Магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы)

 

Больше других разработан метод магнитогидродинамического превращения теплоты в электрическую энергию, который можно использовать в крупной стационарной энергетике. В принципе этот метод основан на известном явлении, заключаю­щемся в том, что при пересечении проводником магнитных силовых ли­ний в нем наводится электродвижущая сила. Сильно ионизированный газ при достаточно большой электропроводно­сти его и высокой темпе­ратуре обладает таким же свойством, которое и исполь­зуется в магнитогидродинамическом (МГД) методе превращения теплоты в элект­ричес­кую энергию.

Рис. 8.68. Сравнение турбогенератора и МГД-генератора.

Рис. 8.69. Принцип действия МГД-генератора.

 

В качестве рабочего тела в МГД-генераторе могут быть исполь­зованы, например, продукты сгорания топлива. Но посколь­ку они и при высоких температурах не обладают достаточной электри­ческой проводимо­стью, ее приходится увеличивать или, другими сло­вами, повышать степень ио­ни­зации газов присадкой к ним небольшого количества (~1%) щелочных ме­таллов (калия, цезия и др.). Наилуч­шие результаты можно получить при приме­нении плазмы, являющейся нейтральной смесью ионов, электронов и нейтраль­ных частиц (квази­нейтральной средой) при очень высоких температурах.

На принципиальной схеме МГД-генератора (рис. 8.70) топ­ливо - горючий газ (но может быть и любое другое) подается под давлением по газопроводу в топочную камеру 1, работающую под давлением.

Рис. 8.70. Принципиальная схема МГД-генератора.

Од­но­временно в топочную камеру  подается присадка (цезий) для повышения степени иониза­ции продуктов сгорания. Ионизацию газа можно обеспечить и при помощи внешнего высокочастотного источника мощности. Но в этом случае энер­гия, расходуемая на высокочас­тотный источник, снижает общий КПД уста­новки. Нужный для сгорания топлива воздух поступает в установку 12, где в нем повышают содержание кислорода. Обогащенный воздух про­ходит в компрес­сор 11 и направляется в воздухоподогреватель 6, из которого по воздухопроводу 5 поступает в топочную камеру 1. Рост в воздухе содержания кислорода и его нагрев до высокой температуры перед то­почной камерой по­вышают температуру продуктов сгорания, покидаю­щих камеру 1.

Высокотемпературные ионизированные продукты сгорания движут­ся с большой скоростью по каналу 4. В поперечном направлении к дви­жению га­зов электромагнитом 3 создается мощное магнитное поле. При пересечении иони­зированными газами магнитного поля в них возникает электродвижущая сила, а на электродах 2 - соответствующая разность электрических потенциалов. Часть электрической энергии расходуется электромагнитом на возбуждение магнит­ного поля, а другая часть ее, полученная в МГД-генераторе, поступает в преобразователь 10 постоян­ного тока на переменный. Температура газов после МГД-генератора очень высока (более 2000 °С), поэтому их теплоту целесообразно ис­пользовать в обычной теплосиловой уста­новке, как это показано на рис. 8.70.

Продукты сгорания после МГД-генератора и частичного охлажде­ния в воздухоподогревателе 6 направляются в котельный агрегат, состоящий из эко­номайзерно-испарительной поверхности нагрева 5 и паро­перегревателя 7, а затем охлажденные продукты сгорания удаляют в атмосферу через дымовую трубу 9.

Перегретый пар после котельного агрегата 7-8 направляется в паровую тур­бину 13, после расширения в которой поступает в охлаждаемый водой кон­денсатор 14. Конденсат из конденсатора 14 насосом 15 снова закачивается в ко­тельный агрегат. Турбина 13 приво­дит в действие компрессор, служащий для сжатия до необходимого давления обогащенного воздуха, и электрический ге­нератор 16 пере­менного тока, работающий параллельно с преобразователем 10, и сум­марная электрическая энергия, вырабатываемая МГД-генератором и нормальным электрическим генератором, направляется к ее потреби­телям.

Эффективность МГД-генератора зависит от интенсивности магнит­ного поля, создаваемого электромагнитом. Стоимость электромагнита высока и он расходует большое количество электрической энергии. Присутствие в горячих продуктах сгорания топлива активных при­садок (цезия) вызывает коррозию электродов и обмуровки газоходов и нужны корро­зионностойкие материалы для МГД-генераторов. Совместная установка МГД-генератора и нор­мальной теплоэнергетической установки (рис. 8.71) повысит суммарный коэффи­циент использова­ния теплоты топлива минимум на 10%.

Рис. 8.71. Схема энергетической установки с МГД-генератором.

Рис. 8.72. Процессы, происходящие при работе МГД-генератора.

Рис. 8.73. Фото МГД-генератора «Хибины» на Кольском полуострове.

Рис. 8.74. Устройство МГД-генератора.

Рис. 8.75. Изменение мощности МГД-генератора (по зарубежным данным).