БИНАРНАЯ МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ОТКРЫТОГО ЦИКЛА Российский патент 1995 года по МПК H02K44/08 

Изобретение относится к магнитогидродинамической (МГД) технике, а именно к системам преобразования тепловой энергии в электрическую с помощью промышленных МГД-электростанций (МГДЭС) открытого цикла.

Известна бинарная МГДЭС открытого цикла, содержащая камеру сгорания с входом для топлива и входом для окислителя, который связан с компрессором окислителя через автономный подогреватель окислителя, канал МГД-генератора, парогенератор с системой прямого генерирования пара и турбину, соединенную с электрогенератором [1].

Однако известная бинарная МГДЭС открытого цикла не снабжена системой регенерации тепла для подогрева окислителя, а это снижает КПД.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является бинарная МГДЭС открытого цикла, содержащая камеру сгорания с входом для топлива, с системой охлаждения и входом для окислителя, который связан с выходом автономного подогревателя окислителя, канал МГД-генератора с системой охлаждения, включенной после системы охлаждения камеры сгорания, парогенератор с системой прямого подогревателя окислителя, включенной до автономного подогревателя окислителя, но после компрессора окислителя, и с системой прямого генерирования пара, включенной после системы охлаждения канала МГД-генератора, турбину, соединенную с электрогенератором, последовательно включенные конденсатор и питательный насос, соединенный с входом системы охлаждения камеры сгорания [2].

Эта бинарная МГДЭС открытого цикла является высокоэффективной и имеет большую выходную мощность. Однако в ней рабочее тело, поступающее в парогенератор, имеет относительно высокую температуру, как правило, не ниже 2300 К, что снижает КПД преобразования энергии, так как температура пара не выше 870 К.

Изобретение решает задачу создания высокоэффективной бинарной МГДЭС открытого цикла.

Сущность изобретения заключается в том, что в бинарной МГДЭС открытого цикла, содержащей камеру сгорания с входом для топлива, с системой охлаждения и с входом для окислителя, который связан с выходом автономного подогревателя окислителя, канал МГД-генератора с системой охлаждения, включенной после системы охлаждения камеры сгорания, установленный на выходе канала МГД-генератора парогенератор, в состав которого входят система прямого подогрева окислителя, включенная между компрессором окислителя и автономным подогревателем окислителя, система прямого генерирования пара, соединенная с системой охлаждения канала МГД-генератора, паровая турбина с электрогенератором, соединенная с парогенератором, к выходу которой последовательно подключены конденсатор и питательный насос, с выходом, соединенным с входом системы охлаждения камеры сгорания, установлены дополнительно система отбора пара, система промежуточного отбора пара из турбины, система пароперегрева парогенератора, система пароперегрева камеры сгорания и канала МГД-генератора, система ввода перегретого пара в камеру сгорания и канал МГД-генератора, при этом система отбора пара соединена с системой промежуточного отбора пара из турбины и установлена между выходом системы прямого генерирования пара и входом турбины, вход системы пароперегрева соединен с выходом системы отбора пара, а выход - с системой пароперегрева камеры сгорания и канала МГД-генератора, которая подсоединена к системе ввода перегретого пара в камеру сгорания и канал МГД-генератора.

Установка системы отбора пара и системы пароперегрева дает возможность перегреть пар и использовать его в термодинамическом цикле канала МГД-генератора с более высокой температурой чем та, которую допускают лопатки паровой турбины. Установка системы ввода перегретого пара в камеру сгорания и канал МГД-генератора дает возможность эффективно осуществить регенерацию энтальпии в термодинамическом цикле МГДЭС. При этом в результате подачи пара в камеру сгорания и МГД-канал кроме собственно процесса регенерации энтальпии формируется квазидвухфазное рабочее тело, состоящее из областей с преимущественным содержанием пара и областей, состоящих из продуктов сгорания. Расширение такого квазидвухфазного рабочего тела в электромагнитном поле приводит к нелинейному перераспределению энергии между зоной, занятой преимущественно паром, и зоной с преимущественным содержанием продуктов сгорания. Совместное нелинейное взаимодействие указанных факторов приводит к повышению КПД предлагаемой бинарной МГДЭС открытого цикла. Кроме того, ввод пара в канал МГД-генератора дает возможность снизить среднюю температуру рабочего тела на выходе канала МГД-генератора и тем самым упростить конструкцию парогенератора.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемой бинарной МГДЭС открытого цикла.

Бинарная МГДЭС открытого цикла содержит камеру 1 сгорания с входом для топлива, с системой 2 охлаждения и с входом для окислителя, который связан с выходом автономного подогревателя 3 окислителя, канал МГД-генератора 4 с системой 5 охлаждения, включенной после системы 2 охлаждения камеры сгорания, установленный на выходе канала МГД-генератора 4 парогенератор 6, в состав которого входит система 7 прямого подогрева окислителя, включенная между компрессором 8 окислителя и автономным подогревателем 3 окислителя, система 9 прямого генерирования пара, соединенная с системой 5 охлаждения канала МГД-генератора, паровую турбину 10 с электрогенератором 11, соединенную с парогенератором 6, к выходу которой последовательно подключены конденсатор 12 и питательный насос 13 с выходом, соединенным с входом системы 2 охлаждения камеры сгорания, систему 14 отбора пара, систему 15 промежуточного отбора пара из турбины 10, систему 16 пароперегрева парогенератора 6, систему 17 пароперегрева камеры сгорания и канала МГД-генератора, систему 18 ввода перегретого пара в камеру сгорания и канад МГД-генератора.

Система 14 отбора пара соединена с системой 15 промежуточного отбора пара из турбины 10 и установлена между выходом системы 9 прямого генерирования пара и входом турбины 10. Вход системы 16 пароперегрева парогенератора 6 соединен с выходом системы 14 отбора пара, а выход - с системой 17 пароперегрева камеры сгорания и канала МГД-генератора, которая подсоединена к системе 18 ввода перегретого пара в камеру сгорания и канал МГД-генератора.

МГДЭС работает следующим образом.

В камеру 1 сгорания поступают топливо и окислитель, предварительно сжатый в компрессоре 8, затем сначала подогретый в системе 7 прямого подогрева и далее в автономном подогревателе 3. Перегретый в системе 16 парогенератора 6 и системе 17 пароперегрева камеры сгорания и МГД-канала пар через систему 18 ввода перегретого пара подается в камеру 1 сгорания и канал МГД-генератора 4. Охлаждение стенок камеры сгорания и предварительный подогрев питательной воды обеспечиваются системой 2 камеры сгорания. Продукты сгорания, полученные при сжигании смеси топлива и окислителя в камере 1 сгорания, поступают в канал МГД-генератора 4. Одновременно с этим в камеру сгорания и канал МГД-генератора поступает перегретый пар через систему 18 ввода перегретого пара, тем самым формируя рабочее тело канала МГД-генератора, которое участвует в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Охлаждение стенок канала МГД-генератора обеспечивается системой 5 охлаждения канала МГД-генератора, при этом питательная вода подогревается. После канала МГД-генератора 4 рабочее тело поступает в парогенератор 6, где обеспечивает подогрев окислителя с помощью системы 7, генерацию пара с помощью системы 9 и также перегрев пара, отобранного системой 14 и системой 15 из турбины 10, в системе 16 парогенератора 6.

Затем пар дополнительно перегревается в системе 17 камеры сгорания и МГД-канала и поступает в камеру 1 сгорания и МГД-канал. Системы пароперегрева 16 парогенератора 6, пароперегрева 17 камеры сгорания и МГД-канала и ввода перегретого пара 18 обеспечивают использование пара в бинарном цикле при более высокой температуре, возвращение значительной доли энтальпии для преобразования тепловой энергии в высокотемпературном цикле канала МГД-генератора, использование процесса нелинейного преобразования энергии в квазидвухфазном рабочем теле МГД-генератора, что повышает КПД бинарной МГДЭС.

Сущность изобретения: бинарная МГДЭС открытого цикла содержит камеру 1 сгорания, канал МГД-генератора 4, парогенератор 6, систему 14 отбора пара, конденсатор 12, питательный насос 13 и турбину 10, соединенную с электрогенератором 11. Камера сгорания и канал МГД-генератора содержат системы 5 охлаждения и общую с парогенератором систему 17 пароперегрева. Турбина оснащена системой 15 промежуточного отбора пара. Окислитель сжимается в компрессоре 8 и подогревается в системе 7 прямого подогрева и в автономном подогревателе 3. Системы отбора пара соединены с системой пароперегрева камеры сгорания и канала МГД-генератора. 1 ил.

БИНАРНАЯ МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ОТКРЫТОГО ЦИКЛА, содержащая камеру сгорания с входом для топлива, с системой охлаждения и с входом для окислителя, который связан с выходом автономного подогревателя окислителя, канал МГД-генератора с системой охлаждения, включенной в контур охлаждения после системы охлаждения камеры сгорания, установленный на выходе канала МГД-генератора парогенератор, в состав которого входят система прямого подогрева окислителя, включенная между компрессором окислителя и автономным подогревателем окислителя, система прямого генерирования пара, соединенная с системой охлаждения канала МГД-генератора, паровая турбина с электрогенератором, соединенная с парогенератором, к выходу которой последовательно подключены конденсатор и питательный насос, выход которого соединен с входом системы охлаждения камеры сгорания, отличающаяся тем, что электростанция дополнительно содержит систему отбора пара, систему промежуточного отбора пара из турбины, систему пароперегрева парогенератора, систему пароперегрева камеры сгорания и канала МГД-генератора и систему ввода перегретого пара в камеру сгорания и канал МГД-генератора, при этом система отбора пара соединена с системой промежуточного отбора пара из турбины и включена между выходом системы прямого генерирования пара и входом турбины, причем вход системы пароперегрева соединен с выходом системы отбора пара, а выход - с системой пароперегрева камеры сгорания и канала МГД-генератора, которая подсоединена к системе ввода перегретого пара в камеру сгорания и канал МГД-генератора.