Технико-экономическая и экологическая эффективность угольных энергоустановок с МГД-генераторами замкнутого цикла различных типов

• Автор: Маринченко, Татьяна Михайловна
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ МГД-ТЕХНОЛОГИИ
1.1. МГД-технология: физико-технические основы энергетических процессов и опыт их реализации в энергогенерирующих установках....11 .
1.2. Технологические аспекты реализации МГД-технологии замкнутого цикла
1.3. Физико-технические проблемы МГД-преобразования энергии в замкнутом цикле
1.4. Термодинамическая эффективность МГД-ТЭУ
2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УГОЛЬНЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ МГД-ГЕНЕРАТОРОВ ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА
2.1. Предпосылки формирования задачи определения техникоэкономических перспектив МГД-технологии замкнутого цикла
2.2. Постановка задачи
2.3. Методика исследования технико-экономической эффективности МГД-ТЭУ
2.4. Газификация угля для угольных тепловых электростанций
2.5. МГД-блок для угольных тепловых электростанций
2.6. Математическое моделирование МГД-ТЭУ
2.7. Результаты оптимизационных расчетов термодинамической
эффективности угольных ТЭУ с МГД-
блоком
2.8. Технико-экономические характеристики МГД-ТЭУ
2.9. Расчетные экологические показатели МГД-ТЭУ

3. ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В НЕРАВНОВЕСНОМ МГД-ГЕНЕРАТОРЕ И ВАРИАНТЫ ИХ
РЕШЕНИЯ
3.1. Инжекция щелочного металла в турбулентный поток газа для создания рабочего тела неравновесного холловского МГД-генератора
3.2. Технология формирования рабочего тела для неравновесного МГД-генератора холловслого типа
3.3. Крупномасштабные флуктуации плотности присадки...;
3.4. Обеспечение пространственной однородности распределения присадки для МГД-генераторов полупромышленного и промышленного уровня мощности
3.5. Локальные флуктуации присадки в рабочем потоке на входе в МГД-генератор
3.6. Влияние локальной неоднородности доли присадки на результаты
оптических измерений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
Приложение №
Приложение №

ВВЕДЕНИЕ
В ближайшие десятилетия ожидается увеличение стоимости первичных энергоносителей и ухудшение их качества, обусловленное исчерпанием запасов дешевого углеводородного сырья (нефти и газа). Это потребует широкомасштабного внедрения дорогостоящих технологий получения электрической энергии, ориентированных на возможность эффективно и с хорошими экологическими показателями использовать низкокачественные виды топлива, в том числе бурые угли, разведанные запасы которых могут удовлетворять потребности энергетики как минимум еще.в течение 200-300 лет. [47,81]. Для обеспечения такого внедрения уже в настоящее время требуется выполнение технико-экономических исследований таких технологий.
Теоретические исследования и экспериментальные разработки, выполненные в области производства электрической энергии на основе МГД-технологий, показывают, что введение в схему теплоэнергетической установки блока с МГД-генератором замкнутого цикла потенциально позволяет обеспечить высокий КПД преобразования химической энергии, запасенной в угле, в электрическую [1, 24, 67, 120]. При этом остается открытым вопрос, при каких условиях теплоэнергетические установки с МГД-блоком (МГД-ТЭУ) смогут успешно конкурировать с другими перспективными угольными энергетическими технологиями. В связи с этим актуально проведение технико-экономических исследований угольных комбинированных теплоэнергетических установок с МГД-генераторами замкнутого цикла различных типов и дальнейшая проработка инженерно-физических аспектов МГД-технологии замкнутого цикла.
Следует отметить, что технико-экономические исследования МГД-ТЭУ, проводившиеся ранее, в основном ограничивались определением термодинамической эффективности данного типа установок [44, 64, 70, 120 и

Содержательный анализ термодинамической эффективности циклов с неравновесным МГД-генератором был представлен Yoshikawa К., в работах, опубликованных в период с 1987 по 1993 год [1, 19, 44, 64, 65, 67, 69, 70]. Автором были рассмотрены различные варианты технологических схем тройного МГД-парогазотурбинного цикла Ренкина-Брайтона и двойного МГД-газотурбинного цикла. Автор показал, что расчетный КПД таких циклов при использовании угля может находится в пределах 50 - 55,7%, а при использовании газового топлива - 58 - 61%. Упомянутые выше работы представляют цикл системных исследований проводимых Yoshikawa К. и др. для условий Японии.
В СЭИ СО РАН проводились аналогичные работы, связанные с адаптацией некоторых схем, представленных Yoshikawa К., к условиям России. В этих работах были сделаны следующие выводы: тепловые схемы тройного МГД-парогазотурбинного цикла и цикла Брайтона с использованием параметров отечественного оборудования и характеристик топлив Российских месторождений показали значительный прирост термодинамического КПД. По сравнению с паротурбинным циклом этот прирост составил порядка 11 — 14%, по сравнению с парогазовым циклом -8 - 11% [120]. Эти результаты являются весьма привлекательными с точки зрения увеличения эффективности ТЭУ на органическом топлива. Однако в этих работах сравнительный анализ проводился на основе данных о развитии энергетических технологий, соответствующих началу 90-х годов 20-го века. Последние исследования, проводимые в ИСЭМ СО РАН [27], показали, что даже без высокотемпературного МГД-блока расчетное значение КПД перспективных парогазовых ТЭУ на угле может составить 54%, а на газе 61%. В этой связи представляется интересным решение задачи определения условий конкурентоспособности МГД-ТЭУ по сравнению с другими энергетическими технологиями. Решению этой задачи будет посвящена глава 2 данной работы.