можно увеличить на 10÷11%.

Полученный конденсат будет насыщен углекислым газом.

Для использования конденсата углекислый газ необходимо удалить с помощью декарбонизатора.

Одним из способов нейтрализации углекислого газа, растворённого в конденсате, является добавление едкого натра.

При сжигании природного газа в составе дымовых газов будут присутствовать следующие компоненты:

• Азот
• Кислород
• Углекислый газ
• Водяной пар
• Оксиды азота

При конденсации водяных паров можно получить дополнительную тепловую энергию. Если дополнительное тепло не требуется, то можно уменьшить расход природного газа. При уменьшении расхода природного газа пропорционально уменьшатся выбросы в атмосферу углекислого газа.

Вторым способом уменьшения выбросов углекислого газа является переход на сжигание водорода. При сжигании водорода не образуется углекислый газ.

При сжигании водорода в атмосферу будут выбрасываться следующие компоненты:

• Азот
• Кислород
• Водяной пар
• Оксиды азота

Высшая теплота сгорания водорода равна 140 МДж/кг, а низшая – 120 МДж/кг, следовательно применение коденсационных котлов для сжигания водорода позволит получить на 18% больше тепловой энергии, чем при сжигании природного газа.

Поскольку полученный конденсат не будет содержать углекислого газа, его можно использовать как для подпитки котла, так и в качестве воды для получения электролита, который необходим для выработки водорода в электролизёре.

Полученный конденсат можно также использовать для производства пара, который нужен для получения водорода из природного газа методом паровой конверсии.

Третьим вариантом снижения выбросов в атмосферу углекислого газа является сжигание в котле смеси природного газа и водорода, или водородсодержащего газа.

Для обеспечения теплом удалённых потребителей можно рассмотреть следующие варианты:

• Котлы, работающие на пропан/бутане;
• Котлы, работающие на природном газе;
• Котлы, работающие на водороде;
• Котлы, работающие на смеси природного газа и водорода.

При этом нужно обеспечить подвоз топлива на далёкие расстояния.

В таблице 1 приведены значения низшей теплоты сгорания различных веществ:

Удельная теплота сгорания веществ, МДж/кг

Из этой таблице видно, что самое высокое значение массовой теплоты сгорания имеет водород.

Выше отмечалось, что при сжигании водорода в конденсационном котле с каждого килограмма водорода можно получить 140  МДж тепловой энергии.

Водород можно получать из воды в электролизёре с помощью ветровой или солнечной электроэнергии.

В качестве воды для получения водорода можно использовать конденсат, получаемый в конденсационном котле.

Такое техническое решение позволяет обеспечивать удаленных потребителей «зелёной» электроэнергией и «зелёным» теплом.

Если сравнить массовый расход водорода, сжигаемого в конденсационном котле, с массовым расходом других видов топлива, сжигаемых в обычных котлах при одинаковом количестве вырабатываемой тепловой энергии, то получим следующие соотношения:

• Массовый расход природного газа / массовый расход водорода – 2,92.
• Массовый расход пропана / массовый расход водорода – 2,95.
• Массовый расход дизельного топлива / массовый расход водорода – 3,29.
• Массовый расход мазута / массовый расход водорода – 3,57.

Следовательно,  удельная стоимость доставки водорода должна быть ниже стоимости доставки других энергоносителей.

Необходимо отметить, что при уменьшении массовой теплоты сгорания горючих веществ увеличиваются выбросы в атмосферу углекислого газа, поскольку в химическом составе этих вещества увеличивается массовое отношение углерода к водороду – С/Н, а массовая теплота сгорания углерода равна 34,1 МДж/кг, что существенно ниже массовой теплоты сгорания водорода.

Дата публикации: 24.04.2021