Газотурбинные установки с МГД-генератором
Повышение КПД энергетических установок возможно путем увеличения высшей температуры цикла. Это может быть реализовано в цикле комбинированной установки с МГД-генератором, рабочим телом в которой служат продукты сгорания, инертные газы, двухфазные смеси и жидкости. Принцип работы МГД-генератора основан на преобразовании внутренней энергии электропроводящей среды в электрическую при пересечении движущимся рабочим телом силовых линий магнитного поля. Рабочий процесс МГД-генератора аналогичен процессу в газовой турбине, но отличием является отсутствие вращающихся частей. Поэтому МГД-генератор иногда называют электромагнитной турбиной, термодинамический цикл, включающий повышение давления, процесс подвода теплоты, разгон рабочего тела и преобразование энергии в канале МГД-генератора, подобен циклу простой ГТУ. Простейшая установка открытого цикла с МГД-генератором состоит из компрессора, откуда окислитель поступает в камеру сгорания, куда вводится топливо и ионизирующая присадка. Продукты сгорания разгоняются в сопле и поступают в канал МГД-генератора. Электрическая мощность снимаемая на нагрузку с электродов, генерируется в канале. Преимущества метода получения электрической энергии с помощью МГД-генератора по сравнению с традиционным методам электромашинного преобразования в ПТУ или ГТУ заключаются в следующем: · возможность повышения температуры цикла и соответственно КПД установки более чем 50%; · возможность получения высоких удельных мощностей на единицу объема (до 500 Мвт/м3 и более) в единичном блоке; · снижение массогабаритных показателей установки и повышение удельной массовой мощности; · уменьшение температуры газа, выходящего в окружающую среду; · усовершенствование существующих тепловых энергетических установок на базе ПТУ. Техническая реализация этого метода встречает ряд трудностей, главными из которых являются: проблема снижения потерь в рабочем процессе МГД-генератора и создание канала МГД-генератора с большим ресурсом работы, создание магнитной системы с индукцией В³ 4 Тл; обеспечение устойчивой ионизации рабочего тела; выбор высокотемпературных материалов канала. КПД МГД-генератора hмг, определяется аналогично мощностному КПД турбины в виде: hмг = (i*мг – i*м) / (i*мг – i*м.из) где: энтальпии i с индексами мг – высшая температура цикла, м – температура МГД-генератора, м.из – температура изобары. КПД hпр преобразования энтальпии выражается как отношение полезной мощности Nек массовому расходу G и энтальпии i*мг при высшей температуре цикла hпр =Nэл /Gi*мг Отметим, что указанные преимущества установок с МГД-генератором достижимы при hмг>65% и hпр>20%. Значения hмг и hпр зависят от уровня мощности МГД-генератора и расхода рабочего тела. Электрическая проводимость sрабочего тела, необходимая для реализации преобразования энергии с помощью МГД-генератора, должна быть больше 2(Ом×м)-1, что определяется прямо пропорциональной зависимостью удельной мощности МГД-генератора от электрической проводимости. Достижение указанных значений s возможно при использовании продуктов сгорания твердого, жидкого или газообразного топлив, инертных газов с легко ионизируемыми присадками щелочных металлов (натрия, калия или цезия) при термической и нетермической ионизации. Использование жидких металлов или газожидкостных рабочих тел позволяет получить значение s >> 2(Ом×м)-1, но встречает трудности при разгоне рабочего тела. Уровень температуры продуктов сгорания с добавкой легкоионизируемой присадки при выполнении указанного условия должен составлять 2300 – 3500К, а в инертных газах 2000 – 2500К. При нетермической (неравновесной) ионизации газов с присадкой, температура газа может быть уменьшена до 1800К. Примерный термодинамический цикл в t, s координатах таких установок приведен на рис. Термодинамическую эффективность таких установок оценивают при сравнении их КПД с КПД цикла Карно hка. В этом случае приближение КПД анализируемой установки hе к КПД hка определяется коэффициентом x, учитывающим качество установки. x = hе / hка x позволяет оценить эффективность установки и дальнейшие возможности повышения эффективности по мере усовершенствования цикла и схемы установки. Значения x находятся в диапазоне 0.35 – 0.7.
21. Комбинированная установка с МГД-генератором, расположенным за ГТУ, схема приведена на рис.20. Принцип работы установки следующий: атмосферный воздух сжимается последовательно компрессорами К1 – К3 (число компрессоров определяется в результате оптимизации цикла), охлаждаясь в промежуточных охладителях Х, затем поступает в подогреватели П1 – П2, где подогревается газами, выходящими из МГД-генератора. Расширяясь в турбинах Т1 –Т2 (число турбин определяется в результате оптимизации цикла), воздух производит работу, которая частично расходуется на привод компрессоров. После турбины Т2 воздух поступает в высокотемпературный теплообменник Р1 и затем направляется в камеру сгорания Г МГД-генератора, куда подается топливо и легко ионизируемая присадка, например поташ К2СО3. Созданные опытные высокотемпературные теплообменники регенеративного типа с шаровой насадкой позволяют довести предварительный подогрев до 1700 – 2000 К. В камере сгорания температура повышается до 2700 – 3000 К, и рабочее тело после разгона в сопле поступает на рабочий участок канала, где снимается полезная электрическая мощность Nмг. Далее газ идет в теплообменники Р1, П1 – П2, где нагревает воздух, и после выведения присадки выбрасывается в атмосферу. В данной схеме МГД-генератор турбине низкого давления, за которой теплота утилизируется для подогрева воздуха перед турбинами и предварительного подогрева воздуха перед камерой сгорания МГД-генератора. Для облегчения пуска и улучшения регулирования установки на переменном режиме можно располагать дополнительные камеры сгорания г. Мощность комбинированной установки Nе= [Nе мг + ( NтS– NкS)hм](1–Dсм)
где Nе мг – мощность МГД-генератора; NтS– суммарная мощность турбин; NкS – суммарная мощность компрессоров; Dсм – доля затрат мощности на возбуждение обмотки магнита и собственные нужды станции; hм – механический КПД. Пусть степень понижения давления газа в МГД-генераторе РМГ/РМ, тогда умг = (РМГ/РМ)(k-1)/k, где k – показатель адиабаты на участке понижения давления в канале МГД-генератора. Оптимизация параметров комбинированного цикла находят так же как поступили для вывода ГТУ с регенератором (26,27). Полагая ТА1 = ТА2 = ТА3, x0 = ТА1/ ТА и ТГ1 = ТГ2 = ТГ3 = ТГ, для получения зависимости КПД цикла и мощности установки суммарная удельная работа компрессоров будет
LкS= cрвТА{[(x0x2)1/ hк.п –1] + x0(z–1)( x21/ hк.п–1) +
+ x0 [(x/x0 x2z)1/ hк.п – 1]}(1+gв)
и суммарную удельную работу турбин
LтS= cргТГ[(1–1/у2hт.п)z + (1 – 1/ у3hт.п)]
где cрви cрг – удельные теплоемкости воздуха в процессе сжатия в компрессорах и расширения в турбинах соответственно; hк.п, hт.п – политропные КПД компрессора и турбины; gв – относительный расход воздуха на охлаждение канала МГД-генератора и турбин; z и z – число компрессоров и турбин соответственно. Удельную теплоту, подведенную в камере сгорания МГД-генератора к рабочему телу при заданной температуре предварительного подогрева воздуха, определяется так же, как и для простого ГТУ. КПД цикла будет
hе = ((LтS–LкS) + Lмгhмс) / Qpнgтл
Удельная мощность Lмг соответствует предварительно выбранному режиму работы МГД-генератора. Из условия получения максимального КПД цикла тем же способом () находят оптимальные параметры газотурбинной части цикла dhе/dx2 = 0 и dhе/dу2 = 0, при условии умг = const:
x2 h= (x/x0)1/(z+1)[ x0z / x01/ hк.п + (z–1) x0] hк.п/(z+1)
y2 h= (cxm/ умг)1/(z+1)
Определив оптимальные величины x2 hиy2 h, находим мощность установки Nе при заданном расходе воздуха Gв с абсолютной скоростью с, где m = срк/срт. Для получения наибольшей степени утилизации теплоты температуру воздуха перед турбинами ТГ и при заданных ТМГ, рМГ и ТПП выбирают исходя из известной температуры за МГД-генератором. КПД комбинированного цикла растет с увеличением pкS, z,z и с повышением температуры ТГ перед турбинами. Одновременно с повышением КПД растет и мощность N мг МГД-генератора, мощность всей установки Nе, и изменяется соотношение между мощностями, получаемыми ГТУ и МГД-генератором. Анализ расчета комбинированной установки с МГД-генератором и предвключенным ГТУ показывает, что при умеренной температуре предварительного подогрева воздуха Тпп = 1500 К, которая является реальной в настоящее время, и Тмг = 2700 К, при рМГ = 0.05 МПа, ТГ = 1100 К, z = 4, z = 3 КПД цикла hе может достигнуть 0.53.
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (676)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |