ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Компрессорные, холодильные, криогенные машины и установки (П. И. Пластинин, А. М Архаров) из "Теплотехника " Одно из главных направлений научно-технического прогресса в энергетике связано с повышением КПД преобразования и получения энергии путем увеличения начальной температуры рабочего тела и исключения промежуточных ступеней преобразования энергии. Перспективными в этом отношении являются энергетические установки с МГД-генераторами. [c.289] МГД-генераторы работают с высокой начальной температурой и не имеют движущихся частиц. [c.289] В МГД-генераторе используется низкотемпературная плазма (Т 3000 К), движущаяся с большой скоростью wx 1000 м/с) поперек магнитного поля, создаваемого специальными сверхпроводящими магнитными системами. Использование МГД-генератора позволяет повысить КПД тепловой электростанции от 40 — 42 до 50%, а в перспективе и до 60%, обеспечивает значительную экономию топлива, уменьшение тепловых потерь и выбросов вредных веществ в окружающую среду. [c.289] Конструктивно МГД-генераторы различаются конфигурацией и размерами каналов. Наиболее распространенным и простым является линейный канал прямоугольного сечения, расширяющийся по пути потока плазмы. В дисковых МГД-генераторах канал образуется стенками, расположенными по радиусу, на которые опираются верхний и нижний диски. В коаксиальных (вихревых) МГД-генераторах плазма подается тангенциально в полость между двумя цилиндрическими электродами. Если зазор между электродами невелик, то при той же длине взаимодействия плазмы с магнитным полем коаксиальный МГД-гене-ратор по своим параметрам близок к линейному. [c.289] Геометрия канала линейного МГД-генератора установки У-25 ИВТАН мощностью 25 МВт, созданной в Институте высоких температур АН СССР, выбиралась из условия поддержания по длине канала в номинальном режиме постоянной околозвуковой скорости примерно равной 900 м/с. Электроды — секционные, с шагом 60—100 мм, длина канала 6,4 м, высота проточной части 0,38 — 0,42 м ширина канала на выходе 1,.34-2 м. [c.289] В этом генераторе электроды выполнены из керамики 2г02 с различными добавками, а изоляторы из окиси магния М 0. В ряде МГД-генераторов используются электроды из меди и высокотемпературных сплавов на основе никеля, хрома и вольфрама, а также порошковых материалов на основе хромитов. В качестве материала для изоляторов часто применяется окись алюминия А12О3. [c.289] МГД-генератор — установка прямого преобразования тепловой энергии в электрическую в результате возникновения тока в плазме, движущейся поперек магнитного поля. [c.289] Удельная мощность Л/уд любого МГД-генератора пропорциональна квадрату скорости плазмы и квадрату индукции магнитного поля в канале генератора, т. е. ЛГуд w B . Для создания магнитного поля в канале МГД-генератора используются специальные магнитные системы, которые должны при минимальных значениях энергии, размеров и массы обеспечить получение необходимых значений величины и конфигурации магнитного поля. Эта задача может быть решена только сверхпроводящими магнитными системами. [c.290] Наиболее перспективными, получившими признание, являются трековая (рис. 1.1,а), соленоидальная (рис. 7.7,6) и седлообразная (рис. 7.7, в) обмотки магнитных систем. Соленоидальная обмотка наиболее удобна для дисковых МГД-генераторов и других генераторов малой мощности. Для генераторов большой мощности наиболее перспективна седлообразная обмотка, так как она имеет меньшие размеры и наибольшее отношение индукций магнитного поля в обмотке и в канале генератора. [c.290] Для промышленных МГД-генераторов мощностью N 250 МВт индукция магнитного поля в канале генератора должна составлять приблизительно 6 Тл. В качестве материала для сверхпроводящих обмоток обычно используется сплав NbT , который при температуре 4,2 К имеет максимальную индукцию Вшах 8,5 Тл. [c.290] Сверхпроводящая магнитная система характеризуется наиболее высокими стоимостью и металлоемкостью по сравнению с другими частями МГД-генератора. Так, для МГД-электростан-ции мощностью N = 6СЮ МВт магнитная система седлообразного типа имеет максимальную индукцию в объеме системы 7,5 Тл, запасаемую в обмотке энергию 6-10 Дж, полную массу 1,7-10 кг, внешний диаметр криостата 11,5 м и полную длину системы 22 м. [c.290] Комбинированные установки с МГД-генераторами могут работать как по открытому, так и по замкнутому циклу в зависимости от степени использования теплоперепада в цикле. Наиболее простой является схема открытого цикла, в которой плазма, пройдя канал МГД-генератора и различные теплообменные устройства, выбрасывается в окружающую среду (рис. 7.8). [c.291] В схемах с замкнутым циклом (ем. рие. 7.5) плазма циркулирует в замкнутом контуре, охлаждается (становится обычным нейтральным газом) в теплообменнике 3 и очищается в специальных фильтрах 4. [c.291] Для более полного иепользования теплоты плазмы и повыщения общего КПД обе схемы могут выполняться с одноконтурной или двухконтурной регенерацией. Так, плазма может последовательно отдавать теплоту в канале МГД-генератора 2 (см. рис. 7.8), регенераторе 3 и теплообменнике 5. [c.291] При больщих степенях расширения е = Рк/Рн Ю работа, совершаемая при изотермическом процессе, будет больше, чем при адиабатном. [c.291] В канале МГД-генератора температура и энтальпия плазмы уменьшаются в результате совершения полезной работы по преодолению движущейся плазмой электромагнитных сил. Однако одновременно происходит джоулев нагрев плазмы при протекании через нее возникающего электрического тока. При этом часть теплоты уходит на нагрев конструкции, а оставшаяся часть увеличивает энтальпию (температуру) плазмы на выходе из канала. Несмотря на дальнейшее использование плазмы во втором контуре энергосиловой установки, джоулев нагрев, как и другие потери, приводит к снижению КПД установки. [c.291] В этих выражениях г),, — механический КПД компрессора, учитывающий потери энергии на преодоление трения р, — электрический КПД МГД-генерат opa, учитывающий потери энергии в электрической цепи 4 — коэффициент, учитывающий потери энергии при теплообмене. [c.292] Анализ полученных выражений показывает, что КПД цикла с регенеративным подогревом выше, чем без подогрева. [c.292] Первая в мире промышленная МГД-электростанция создается в нашей стране на Рязанской ГРЭС. Станция будет работать на природном газе с присадкой порошка углекислого калия.. Продукты сгорания после канала МГД-генератора пройдут через парогенератор производительностью 1000 т/ч, регенеративный воздухоподогреватель и систему специальных электрофильтров для улавливания ионизирующейся присадки. Пар под давлением 24 МПа и с температурой 545 °С поступит в турбогенератор. Мощность турбогенератора — 300 МВз. При этом около 50 МВт будет использоваться для покрытия нужд самой М Г Д-электростанции. [c.292] Вернуться к основной статье