Термихимическая рекуперация теплоты отработавших газов в парогазовых установках: термодинамический анализ

Рассмотрена схема парогазовой установки с термихимической рекуперацией теплоты дымовых газов с использованием парового реформинга метана. Суть термихимической рекуперации заключается в использовании теплоты дымовых газов для эндотермического процесса реформинга метана с получением нового синтетического топлива. Приведены результаты термодинамического анализа теплового цикла парогазовой установки при температуре на входе в газовую турбину 1500 и 1600 °C и давлении в камере сгорания от 2 до 4 МПа. Термодинамический анализ теплового цикла парогазовой установки выполнен с использованием пакета программ Aspen HYSYS, а анализ парового реформинга метана — методом минимизации свободной энергии Гиббса. Показано, что эффективность термихимической рекуперации теплоты дымовых газов зависит от условий процесса, таких как давление, температура и состав исходной реакционной смеси. Повышение температуры и отношения пара к метану увеличивает тепловой эффект реакции и эффективность реформинга метана, тогда как рост давления снижает эти параметры. Установлено, что термихимическая рекуперация теплоты может повысить эффективность традиционной парогазовой установки на 3–5%. Например, КПД парогазовой установки составляет 59% без термихимической рекуперации и 64% с термихимической рекуперацией при температуре на входе в турбину 1600 °C и коэффициенте сжатия 30. Тепловые и материальные балансы парогазовой установки с термихимической рекуперацией теплоты представлены в виде энергетических и материальных потоков, согласно которым 45% теплоты дымовых газов рекуперируется в топливном цикле газотурбинного блока и примерно 45% теплоты дымовых газов расходуется в цикле паровой турбины.