Використання високотемпературних ядерних реакторів для енерготехнології

Abstract

Можливість використання високотемпературних газоохолоджувальних ядерних реакторів для виробництва не тільки електричної енергії, а і для забезпечення високопотенційною тепловою енергією інших (неелектричних) технологій дозволить значно розширити застосування ядерної енергії та зменшити витрати органічних палив і, відповідно, знизити техногенне навантаження на довкілля. Розглянуто застосування таких реакторів в атомних енерготехнологічних установках, що виробляють електричну енергію і забезпечують високопотенційною тепловою енергією процеси конверсії викопного палива – природного газу та вугілля. Визначено напрями та проблеми використання високотемпературних газоохолоджувальних ядерних реакторів у неелектричних технологіях, зокрема для виробництва водню, синтез-газів та відновлювального газу для чорної металургії. До теплотехнологічного дослідження атомних енерготехнологічних установок входить, по-перше, вибір хіміко-технологічних процесів, що реалізуються у відповідних схемах, як-от парова конверсія природного газу, газифікація твердого палива водяною парою або двоокисом вуглецю, відновлення заліза з руди, доконверсія окису вуглецю в синтез-газі та інших; по-друге, визначення зв'язків між технологічними та енергетичними характеристиками процесів; по-третє, розроблення критеріїв, що оцінюють ефективність установок та на їх основі вибір раціональних технологічних процесів, найвигідніших параметрів схем та оптимальних технологічних та енергетичних параметрів процесів, оптимальних конструктивних та габаритних характеристик обладнання. Визначено задачі теплотехнологічного дослідження атомних енерготехнологічних установок. Наведено принципові технологічні схеми атомних енерготехнологічних установок з вироблення водню паровою конверсією природного газу та з вироблення водню та електроенергії. Показано результати розрахунків наведених технологічних схем з визначенням можливої економії викопного органічного палива. The possibility of using high-temperature gas-cooled nuclear reactors (HTGR) for the production of not only electrical energy, but also for providing high-potential thermal energy for other (non-electric) technologies will allow to significantly expand the use of nuclear energy and reduce the consumption of organic fuels and, accordingly, reduce the technology-related burden on the environment. The article examines the possibilities of using HTGR in nuclear power technological installations (NPTI), which produce both electrical energy and provide high-potential thermal energy for the conversion processes of fossil fuels – natural gas and coal; production of hydrogen, synthetic gases and reducing gas for ferrous metallurgy. The areas and issues of using HTGR in non-electrical technologies have been determined. The thermal and technological research of NPTI includes, firstly, the selection of chemical and technological processes implemented in relevant schemes, such as steam conversion of natural gas, gasification of solid fuel with water vapor or carbon dioxide, recovery of iron from ore according to various schemes, pre-conversion of carbon monoxide into synthesis – gases and others; secondly, the determination of connections between technological and energy characteristics of the processes; thirdly, the development of criteria that assess the efficiency of installations and, based on them, the selection of rational technological processes, the most profitable parameters of the schemes and optimal technological and energy parameters of the processes; optimal design and overall characteristics of the equipment. The tasks of NPTI thermal and technological research have been defined. The principal technological diagram of NPTI for the production of hydrogen by steam conversion of natural gas and for the production of hydrogen and electricity has been presented. The calculation results for the above technological diagrams have been presented with determining the possible saving of fossil organic fuel.