Оглавление:
Энергетические установки с МГД-генераторами
- Одним из основных направлений научно-технического прогресса в области энергетики является повышение эффективности преобразования и производства энергии за счет повышения начальной температуры рабочего тела и исключения промежуточных стадий преобразования энергии. Перспективной в этом отношении является силовая установка с МГД-генератором. МГД-1 Генератор M DG работает на высокой начальной температуре, и ns имеет частицы которые двигают.
Генератор МГД использует низкотемпературную плазму (T»; 3000K), которая движется с высокой скоростью (и%%% 1000 м / с) через магнитное поле, созданное специальной сверхпроводящей магнитной системой, что в дальнейшем позволит существенно сэкономить топливо до 60%, снизить тепловые потери и выброс вредных веществ в окружающую среду. При температуре 2500-3000 К, которая реализуется в современной камере сгорания, в камеру сгорания вводится небольшое количество легко ионизирующих добавок, что создает плазму со степенью ионизации −0,01. Включая щелочные металлы.
Используя МГД генераторы, можно повысить КПД тепловых электростанций с 40-42% до 50%. Людмила Фирмаль
Камера сгорания работает на жидком, газообразном и твердом топливе. Конструктивно МГД-генераторы отличаются конфигурацией и размером канала. Наиболее распространенным и простым является прямой канал по прямой линии, расширяющийся вдоль плазмы channel. In в дисковом МГД-генераторе канал образован стенкой с радиусом, где расположены верхний диск и Нижний диск placed. In коаксиальный (вихревой) генератор M HD, плазма тангенциально подается в полость между 2 цилиндрическими электродами. Если зазор между электродами небольшой, а взаимодействие между плазмой и магнитным полем одинаковое по длине, то параметры коаксиального МГД-генератора близки к линейным.
Геометрия канала U-25 IVTAP-установленного линейного генератора м-ГД мощностью 25 МВт, созданного в высокотемпературной лаборатории АН СССР, была выбрана из условий поддержания постоянной околозвуковой скорости около 9(К) М / С по длине канала в номинальном режиме. Электро-ком имеет шаг 60-100 мм, длина секции 6,4 м, высота проходного сечения 0,38-0,42 м. Ширина выходного канала 1,34-2м. В этом генераторе электрод выполнен из керамики ZrC 2 с различными добавками, а изолятор выполнен из оксида магния MGO.
Многие генераторы M HD используют электроды из высокотемпературных сплавов на основе меди, никеля, хрома и вольфрама, а также порошковые материалы на основе хромита. Глинозем АИ2О3 часто использован как материал изолятора. Линейный генератор M-GD работает как непрерывный электрод и изолятор, когда вся нагрузка уменьшается МГД-иенепароп-установка, которая непосредственно преобразует тепловую энергию в электрическую, в результате чего в плазме появляется ток, движущийся поперек магнитного поля.
Рис. 7.7. 1 * я.1ichi1> 1C II1III. I сверхпроводящая матричная обмотка МГД-I итератор Снимите с 2 электродов крючок и секционный электрод, состоящий из нескольких электродов, отделенных друг от друга other. In в способе, использующем непрерывный электрод, весь ток в плазме протекает под углом к току нагрузки, поэтому появляется составляющая тока, протекающая по каналу, и ток нагрузки уменьшается. Использование поперечного электрода позволяет снизить продольную силу тока (в идеале до нуля) и увеличить удельную мощность. гость м ГД-рет » огненная гора.
Относительная мощность генератора M HD (JV> The) пропорциональна 2 квадратам скорости плазмы и 2 квадратам индукции поля в канале генератора, то есть AgUL〜w2B2. Для создания магнитного поля в канале МГД-генератора используется специальная магнитная система, обеспечивающая требуемое значение величины и конфигурации магнитных нулей при минимуме энергии, габаритов и массы. Эта проблема может быть решена только с помощью сверхпроводящих магнитных систем.
Наиболее перспективными являются магнитные системы отслеживания (рис. 7.7,»), salsoid (рис. 7.7, 6), и типа тухлое (рис. 7.7.в) обмотка. Соленоидные обмотки наиболее полезны для дисковых МГД-генераторов и других генераторов малой мощности. Для генераторов с большой мощностью наиболее перспективными являются обмотки седлового типа. Это связано с тем, что размер индукции магнитного поля в обмотке и канале генератора мал, а отношение индукции магнитного поля максимально.
Для промышленных МГД генераторов с выходной мощностью > 250 МВт индукция магнитного поля в канале генератора должна составлять около 6 т. сплавы NbTf обычно используются в качестве материалов для сверхпроводящих обмоток. Этот сплав имеет максимальную индукцию V₁pah* 8.5 T при температуре 4.2 K. Сверхпроводящие магнитные системы характеризуются высокой стоимостью и металлоемкостью в сравнении с другими компонентами датчиков МГД.
- Так, если емкость Н-600 МВт м ГД-Елец ipoci шток, седло магнитная система имеет максимальную индукцию 7,5 т в объем системы. Энергия, запасенная в обмотках составляет 6-10J, а общая масса составляет 1,7-10, наружный диаметр 11,5 м, общая длина системы составляет 11,5 м. Рисунок 7. 8. Схема установки с использованием МГД-генератора oikpu iofo cycle： I-камера сгорания; 2-МГД генератор. — Регенератор; ^ — компрессор; 5 Теплообменник; 6-турбина; 7-насос Комбинированная установка с генератором M DG может работать как в открытом, так и в незамкнутом цикле, в зависимости от степени использования tsploppeed в цикле.
Наиболее простой является схема разомкнутого контура, при которой плазма, проходя через канал МГД-генератора и различные теплообменные устройства, выделяется в окружающую среду(рис.7.8). В замкнутом контуре(см. рис.7.5) плазма циркулирует в замкнутом контуре, охлаждается теплообменником 3(становится обычным нейтральным газом) и промывается специальным фильтром 4. Оба метода могут быть выполнены с одно-или двухконтурной регенерацией для лучшего использования тепла плазмы и повышения общей эффективности.
Специфическая работа, разработанная МГД-генератором Z, заключается в определении разности энтальпий между входом. Людмила Фирмаль
Кроме того, плазма может непрерывно выделять тепло в МГД-генераторе 2 (см. рис.7.8), регенераторе 3 и теплообменнике 5 каналов. Основы термодинамики Ми б-г оператор (индекс «n»)и выходом (индекс «k»)из канала.、 / = i» — i » = J -, ГГ = cᵣ (7j,-ГД (7.14) b Где cP-средняя теплоемкость в диапазоне температур от Tn до K. Поскольку степень ионизации плазмы в МГД-канале сопротивления газа обычно превышает 1%, его теплоемкость фактически отличается от теплоемкости нейтрального газа.
Если термоизоляционный процесс расширения плазмы в канале =ЛК7?₁ (Тк / Т-1)/(/с-1)= = КРТ. ^ П/〜,,, К-1, (7.15） И эффективность канала термальная или эффективность преобразования энергии Т)р = он — = 1-= = 1-(R. Ua / П / *.(7-16） Актуальные КБК.1 m HD генератор по сравнению с p t ci f Если процесс расширения плазмы в канале является изотермическим, то/ = JTdp (pH / pk). При c = p,/ p>10⁴ работа, выполняемая в изотермическом процессе, больше, чем в процессе теплоизоляции.
В канале МГД-генератора температура и энтальпия плазмы уменьшаются в результате полезной работы, проделанной для преодоления электромагнитной силы, перемещающей плазму. Однако при протекании тока джоулевый нагрев плазмы происходит одновременно time. In в этом случае часть тепла уходит на нагрев конструкции, а оставшаяся на выходе из канала вода увеличивает энтальпию (температуру) плазмы.
Несмотря на дальнейшее использование плазмы во 2-м контуре силовой установки, джоулевый нагрев, а также другие потери, приводит к снижению КПД силовой установки. Термодинамический цикл м основного генератора без регенерации состоит из 34 процессов сжатия газа в компрессоре (см. Рисунок 7.9). 41 нагревает газ в камере сгорания(процесс плазмообразования), раздувает плазму в 12 каналах и охлаждает газ в теплообменнике в 23.
Количество тепла, подводимого к газу при сжатии, согласно этому циклу、 = Ai-iK = Ai(1 — ^ₖ)=(7.17） = cP (TA-T₃) (I-Pk), камера сгорания (процесс p-const） / ₂ = — , (Ti-T₄). (7.18） Количество тепла, выделяющегося при расширении плазмы (потери за счет Джоулевой теплоты и теплообмена с окружающей средой). (7.19)/ С = Р (А-T₂)ф-я — (п −4)] /(П. — У. И количество тепла, передаваемого теплообменником、 дл = СР(T₂-T₃). (7.20） В этих формулах T] k — механический КПД компрессора, учитывающий потери энергии на преодоление трения. q-электрический КПД M основного топливного генератора, который учитывает потери энергии электрической цепи. £ .
Коэффициент, учитывающий потери энергии при теплопередаче. Эффективность преобразования энергии в МГД генераторах в этих условиях ПГ.-0/1 + 42 + / s — / d)/ ( / 1 + 41 + 4z.）- Выражение рассмотреть(7.17)-(7.20)П= 1-(Т₂-Т₃)/ {(Т₄-Т₃) (1-БС + +(Т₁-Т₄)+(Г,-Г₂)[1—01 «-У] /(н з)} (7.21） п * =П> =1 и= 0П/ = 1-(Г₂-Т₃)/(Т1-’Г4)дела. в оборудовании с работой pci(рис.7.9) дополнительное тепло, передаваемое от плазмы к воздуху регенератором, составляет/ p = 6 pCp (T₂-T₄) — st. Регенерация культи).Далее, общая эффективность Nikla Н= 1-[А-А-Ш-МН)/ {(МН- -T₃) (д-Нью-Джерси + (^я-7₄) 4-(Т1-7₂) х х [1-(> к-у] /(н ->)-вр (м-тд {. (7.22)） для n> = Lk » = I и = O, qf = = Я-(Т₄ — Т₄).
Анализ полученной формулы показывает, что эффективность определенного цикла регенеративного нагрева выше, чем в случае отсутствия нагрева. Первая в мире промышленная МГД-электростанция будет построена в японском регионе ларязань. Станция работает с природным газом, содержащим добавки порошка карбоната калия.
Продукты сгорания после канала МГД-генератора проходят через систему специальных электрофильтров, которые улавливают парогенераторы, регенеративные воздухонагреватели и ионизирующие добавки производительностью 1000 т / ч. пар с давлением 24 МПа и температурой 545 с поступает в турбогенератор. Мощность турбогенератора составляет 300 МВт, и около 50 МВт используется для покрытия потребностей самой электростанции.
Смотрите также:
| Основы термоядерной энергетики | Компрессорные машины |
| Термоядерные энергетические установки | Холодильные и криогенные машины и установки |
