1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Энергия ВТЯР может быть использована аналогичным образом и для газификации угля 111, 121. В первом случае теплота, получаемая от ВТЯР, расходуется в процессе паровой каталитической конверсии метана и на производство пара. При паровой газификации угля теплота реактора расходуется на обогрев газогенератора н производство пара. Требуемые температуры теплоносителя ядерного . реактора зависят от сорта угля н лежат в пределах от 1000 до 1200 К. По существующим оценкам [!1! примене-.
ние теплоты ядерных реакторов в процессах газификации угля позволяет снизить его расход в 1,б раза на единицу получаемого продукта. В металлургическом производстве за счет теплоты от ВТЯР можно получать и нагревать восстановительные газы, используемые затем в доменном производстве нли в прямом восстановлении железа из руды. В этом случае в топливно-энергетнческом балансе черной металлургии можно уменьшить потребление кокса (на 20 — 50 %), природного газа (на ЗΠ— 45%), а также энергоресурсов, требуемых для получения электроэнергии н низкопотенцнальной теп.
лоты (горячей воды и пара), на производство которых обычно расходуются доменный и коксовый газы. 43 В качестве исходных веществ для производства восстановительных газов могут быть использованы уголь, природный газ или вода. Любой из этих видов сырья может быть преобразован в водород или смесь водорода с окисью углерода при помощи энергии ВТЯР. Бескоксовая металлургия хорошо сочетается с ядерными реакторами как по требуемому уровню температур (1025 †11 К), так и по структуре энергопотребления.
Рис. 1.6. Принципиальная сиена ядерно-металлургического комплекса: ! — агрегат первичной конверсии метана; 2 — подогреватель водорода; 2 — вароге. нерзтар; 4 — турбоагрегат; 6 конденсатор; 6 — насос! 7 — ядерный реантор; 6— агрегат вторичной конверсии метана; 9-агрегат прямого восстаповтепня железа; И вЂ” электрепечь При прямом восстановлении железа удается получить свободную от примесей серы'и фосфора железную губку— - полуфабрикат для производства высококачественных углеродистых и легированных сталей. Возможная схема использования теплоты ядерного реактора при производстве губчатого железа показана на рнс. 1.5.
Ядерно-энергетическая установка базируется на реакторе типа ВТГР . с температурой гелия на выходе из активной зоны 1225 К и слугкнт для обеспечения электроэнергией и высокопотенциальной теплотой процессов паровой конверсии природного газа и подогрева водорода, используемого для получения губчатого железа. Контур восстановления железа является по существу контуром циркуляции водорода при давлении 2,5 — 3,0 МПа.
Большой восстановительный потен. 44 циал водорода позволяет использовать трудновосстанови. мые железорудные материалы, что может расширить сырьевую базу черной металлургии [10,!3, 141. Высокотемпературные ядерные реакторы могут быть использованы длй производства товарного водорода путем термохпмического илн термоэлектрохимического разложеуггбй !ту 77гбг,збз,зба,сз,йаз 0 Рис. 1.6. Ядерная энерготекиологнческая установка по проиэиодстну водорода в комбинированном сернокислотном цикле и электроэнергии: 1 — реактор; 2 — теплеабменннк; 2 — газодувка; 4 — термплнэер Нз50с 6 паротаиератор; 6 нспврвтель Нз50 ' 7 — сепаратор.парогенератор; 6 — промышленная ЕМКОСТЬ; 9 — ЭЛЕКтРОЛИЭЕР Нззбс ге — СЕПВРатЕР; 11 — КОМВРЕССОй; 12 — баРабаисепаратор: м — турбеагрегат1 14 - пнркуляцпояный касас; !6 — парагенератор; !6 гелневая газадувка 'ния воды, а также путем высокотемпературного электро-лиза.
Суммарная эффективность использования теплоты ВТЯР в таких процессах может достигать 50 — 60$, обеспечивая благоприятные предпосылки для создания на их основе атомно-водородных комплексов, Одним из перспективных циклов получения водорода пз воды (КПД 45— 50127) является, например, описываемый! в гл. 4 двухстадийный термоэлектрохимический процесс, основанный на электролизном получении серной кислоты. Ядерный реактор в этом случае (рис. 1,6) служит как для подвода теплоты в процессе термического разложения серной кислоты (1075 — 1125 К), так и для выработки электроэнергии, необходимой для электролиза.
Перспективным как с точки зрении технологичности процесса, так и с точки зрения 45 . термодинамической эффективности предстанляется и высокотемпературный электролиз водяного пара 1см, гл. 3). Важная особенность современной атомной энергетики — невыгодность использонания атомных электростанций в перемени>нх режимах. Поэтому целесообразно использование крупных ядерных энергетических установок в режиме постоянной базовой нагрузки.
Наилучшие результаты могут быть получены при многоцелевом комплексном использовании энергии ядерных реакторов, Такое решение позволит обеспечить необходимун> эксплуатационную гибкость этих установок, существенно расширить масштабы их использования с целью более полного замещения оргашщеского топлива ядерным. Полная номинальная нагрузка особенно важна для вводимых в настоящее время в строй атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах. При проектировании ВТЯР полезно использовать и энергию мощных-источников гамма-излучения для крупномасштабных радиационных производств.
Создание подобных энергорадиационно-химических установок может существенно повлиять на масштабы и экономические показа'тели развития водородной энергетики на базе ВТЯР. Замена энергоисточников на органическом топливе ядерными сопровождается изменением структуры стоимости конечной продукции, которое связано с сокращением затрат па топлино и возрастанием удельных капиталовложений, сильно зависящих. от мощности реактора, Поэтому экономическая эффективность использования ядерных энергоисточников тем выше, чем больше удельное вытеснение органического топлива ядерным горючим, ниже удельный расход ядерного горючего на выработку теплоты, ныше коэффициент использования теплоты в энерготехно.логическом цикле рассматриваемого производства, больше единичная мощность используемых ядерных реакторов и производительность технологических агрегатов, проще и дешевле технические средства передачи теплоты из активной зоны ядерного реактора н рабочий объем технологического агрсгата, меньше тепловые потери и энергозатраты на циркуляцию теплоносителя.
В б олее далекой перспективе после освоения управляемого термоядерного синтеза и создания промышленных термоядерных высокотемпературных реакторов рассмот- осущестренные энерготехнологические процессы могут осуще вляться с использованием этих реакторов, Эффективность преобразования энергии нейтронов 14 МэВ в бланкете 16 таких реакторов в теплоту при 2000 †25 К с последуйщим получением водорода в термохимических, комбинированных и высокотемпературных электрохимических процессах по предварительным оценкам может достигать б0 — 70% Возможности использования солнечной энергии и других возобновляемых энергоресурсов для производства водорода Энергия излучения Солнца может быть нсцользовзяз для получения водорода нз воды лнбо непосредственно з фотохимических процесса>ь либо после преобразования ее з другие виды знергнн — теплоту нлн электроэцергню.
Важными особенностями излучения Солнца кзк знергонсточннкв являются относительно низкий поток энергии солнечного излучения (несколько сотен ватт на квадратный ' метр) н большие суточные н сезонные колебання интенсивности нзлучення, т. е, низкие знвчення фактора годовой работы источника, не превышающие 25— ЗО Зз, а н среднем состазляющяе 15 — 20 З>ю В связи с этим затрудняется непосредственное 'нсцольэованне солнечной энергии для пронзводстзз электрознергнн, теплоты н водорода как промежуточного продукта в крупномасштабных знерготехнологнческнх комплексах. Н настоящее з- т)нзлю Рнс. 1.7 Возможные схемы получения водорода электролнзом воды зз счет солнечной энергии: ! — зарогевератар; 7 — турбоагрегат; 3 — коалексатор; З вЂ” насос; б — лреебразавателькое устройство; З вЂ” зраготевлеаве раствора; 7 — храавлвше водорода; З— алектралазер, З вЂ” фатазлектрогеаератор; !З вЂ” концентратор селвечвого излучения время Непосредственное использование солнечной энергии дяя производства водорода рассматриваетсн главным образом как метод аккумулирования солнечной энергии н как один нз возможных способов получения товарного водорода.
Возможны, например, следующие схемы элекгролитического получения водорода за счет солнечной энергии; электролиз воды электрическим током, вырабатываемым путем прямого преобразования энергии излучения Солнца в электроэнергию с помощью солнечных батарей, и электролиз воды электрическим током, вырабатываемым тепловой солнечной станцией в паровом цикле обычного типа (рис.
!.7). Общая эффективность схемы, показанной на рис. 1,7,а, составляет от 5 до !2 % (при КПД электролизера 75 — 80 ига н КПД кремниевых фотобатарей !6 — 20 %с). Общая эффективность схемы иа рис. 1,7,6 при прежнем значении КПД злектролнзера достигает 21 % при температуре пара на входе в турбину 825 К и на выходе 300 К. При использовании фогобатарей вольт-ампериые характеристики источника и электролнзера должны быть согласованы таким образом, чтобы работа установки в целом осуществлялась в оптимальном г режиме с максимальным КПД.
Однако вольт-амперная характеристика фотобатареи изменяется в зависимости от мощности падающего излуче. ння и температуры фотобатэреи. В 116) на основе экспериментального изучения работы фотобатарей различных типов установлено, что средний КПД системы кремниевая фотобатарея — электролизер составляет 5 — 6 %, а производительность ее на единицу площади фотобатарей— 1,6 — 2 кг Не и-' в год.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
