Циклы и устройства прямого преобразования теплоты в электроэнергию

Циклы установок с магнитогидродинамическим генератором

Магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор) - энергетическая установка, в которой энергия рабочего тела, движущегося в магнитном поле, преобразуется непосредственно в электрическую энергию.

Прямое (непосредственное) преобразование тепловой энергии является главной (основной) особенностью МГД-генератора, отличающую его от генераторов электромашинных.

Процесс генерирования электрического тока в МГД -генераторе основан на явлении электромагнитной индукции, т.е. возникновении электрического тока в проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля. При этом проводником является рабочее тело в виде ионизированного электропроводного газа (плазма), электропроводной жидкости (электролит) и жидких металлов.

Такое рабочее тело состоит из свободных электронов и положительных ионов, при движении по электромагнитному каналу вырабатывает (генерирует) электрическую энергию, которая через электроды, вмонтированные в боковые стенки канала, отводится во внешнюю цепь и далее потребителю.

Системы с МГД-генератором могут работать по открытому и замкнутому циклам. В открытом цикле продукты сгорания используемых топлив после их обогащения присадками щелочных металлов вытекают из сопла в канал МГД-генератора и генерируют электрический ток, затем после удаления присадок выбрасываются в окружающую среду. В замкнутом цикле тепловая энергия, полученная при сжигании ископаемого топлива, передается в теплообменнике рабочему телу, которое, пройдя МГД-генератор, возвращается с помощью компрессора или насоса, замыкая цикл.

Источниками теплоты являются реактивные двигатели, ядерные реакторы и другие устройства.

Рабочим телом являются продукты сгорания топлива и инертные газы (аргон) с присадками щелочных металлов (или их солей); а также пары щелочных металлов; смеси паров и жидких щелочных металлов; жидкие металлы и электролиты.

Степень ионизации рабочего тела (плазмы) определяется его температурой: чем выше температура, тем больше степень ионизации. При температуре 2300 - 4000 °С плазма низкотемпературная, а выше, когда в плазме начинается расщепление атомных ядер, плазма высокотемпературная (-10000 К). С учетом возможностей современной техники температура плазмы снижается путем введения в газ ионизирующих присадок, например, пары щелочных металлов (калий, цезий и др.). Для газообразных продуктов сгорания органического топлива температура снижается до 2300-2800°С.

Простейшая схема открытой установки с МГД-генератором, работающей на органическом топливе, представлена на рис. 4.14.

Схема установки с МГД -генератором

Рис. 4.14. Схема установки с МГД -генератором

В камеру сгорания 1 подается атмосферный воздух компрессора 2 под давлением 0,3 - 0,5 МПа, после смешивания его с топливом смесь поджигается. Для достижения необходимой температуры в камеру сгорания дополнительно подается под давлением кислород и в продукты сгорания вводятся ионизирующие присадки, в результате продукты сгорания переходят в плазменное состояние с температурой ~ 2500 2800 °С. Затем плазма поступает в разгонное сопло 3, в котором скорость повышается до 800 м/с, а давление снижается до атмосферного ~ 0,1 МПа и температура примерно до 2000 °С.

В дальнейшем плазма поступает в канал 4 МГД-генератора, где пересекает магнитное поле, создаваемое электромагнитами 5. В результате генерируется электрический ток, который снимается с электродов 6 и направляется к потребителю 7.

По мере прохождения плазменного потока через канал 4 скорость его уменьшается, поэтому канал выполняется расширяющимся, а в идеальной установке скорость будет нулевой, т.е. кинетическая энергия потока полностью превращается в электроэнергию.

После выхода из канала 4 газы проходят специальный охладитель, в котором ионизирующие присадки выпадают в виде порошка и используются повторно для ионизации газа. А продукты сгорания выбрасываются в атмосферу.

Выходящие газы из МГД -генератора направляются в парогенератор 8, где они охлаждаются до температуры 150 - 170 °С, нагревая питательную воду до получения водяного пара, который используется в паровой турбине 9 для привода генератора переменного тока 10. Отработавший пар поступает в конденсатор 11, после его конденсации полученная питательная вода насосом 12 повторно подается в парогенератор 8.

Преимущества установок с МГД -генератором следующие :

- более высокая начальная температура рабочего тела;

  • - наибольший КПД (~ 50 + 60 %);
  • - отсутствие движущихся узлов и деталей;
  • - возможность получения больших мощностей в одном агрегате (500 -1000 МВт).
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >