Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Магнітогідродинамічні електрогенератори

Один із багатообіцяючих сучасних ефективних методів одержання електричної енергії базується на використанні магнітогідродинамічного ефекту. Оскільки цей метод пов'язаний з видобувними видами палива, опишемо коротко його суть і можливості.

Принцип роботи магнітогідродинамічних електрогенераторів (МГДГ) відомий уже 150 років, проте недостатній рівень науки і техніки не дозволив реалізувати його раніше. Практичні роботи по МГДГ були розпочаті тільки в 1960 році в основному в СРСР і СІЛА й стимулювались метою подальшого підвищення потужності та ККД. енергоблоків ТЕС і знаннями, набутими при дослідженні плазми для здійснення термоядерного синтезу. Цей порівняно вузький розділ фізики почав досить інтенсивно розвиватися в останні два десятиліття, оскільки магнітогідродинамічний ефект дозволяє сконструювати генератор електричного струму без рухомих частинок, тобто без ротора. Але успіхи, досягнуті у процесі розвитку ядерної енергетики, і труднощі, з якими зіткнулися при створенні економічного і довготривалого МГДГ, привели до того, що в Англії, Франції і Японії роботи такого роду були призупинені, а в США і Польщі фінансування на дані розробки обмежені.

Принцип роботи МГДГ полягає в наступному. При протіканні провідної рідини (газу) через перпендикулярно напрямлене магнітне поле, в рідині (газі) індукується електричне поле, перпендикулярне до швидкості руху рідини і до магнітного поля. В цьому випадку справедливе рівняння:

 
 

 


де Н — напруженість магнітного поля, Гс; d — відстань між електродами, см; U - різниця потенціалів, В; V - швидкість руху рідини (газу), см/с.

Потужність в об'ємі каналу дорівнює:

 

де р — питомий опір газу, Ом/см; а — відношення зовнішнього опору кола до внутрішнього.

При русі провідної рідини зі швидкістю 105 см/с у магнітному полі напруженістю 10 гс буде індукуватися електричне поле напруженістю 10 В/см.

У МГД-генераторі газ одночасно є і термодинамічним робочим тілом, і електричним провідником, що ставить до нього протилежні вимоги.

Схема класичного МГДГ - генератора зображена на рис. 1.7. У камері (1) здійснюється згорання палива з підігрітим стиснутим повітрям (р=10атм). Після адіабатичного розширення в надзвуковому соплі (3) газ із величезною швидкістю проходить через магнітне поле при постійній температурі. При цьому, тиск на виході із сопла дорівнює 10-1 атм. У теплообміннику (6) від газу відводиться тепло, а в компресорі (4) тиск газу підвищується до атмосферного перед вихлопом.

 
 

 


Рис. 1.7. Схема класичного МГД-генератора:

1 - камера згоряння; 2 - паливо; 3 - надзвукове сопло; 4 - компресор; 5 - вихід газу;

6 - теплообмінник; 7 - магніт; 8 - повітря; 9 - електроди; 10 – генератор

 

Для того, щоб отримати великі швидкості, отже, й потужності, термодинамічне робоче тіло повинно мати як можна більшу різницю температур DТ = Т1 - Т2, тобто температура Т2 повинна бути якомога меншою. З іншого боку (і в цьому полягає протиріччя), для того, щоб отримати велику різницю потенціалів, повинно бути якомога більше носіїв заряду, які можуть утворитися за рахунок іонізації газу. Цього можна досягти двома шляхами: або підвищенням температури Т2, або за допомогою введення в камеру згорання лужних металів (відомо, що в лужних металах мала енергія виходу електронів). Не бажана при цьому наявність у камері трьохатомних молекул, оскільки в них велика енергія іонізації.

Розглянута схема має досить просту конструкцію і можливість здійснення процесу при відносно низькій електропровідності газу (у 105 разів нижчій, ніж у міді).

До недоліків МГД-генераторів потрібно віднести те що гази, які виходять з МГД-генератора при температурі 2000 °С і передають тепло пару при 550 °С, чи газу при 800-1000 °С, втрачають до 50 % енергії. Окрім того, в МГД-генераторах обмежений термін роботи електродів, що не дозволяє отримати напругу в декілька кіловольт, а вироблення постійного струму такими генераторами потребує включення в схему дорогих громіздких перетворювачів змінного струму.

На ефективність роботи МГД-генераторів і їх конструкцію у значній мірі впливає електропровідність газу. Якби вдалося отримати високу електропровідність газу при кімнатній температурі, то у великій енергетиці турбогенератори давно б уступили місце МГД-генераторам, причому з великими перевагами останніх в одиничній потужності (більше 2000 МВт) і ККД 70-80 %. Проте поки що навіть при температурі 3000 С з добавками іонізація не перевищує 1 -2 %.

Оскільки температура горіння горючих газів складає 2000 -3000 °С, то в газ добавляють речовини, які легко іонізуються, так звані присадки — це сполуки лужних металів (К, Nа, Сs, Li, Rb і ін.). При цьомупроцес відбувається при температурі горіння 3000 °С. Присадки, які іонізуються, вводять у потік робочого газу перед каналом МГД-генератора — соплом розширюючого типу. Введена речовина повинна встигнути випаруватись, розкластися (якщо це сполука) і до моменту входу в канал досягти граничної іонізації, не викликаючи при цьому значного пониження температури. Окрім того, присадка має добре перемішатись із газом і рівномірно розподілитись по перерізу каналу. Конфігурація каналу підбирається так;- щоб відношення тисків на вході і виході дорівнювало 10/1. Основна частина присадок (90-95 %) вловлюється і повертається у контур, але все ж при потужності МГД-генераторів 1000 МВт декілька тисяч тон іонізуючих добавок втрачається з леткими газами у рік. Тому у відкритих МГД-генераторах використовуються лише дешеві присадки, які не потребують складної регенерації, наприклад калій у складі солі К2С03.

ККД МГД-генератора може досягати 0,8-0,9. Проте на практиці він значно нижчий від теоретичного внаслідок втрат енергії на струми Фуко при вході та виході з каналу, спаду потенціалів біля електродів через просторові заряди, теплопередачі через стінки, втрат енергії на електромагніт (оскільки споживана потужність пропорційна відстані між полюсами електромагніта, а ця відстань досягає 1-2 м, що у свою чергу потребує сильних магнітних полів, які можна отримати тільки в електромагнітах із надпровідними обмотками).

Основні технічні проблеми МГД-генераторів можна звести до наступних:

1. Створення надпровідних магнітних систем, де поле 6-10 Тл підтримувалось би в каналі шириною більше 2 м і довжиною до 10 м, по якому рухається потік газу при Т = 2000-3000 °С.

2. Створення матеріалів для стінок каналу і електродів, здатних десятки годин працювати в потоці газів, які містять активні хімічні сполуки.

3. Розробки досконалих систем іонізуючих добавок і вловлювання їх на виході з МГД-генератора.

4. Запобігання забрудненню поверхонь нагріву солями, які випадають, а також корозії цих поверхонь.

5. Розробка пристроїв підігріву повітря до температури 2000 °С, яких поки що не існує.

6. Високоефективного перетворення енергії потоку газу в електричну енергію.

У даний час проробляються і досліджуються різні схем;: і елементи установок на газоподібному, рідкому і твердому хімічних горючих, а також на ядерному паливах. Наприклад, теплова схема МГД-генератора потужністю 450 МВт, яка працює на вугіллі: канал МГД-генератора має довжину 18 м із діаметром на вході 0,9 м, а на виході - 1,8 м. Розрахунки показали, що споживання вугілля складає 93 т/год, розхід тепла 6530 Дж/кВт. год, ККД - 55 %.

 
 

• Зараз ведуться роботи по створенню МГД-генератора потужністю до 1000 МВт і більше, а також рідиннометалічних і твердометалічних МГД-генераторів. У твердометалічних МГД-генераторах проблема вирішується так: при внутрішньому ході поршнів, які виготовлені з високо провідного матеріалу (наприклад міді), між ними стискується повітря, а потім відбувається самозагорання і згорання поданого через форсунку горючого. При зовнішньому — відбувається процес генерації електроенергії при пересіканні поршнями магнітного поля. Струм виникає у поршнях перпендикулярно напрямку їх руху і полю і відбирається в зовнішнє коло через електроди. Схема комбінованої МГД-електростанції зображена на рис. 1.8.

Суміш кисню 1 з повітрям 2 подається компресором 3 в підігрівач 4. Після добавки іонізуючих присадок 5 і палива 6 вся суміш спалюється в камері згоряння 7. Проходячи через МГД-генератор 8, гарячі гази поступають у теплообмінник 9, в якому віддають частину своєї теплової енергії циркулюючій воді. Охолоджені гази проходять через поглинач іонізуючих присадок 10 і, в подальшому, через димохід відводяться в атмосферу. Перегрітий пар, який утворюється в теплообміннику (парогенераторі), приводить у дію турбогенератор 11, а відтак проходить через конденсатор 12. Конденсат перекачується насосом ІЗ в резервуар, звідки його знову направляють у теплообмінник.

 

Контрольні запитання

1. Наведіть дамі про виробництво електроенергії, прибуток та середню тривалість життя для деяких країн світу.

2. Охарактеризуйте динаміку зростання населення Землі по регіонах до 2100 року.

3. Наведіть схему кругообігу енергії на нашій планеті.

4. Які джерела енергії належать до відновлювальних, а які до невідновлювальних?

5. Наведіть дані про світові запаси вугілля, природного газу, торфу і ядерного палива.

6. Дайте оцінку корисних копалин, які видобуваються в Україні.

7. Який компонентний вміст палива?

8. Які основні властивості твердого і рідкого палива?

9. Запишіть реакцію спалювання вугілля, природного газу і нафти.

10. Нарисуйте просту схему паросилової установки, а також схему перетворення енергії на ТЕС.

11. Наведіть схему та поясніть принцип роботи МГД-генератора.

12. Назвіть проблеми, які стримують широке впровадження МГД-генерзторіп.

 

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Перелік питань модульної контрольної роботи. 1. Сутність та призначення інвестицій, класифікація інвестицій | По типу рабочего цикла


Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных