автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Технико-экономическая и экологическая эффективность угольных энергоустановок с МГД-генераторами замкнутого цикла различных типов

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК . СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ СИСТЕМ ЭНЕРГЕТИКИ им. Л.А. МЕЛЕНТЬЕВА

На правах рукописи

Маринченко Татьяна Михайловна

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УГОЛЬНЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК С МГД-ГЕНЕРАТОРАМИ ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Специальность 05.14,01 - Энергетические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск-2004

Работа выполнена в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского Отделения Российской Академии Наук (ИСЭМ СО РАН)

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор A.M. Клер

кандидат физико-математических наук В.М. Зубцов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор B.C. Славин

кандидат технических наук Ю.В. Наумов

Ведущая организация: Новосибирский государственный

технический университет

Защита состоится 30 марта 2004 года в 11 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 003.017.01 при Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью составителя, заверенный печатью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.

Автореферат разослан февраля 2004 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 003.017.01 доктор технических наук, профессор

A.M. Клер

^53 JI

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. 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. Для обеспечения такого внедрения уже в настоящее время требуется выполнение технико-экономических исследований таких технологий.

Теоретические исследования, 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 [Shioda S., Yoshikawa К., Zauderer В., Сафронова О.Н. и др.]. Однако 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-генератороми замкнутого цикла различных типов и дальнейшая проработка инженерно-физических аспектов МГД-технологии замкнутого цикла.

Следует отметить, что исследования конкурентоспособности ТЭУ с МГД-блоком замкнутого цикла, проводившиеся ранее, в основном ограничивались определением термодинамической эффективности данного типа установок. Результаты, лишь небольшого числа .работ вышли за рамки определЬния КПД МГД-ТЭУ. В работе Сег-venka S. и van der Laken R. A. (1983 г.) выполнена укрупненная оценка удельных капитальных затрат в строительство угольной МГД-паротурбинной электростанции мощностью 500 МВт и представлены результаты расчетов себестоимости производства электроэнергии. Однако стоит отметить упрощенность используемых математических моделей и расчетных методик. В работе 'Велихова Е.П. с соавторами (1999 г.) представлена детальная проработка компактной' газотурбинной МГД-ТЭУ на природном газе, рассчитаны ее термодинамическая эффективность и массогабаритные характеристики. Однако авторы не ставили перед собой цель определить технико-экономические показатели рассматриваемой схемы.

Практически полное отсутствие технико-экономических исследований МГД-технологии замкнутого цикла в немалой степени обусловлено значительной неопре-

деленностыо исходной информации. В первую очередь это относится к стоимостным характеристикам основных элементов МГД-блока (МГД-канала, сверхпроводящей магнитной системы, системы ввода и регенерации присадки). В этом случае целесообразным является решение не прямой задачи определения технико-экономических характеристик МГД-ТЭУ при заданной стоимости элементов, а обратной задачи определения допустимой стоимости элементов МГД-блока, при которой МГД-ТЭУ будут конкурентоспособными по сравнению с другими перспективными теплоэнергетическими установками. Однако корректное решение обратной задачи возможно только в том случае, когда при каждом сочетании стоимости элементов МГД-блока и цены топлива будут определяться такие значения параметров установки (расходов, температур. давлений рабочих тел и теплоносителей и др.), при которых достигается ее максимальная экономическая эффективность и не нарушаются физико-технические ограничения на параметры. Поиск таких параметров сводится к решению весьма сложных задач технико-экономической оптимизации МГД-ТЭУ.

Одним из перспективных и наиболее изученных типов МГД-генераторов замкнутого цикла является генератор Холла. Существенным препятствием на пути достижения конкурентоспособных характеристик МГД-генератора холловского типа является развитие ионизационной неустойчивости, обусловленное наличием флуктуаций электрофизических и газодинамических параметров МГД-плазмы. Теоретические и экспериментальные исследования показали [БЫо(1а Б., Уапшакл Н., Зубцов В.М., и др.], что для данного типа МГД-генератора, рабочим телом которого является инертный газ с присадкой щелочного металла, одной из основных причин развития ионизационной не> стойчивости является существование пространственной неоднородности плотности атомов щелочного металла в рабочем потоке инертного газа, вызванной несовершенством системы ввода присадки.

Для эффективной работы МГД-генератора холловского типа необходимо, чтобы уровень неоднородности состава рабочего тела на входе в канал не превышал 3% [Окипо У.]. С учетом технологических ограничений на длину канала, передающего нагретый инертный газ от высокотемпературного регенеративного теплообменника (ВРТ) до входа в канал МГД-генератора, обеспечение близкой к 100-процептной однородности состава рабочего тела является достаточно сложной задачей, требующей проведения специальных инженерно-физических исследований.

Цель настоящей диссер1 ационной работы состоит в следующем:

1. Определить оптимальные параметры и технико-экономические показатели угольных теплоэнергетических установок с МГД-генераторами замкнутого цикла различных типов и условия их конкурентоспособности с другими перспективными угольными энергоустановками.

2. Разработать методику решения задачи оптимизации процесса инжекции щелочного металла в турбулентный поток инертного газа для обеспечения расчетных характеристик эффективности МГД-генераторов замкнутого цикла.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и защищаются автором следующие результаты:

1. Математические модели элементов МГД-блока и модели сложных угольных ТЭУ с МГД-генераторами замкнутого цикла различных типов.

2. Постановка задачи оптимизации параметров сложных угольных МГД-ТЭУ.

3. Методика решения задачи определения условий конкурентоспособности сложных комбинированных угольных МГД-ТЭУ при неопределенности исходной информации по стоимостным характеристикам основных элементов МГД-блока.

4. Физико-технические оценки флуктуаций концентрации присадки при оптимизации процесса инжекции щелочного металла в рабочий поток инертного газа с целью обеспечения ионизационно однородного состояния рабочего тела МГД-генераторов замкнутого цикла различных уровней мощности (демонстрационного, полупромышленного и промышленного).

Практическая значимость работы заключается в использовании разработанных методик для определения условий конкурентоспособности ТЭУ с МГД-генератороми замкнутого цикла с другими перспективными ТЭУ как с точки зрения технико-экономических, так и экологических параметров. Результаты этих исследований являются частью работы, направленной на изучение технико-экономической эффективности перспективных типов энергетических установок, проводимых в ИСЭМ СО РАН.

Результаты, полученные при решении задачи оптимизации процесса инжекции щелочного металла в рабочий поток инертного газа, входят в состав комплекса работ по исследованию способов подавления развития ионизационной неустойчивости и достижения конкурентоспособных характеристик неравновесных МГД-генераторов холловского типа, выполняемых в ИСЭМСО РАН и базирующихся на экспериментальных данных.

Личный вклад автора. Все исследования по теме диссертации выполнены автором лично, под руководством научных руководителей.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены и опубликованы в трудах следующих конференций и симпозиумов:

1. 12-th international conf. on MHD electrical power generation, Yokohama, Japan, 1996 г.;

2. 34-th SEAM, Mississippi State University, USA, 1997 г.;

3. '98 Symposium on efficient use of energy technology and direct electrical power generation, Hokkaido University, Japan, 1998 г.;

4. International conf. on MHD power generation and high temperature technology, Beijing, China, 2000 г.;

5. Конференции научной молодежи СЭИ СО РАН, Иркутск - 1997 - 1999 г.;

6. X научно-технической конференции Иркутского ВВАИУ, 1997 г.;

7. Конференция с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск, 2003 г.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 11 работах.

Объем и с!руктуря работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложена на 129 страницах машинописного текста (без приложений), содержит 4 таблицы и 25 рисунков. Список использованных источников содержит 131 наименование. Приложения изложены на 8 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы и определены задачи исследования. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе представлен краткий анализ вопросов развития МГД-технологий, в том числе выделены физико-технические основы энергетических процессов и опыт их реализации в энергогенерирующих установках МГД-преобразования энергии, технологические проблемы МГД-технологий, их влияние на перспективы реализации данного вида преобразования энергии и накопленный опыт по решению этих проблем. Отмечается, что технологические проработки нетрадиционных для энергетики элементов МГД-блока замкнутого цикла уже давно вышли за рамки теоретических исследований и имеют под собой прочную основу многолетних опытно-промышленных испытаний. Накопленный при этом положительный систематический опыт дает основание считать своевременной постановку задачи технико-экономического анализа эффективности ТЭУ с МГД-блоком замкнутого цикла на органическом топливе.

Проанализирован существующий опыт по изучению и решению основных физико-технических проблем процесса генерации электрической энергии и достижения конкурентоспособных характеристик МГД-генератора замкнутого цикла. Показано, что исследователи существенно приблизились к адекватному пониманию физики процессов в канале МГД-генераторов. Накопленные знания позволяют выделить основные пути решения проблемы снижения эффективности преобразования энергии в

МГД-генераторе замкнутого цикла, вызванной развитием в МГД-плазме ионизационной неустойчивости. Так для МГД-генератора холловского типа, работа которого основана на концепции полной ионизации присадки, формирование условий подавления развития ионизационной неустойчивости в первую очередь связано со снижением уровня флуктуаций входных параметров МГД-плазмы (температуры, давления, плотности присадки щелочного металла).

Другим вариантом решения проблемы достижения конкурентоспособных характеристик неравновесного МГД-генератора является реализация фарадеевской МГД-схемы с искусственно созданной и контролируемой неоднородностью потока, плазма в котором поддерживается в состоянии «замороженной» ионизации.

Во второй главе проводится технико-экономический анализ эффективности угольных МГД-ТЭУ с двумя типами неравновесных МГД-генераторов: холловским, рабочим телом для которого является инертный газ с присадкой щелочного металла, и фарадеевским, рабочим телом которого является неоднородный газо-плазменный поток с «замороженной» ионизацией. Кроме того, в этой главе решается задача определения экологической эффективности рассмотренных схем МГД-ТЭУ.

Оценивая перспективы внедрения в энергетику МГД-технологии замкнутого цикла, следует сказать, что область ее возможного применения связана в первую очередь с использованием твердого топлива. Представляется, что технологически сложные. дорогостоящие ТЭУ на природном газе с МГД-блоком даже за счет более высокого КПД по экономической эффективности не смогут составить конкуренцию дешевым парогазовым установкам. Однако при использовании угля, по мнению некоторых специалистов [УзЫкаи'а К.], ТЭУ с МГД-генератором на неравновесной плазме может конкурировать с другими высокоэффективными дорогостоящими угольными энергоустановками. Ожидается, что относительное удорожание угольных МГД-ТЭУ по сравнению с другими перспективными энергоустановками, работающими на угле, будет не столь значительным, как аналогичное удорожание МГД-ТЭУ на природном газе. Исходя из этих соображений, в диссертационной работе выполнены технико-экономические оптимизационные исследования угольных МГД-ТЭУ различной конфигурации: МГД-ГТУ и МГД-ПГУ.

Для решения данной задачи автором была предложена методика, включающая следующие этапы.

1. Определение максимально достижимого КПД рассматриваемых схем МГД-

ТЭУ.

2. Оптимизация МГД-ТЭУ по критерию минимума цены выработанной электрической энергии при различных значениях удельной стоимости МГД-генератора и цены топлива.

3. Сравнение полученных оптимальных значений цены электроэнергии для МГД-ТЭУ с ценой электроэнергии, которую могут обеспечить другие перспективные ТЭУ на угле.

Инструментом для решения поставленной задачи служит программно-вычислительный комплекс «Система математического построения программ» (СМПП) [Клер A.M., Скрипкин С.К. и др.]. СМПП на протяжении длительного времени разрабатывается в ИСЭМ СО РАН. Этот комплекс позволяет автоматически генерировать программу расчета сложной теплоэнергетической установки на основе графического изображения технологической схемы и архивов математических моделей ее элементов, а также проводить оптимизацию ее параметров.

При оптимизации параметров МГД-ТЭУ по критерию максимума КПД нетто с учетом физических и технических ограничений на параметры определяется предельно возможная энергетическая эффективность установки при фиксированном расходе топлива. Это сводится к решению следующей оптимизационной задачи:

где X - вектор независимых оптимизируемых параметров; У - вектор зависимых вычисляемых параметров; Н - вектор ограничений-равенств (уравнения материального, энергетического балансов, теплопередачи и др.); й - вектор ограничений - неравенств; Х^ Хпш - вектора граничных значений оптимизируемых параметров.

Для решения задачи поиска минимума цены электрической энергии тш 8(Х,У) задается множество сочетаний стоимостной исходной информации

V={V . X. Смгд/. Где U' = {«' / j = \,...,m\, Смгд= {с^// = 1,...,«}. Здесь -

удельная стоимость МГД-генератора; и^ - цена топлива; п - число вариантов стоимости топлива; т - число вариантов удельной стоимости МГД-генератора.

Множество Г имеет п х ^-элементов (соче1аний слоимое™ топлива и удельной стоимости МГД-генератора).

Для V V/ е V решается задача:

max Г) (X, Y)

(1)

при ограничениях

Н (X, Y)=0, G(X,Y)> О,

■^min

(2)

(3)

(4)

minS

s,x

(5)

при ограничениях

Н (X, Y)=0, G(X,Y)S О,

(6) (7)

IRR(S,X,Y,BrM3^ v„K,i)=IRRn (8)

где IRR - внутренняя норма возврата капиталовложений в МГД-ТЭУ, которая по условиям задачи должна быть равной фиксируемому значению IRR:; S - цена электроэнергии, обеспечивающая заданное значение IRR:; Эгод — годовая выработка электроэнергии; К - суммарные удельные капитальные вложения в МГД-ТЭУ; е- вектор, учитывающий условия налогообложения; Вгод - годовое потребление угля. Суммарные удельные капитальные вложения определяются как

K=K(X,Y, С,ЛОТ,Спро„), (9)

где Спроч - вектор удельных стоимостей материалов и оборудования МГД-ТЭУ за исключением удельной стоимости МГД-генератора.

Суммарные капиталовложения в установку определяются из выражения

Ку = В/т,-k^N-k. + Q-k^K/l + aJ-a + aJ + K^ (10)

где В/т/ - расход топлива; кв - удельная стоимость систем МГД-ТЭУ, зависящая от расхода топлива, N - номинальная электрическая мощность МГД-ТЭУ; kN - удельная стоимость систем МГД-ТЭУ, зависящая от номинальной электрической мощности энергогенерирующего оборудования; Q - отвод тепла от конденсатора паровой турбины, охладителей инертного газа и воздуха; кп. - удельная стоимость систем технического водоснабжения; Л) - стоимость изготовления основного оборудования (МГД-генератора, турбомашины, теплообменников, котла, газогенератора, насосов, прочных корпусов газогенераторов, регенеративных подогревателей, конденсаторов и др.); «„ - доля затрат на монтаж; а„ - доля стоимости прочего (не учтенного в математической модели) оборудования; Кс - стоимость строительной части. МГП-парогазотурбинный цикл

Среди наиболее перспективных технологий эффективного использования угля в качестве топлива для МГД-ПГУ является его внутрицикловая газификация. При выборе технологии газификации предпочтение отдано низкотемпературной газификации угля в кипящем слое с сухим шлако-золоудалением, как обеспечивающей наибольшую энергоэффективность. Процесс газификации угля проходит с использованием парокислородного дутья. Расчетная схема МГД-ПГУ представлена на рис. 1.

В состав МГД-ПГУ с внутрицикловой газификацией угля входят специализированные ВРТ с глубрким вакуумированием рабочего объема между циклами нагрева и охлаждения. Впервые они были разработаны фирмой Fluidyne Engineering Corp. (Миниаполис, США). ВРТ, предназначенный для работы на продуктах сгорания газообразного топлива, успешно функционировал в составе двух крупных экспериментальных установок в Эйндховенском технологическом университете (Нидерланды) и Токийском технологическом институте с 1983 года.

Рис.1. МГД-парогазотурбинный цикл.

st - пар; w - вода; g - продукты газификации угля и дымовые газы; ig - инертный газ; о - кислород; а - воздух; t - уголь.

] - компрессор кислородный; 2 - низкотемпературный газогенератор; 3 - радиационный теплообменник газогенератора; 4 - камера сгорания; 5 - ВРТ; 6 - МГД-генератор; 7 - газогазовый теплообменник для инертного газа: 8 - компрессор неоновый; 9 - компрессор воздушный; 10 - газовая турбина; 11 -ступени паровой турбины; 12-уловитель золы; 13-по-догреватель продуктов газификации; 14 - мокрый скруббер; 15 - охладитель инертного газа.

МГД-газотурбинный иикл.

Расчетная схема МГД-газотурбинного цикла представлена на рис. 2. В МГД-газотурбинной схеме для сжигания угля используется принципиально новое для промышленной энергетики техническое решение - двухступенчатая камера сгорания для твердого топлива, комбинированная с ВРТ, работающая на продуктах сгорания угля. Разработка и экспериментальная проверка всех нетрадиционных элементов этой камеры проведена коллективом из ряда японских компаний (Electric Power Development Ltd., Toshiba Corporation, Mitsubishi Heavy Industries, Nippon Steel Corporation) в кооперации с Токийским Технологическим институтом.

Рис.2. МГД-газотурбинный цикл.

V - вода; g -дымовые газы; ig - инертный газ; а - воздух; I - уголь.

4а - угольная камера сгорания; 4Ь - система фильтрации и жидкого золоудаления; 5 - ВРТ; б - МГД-генератор; 7 - газо-газовый теплообменник для инертного газа; 8 - компрессор неоновый; 9 - компрессор воздушный; 10 - газовая турбина; 15 - охладитель инертного газа; 16- воздухоподогреватель; 17 - камера дожигания с «кипящим слоем»; 18 - мультициклон с рукавными фильтрами; 19 - охладитель воздуха.

Оптимизационные задачи решались для двух типов МГД-генерагоров.

1. Холловский МГД-генератор, рабочим телом которого является аргон с присадкой щелочного металла (цезия). Коэффициент преобразования энтальпии - 35%, внутренний относительный КПД - 70%. Необходимая температура рабочего тепа на входе в МГД-генератор - не менее 2200 К, максимальное давление инертного газа на входе в МГД-генератор - 0,5 МПа.

2. Фарадеевский МГД-генератор, работающий на эффекте «замороженной» ионизации. Рабочим телом этого типа МГД-генератора является неон, температура которого на входе в МГД-генератор не превышает 2000 К, максимальное давление инертного газа на входе в МГД-генератор - 1,0 МПа. Коэффициент преобразования энтальпии - 37%, внутренний относительный КПД - 78%.

В качестве базового топлива для расчетов принят уголь со следующими физико-химическими характеристиками: =15,47 МДж/кг, С0/ =71%, IV' =33%, А'1 =7%, У" = 12%, =0,3%. Расход топлива принимается одинаковым для всех

сопоставляемых вариантов ТЭУ.

При формировании математических моделей МГД-ТЭУ автором были разработаны модели элементов МГД-блока, (МГД-генератора, газо-газового теплообменника для инертных газов, охладителя инертного газа, компрессора для инертного газа), а

также использованы созданные ранее в ИСЭМ СО РАН модели традиционных для энергетики на органическом топливе элементов.

При решении задачи максимизации энергоэффективности ТЭУ с МГД-блоком (1) - (4) для МГД-ПГУ оптимизировалось 68 параметров, для МГД-ГТУ - 12 параметров. В состав оптимизируемых параметров входили: расход инертного газа в МГД-цикле, расход острого пара в паровую турбину, расход кислорода в газогенератор. расход воздуха на камеры сгорания, температура и давление продуктов сгорания на входе в газовую турбину и другие характеристики. При этом для МГД-ПГУ учитывалось 89, а для МГД-ГТУ 25 ограничений-неравенств. В качестве ограничений использовались неравенства, учитывающие неотрицательность температурных напоров в теплообменниках, расходов рабочих тел; разности предельно-допустимых и фактических температур и механических напряжений металла труб в теплообменниках и др.

Решение оптимизационных задач по критерию максимума КПД показало, что максимально достижимый КПД МГД-ПГУ с генератором холловского типа составляет 58.0%. с генератором фарадеевского типа - 59,1 %. Параметры и характеристики основных элементов рассмотренных типов МГД-ПГУ при максимально достижимом КПД представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Параметры и характеристики основных элементов МГД-ТЭУ с различными типами генераторов

Наименование параметра МГД-ПГУ с фарадеевским МГД-гснерато-ром с «замороженной» ионизацией МГД-ПГУ с холловским МГД-генератором МГД-ГТУ с фарадеевским МГД-генерато-ром с «замороженной» ионизацией

Температура инертного газа, К -на входе в МГД-генератор -на выходе из МГД-генератора 2000 1250 2200 1419 2000 1250

Давление инертного газа. МПа -на входе в МГД-генератор -на выходе из МГД-генератора 0,7 0,2 0,5 0,085 1,06 0,23

Расход инертного газа в МГД-цикле, кг/с 800,0 800,0 1051,9

Мощность МГД-генератора, МВт 714,6 555,1 939,5

Мощность газовой турбины, МВт 313,4 428,2 202,4

Суммарная мощность ступеней паровой турбины, МВт 209,9 234,1

Полезная мощность ТЭУ, МВт 749,4 737,3 756,9

Максимально достижимый КПД, % 59,1 58,0 60,4

Следует особо обратить внимание на распределение мощностей по энергогене-рирующим элементам схем МГД-ПГУ с различными типами МГД-генераторов. Расчеты показали, что на МГД-генератор холловского типа в данной схеме приходится 45.6% выработанной мощности. В МГД-ПГУ с фарадеевским генератором на МГД-генератор приходится 57,9% общей выработки электроэнергии.

При использовании холловского МГД-генератора термодинамическая эффективность МГД-ГТУ не может быть более 53%. При пришлых в исходных данных интегральных показателях эффективности холловского МГД-генаратора происходит вырождение МГД-блока из состава МГД-ГТУ, его выработка снижается до 10% от общей. Таким образом, МГД-ГТУ с генератором холловского типа не является конкурентоспособным тйпом энергоустановки, в связи с чем данная компоновка схемы в дальнейшем не рассматривается.

Технологическая схема МГД-ГТУ с фарадеевским генератором является достаточно привлекательной с точки зрения ее термодинамической эффективности. Расчеты показали, что максимально достижимый КПД данного варианта компоновки может составить 60,4%. При этом на МГД-генератор приходится 82,3% выработки электрической энергии. Такое перераспределение мощностей в пользу верхней части цикла при решении задачи оптимизации по критерию максимума энергоэффективности обусловлено тем, что термодинамический процесс становится близким к идеальному циклу Карно.

Одной из целей решения задачи оптимизации параметров рассматриваемых МГД-ТЭУ по критерию минимума цены элеюрической энергии является определение границы экономически целесообразного использования МГД-блока в зависимости от цены топлива. Расчеты показали, что только при нереально высокой, около 500 дол./т у.т.. цене угля экономически оправдано обеспечение КПД, близкого к максимально достижимому значению. Повышение КПД в первую очередь приводит к увеличению нагрузки на высокотемпературную часть цикла и вызванному этим перераспределению выработки мощности на более дорогие элементы МГД-блока. Это, в свою очередь, увеличивает удельные капиталовложения в установку, снижая тем самым ее конкурентоспособность. Следовательно, при решении задачи определения условий конкурентоспособности МГД-ТЭУ, кроме неравенств, учитывающих физико-технические мраничения, необходимо ввести дополнительное условие, связанное с определением экономически целесообразного КПД цикла, что существенно увеличивает размер задачи.

При решении задачи определения условий конкурентоспособности МГД-ТЭУ(5) - (10) проведена серия оптимизационных расчетов в диапазоне изменения удельной стоимости МГД-генератора от 60 до 420 дол./кВт (удельная стоимость

МГД-генератора включает стоимость сверхпроводящей магнитной системы, а для МГД-генератора холловского типа и систем ввода и регенерации присадки). На основе полученных данных построены зависимости стоимости электроэнергии от стоимости топлива. Расчеты проводились при заданном значении внутренней нормы возврата капитальных вложений, равной 15%. Результаты этих расчетов представлены на рис. 3-5.

Для определения условий конкурентоспособности МГД-ТЭУ на рис. 3-5 представлена зависимость цены электроэнергии от цены топлива для ПГУ с газификацией угля. Все точки графика, лежащие ниже этой кривой, характеризуют МГД-ТЭУ способные конкурировать с перспективными ПГУ с внутрицикловой газификацией.

Цена топлива, дол /тут

Рис.3. Зависимость цены электроэнергии от цены топлива при различной удельной стоимости МГД-1енератора фарадеевского типа с «замороженной» ионизацией для МГД-ПГУ. 1 -60 дол./кВт: 2-90 дол./кВт: 3-120 дол./кВт; 4 - 240 дол./кВт; 5 - ПГУ с низкотемператур- »

ной газификацией угля.

Как видно из рис. 3-5 МГД-ПГУ при удельной стоимости МГД-генератора от 60 дол./кВт до 120 дол./кВт будут конкурентоспособными с ПГУ с низкотемпературной газификацией угля при цене топлива от 70 до 200 дол./т у.т. Причем экономически более эффективными являются МГД-ПГУ с генератором фарадеевского типа. При удельной стоимости МГД-генератора от 120 до 240 дол./кВт МГД-ПГУ могут конкурировать с ПГУ с газификацией угля при цене топлива от 200 до 400 дол,/т у.т.

МГД-ГТУ с генератором холловского типа даже при минимальной стоимости МГД-генератора может конкурировать с ПГУ на основе газификации угля только при нереально высокой стоимости топлива (выше 500 дол./т у.т.). Поэтому данный вариант МГД-ТЭУ является неконкурентоспособным как с ПГУ, так и с МГД-ПГУ, хотя.

след>ет отметить, что данная МГД-ТЭУ позволяет достичь максимального КПД нетто.

100 200 300 «0 500 Цена топлива, дол /ту.т

Рнс.4. Зависимость цены электроэнергии от цены топлива при различной удельной сюимосш МГД-генератора холловского типа для МГД-ПГУ: 1 - 60 дол./кВт; 2-90 дол./кВт; 3-120 дол./кВт: 4 - 240 дол./кВт; 5 - 410 дол./кВт; 6 -ПГУ с низкотемпературной газификацией.

Цена топлива, дол /тут

Рис.5. Зависимость цены электроэнергии от цены топлива при различной удельной стоимости МГД-генератора фарадеевского типа для МГД-ГТУ: 1 - 60 дол./кВт; 2-90 дол./кВт; 3-120 дол./кВт; 4 - 240 дол./кВт. 5 - ПГУ с низкотемпературной газификацией.

Диапазон изменения основных технико-экономических характеристик рассматриваемых схем в рамках определенных границ изменения удельной стоимости МГД-генератора для максимальной и минимальной цепы топлива представлен в табп. 2. Таблица 2

Технико-экономические характеристики МГД-ТЭУ

Наименование параметра МГД-ПГУ с фарадеевским МГД-генератором с «замороженной ионизацией» МГД-ПГУ с холловским МГД-генератором МГД-ГТУ сфарадесвским МГД-генератором с «замороженной» ионизацией

Значение, тт/тах

Полезная мощность. МВт 730,1/737,8 | 724,1/733,8 697,6/723,9

Экономически оправданный диапазон изменения КПД. % 57,3/58,6 ! 55,8/57,1 55,0/57,8

Удельные капитальные вложения, тыс. дол/кВт 1,23/1,5 1,2/1,39 1,6/2,0

Стоимость основною оборудования МГД-блока и ВРТ. % от общих ка-питапьных затрат 38/42 35/37 54/58

При определении конкурентоспособности той или иной энергетической технологии немаловажным является вопрос об ее экологической эффективности. Для определения объемов вредных выбросов в уходящих газах рассматриваемых схем МГД-ТЭУ использован блок модели экстремальных промежуточных состояний, соответствующий условиям конечного термодинамического равновесия [Каганович Б.М., Филиппов С.П., и др.].

На основе результатов термодинамического анализа процессов газификации угля, горения угля и генераторного газа, дожигания продуктов сгорания угля в «кипящем слое» с добавлением сорбента определено расчетное содержание оксидов серы, оксидов азота н углекислого газа в дымовых газах МГД-ТЭУ при максимально достижимом КПД (см. табл.3).

Таблица 3.

Экологические характеристики МГД-ТЭУ

Тип установки Содержание БОг в уходящих газах, Твог/МВтч Содержание СОг в уходящих газах, Тсог /МВт ч Содержание N0* в уходящих газах, Ткох/МВтч

МГД-ПГУ с фарадесвским МГД-ген'ератором 9,5 10'3 0,95 2,3 Ю-4

МГД-ПГУ с холловским МГД-генератором 1,01 Ю-2 0,99 3,1 10"4

МГД-ГТУ 5,1 Ю-' 0,91 1,7 10"4

Анализ данных по экологической эффективности МГД-ТЭУ показывает, что для рассмотренных схем МГД-ПГУ сокращение удельных выбросов оксидов серы на единицу выработанной электроэнергии обеспечивается только за счет повышения значения КПД. В МГД-ГТУ, где предусмотрено дожигание продуктов сгорания в «кипящем слое», содержащем СаСОз, в атмосферу поступает только 2-5% окислов серы, образующейся при горении угля. Концентрация СОг в уводящих газах для всех рассмотренных схем определяется содержанием углерода в топливе. Следовательно, удельные расчетные значения относительной концентрации СОг в дымовых газах на единицу выработанной электроэнергии зависят только от КПД цикла.

Из-за высокой температуры горения угля и генераторного газа, в дымовых газах присутствует только одна составляющая N0* - термические оксиды азота, т.е. оксиды азота, которые образуются при сжигании топлива из азота и кислорода воздуха. При этом в равновесной смеси продукты горения угля N0* в основном представлены оксидами азота N0. Термодинамический расчет показал незначительное отличие в количестве оксидов азота в дымовых газах для рассмотренных схем. Для МГД-парогазотурбинного цикла наблюдается увеличение концентраций N0.

На основе полученных результатов можно сделать вывод, что с точки зрения экономической и экологической эффективности МГД-ПГУ с фарадеевским генератором обладает большим преимуществом по сравнению с МГД-генератором холловского типа. При значениях коэффициента преобразования энтальпии и внутреннего относительного КПД. равных соответственно 37% и 78%. МГД-ПГУ с фарадеевским генератором будет конкурентоспособной по отношению к перспективным ПГУ при стоимости топлива 70 -150 дол./ту.т. и удельной стоимости МГД-генератора не более 60 - 120 дол./кВт.

МГД-ПГУ с генератором холловского типа (коэффициент преобразования энтальпии - 35%. внутренний относительный КПД - 70%) будет конкурентоспособной по отношению к перспективным ПГУ при более высокой стоимости топлива - 110-200 дол./т у.т. В тоже время для этого варианта МГД-ПГУ удельная стоимость МГД-генератора может изменяться в более широком диапазоне - от 60 до 240 дол./кВт, что является неоспоримым преимуществом данной схемы.

МГД-ГТУ имеют худшие технико-экономические показатели чем МГД-ПГУ и мог\т конк)рировать с перспективными ПГУ лишь при нереально высоких (более 500 дол.Л у.т.) ценах на твердое топливо.

Представленные выше результаты доказывают, что МГД-ПГУ при неблагоприятных условиях с топливом, формирование которых прогнозируется на конец XXI века [Беляев Л.С.], смогут конкурировать с другими перспективными энергетическими технологиями. Однозначно утверждать о преимуществах того или другого из рассмотренных типов МГД-генераторов невозможно, однако следует отметить, что диапазон изменения допустимой удельной стоимости МГД-генератора холловского типа шире, чем у МГД-генератора фарадеевского типа. Кроме того, аргон, который был выбран в качестве рабочего тела МГД-генератора холловского типа, следует считать более перспективным, чем неон, рабочим телом МГД-цикла. Для снижения уровня цены топлива, при которой МГД-генератор холловского типа является конкурентоспособным, необходимо продолжать работы, направленные на повышение эффективности преобразования энергии в МГД-цикле, и, в частности, на решение проблемы, связанной с развитием ионизационной неустойчивости в МГД-плазме.

Среди множества предложенных способов подавления развития ионизационной неустойчивости или ослабления этих ионизационных неоднородностей наиболее перспективным является способ, основанный на концепции полной ионизации присадки. Этот способ впервые предложен в работе Велихова Е.П. и в дальнейшем стал предметом большого количества теоретических и экспериментальных исследований. В этих исследованиях явно или неявно предполагалась однородность состава смеси инертного газа и щелочного металла, подаваемого в канал МГД-генератора. Однако это предположение противоречит экспериментальным данным. Было отмечено [Зубцов В.М.], что частота

флуктуации выходной мощности МГД-генератора совпадает с искусственно заданной частотой флуктуации доли присади, поступающей в МГД-кзнал.

В дальнейшем, с использованием линейной теории развития ионизационной неустойчивости, было показано, что приемлемая эффективность преобразования энергии может быть получена только в случае, когда на входе в МГД-канал уровень флуктуации плотности присадки в рабочем потоке не превышает нескольких процентов (не более 3-х процентов). Однако в условиях, когда формирование рабочего тела обеспечивается струйно-капельной инжекцией щелочного металла в поток инертного газа на технологически допустимом (небольшом) расстоянии от точки ввода до входа в МГД-канал, как это происходит на крупнейшей экспериментальной установке БШ1-1 (Токийский технологический институт), возможность обеспечения почти стопроцентной однородности состава рабочего тела нуждается в специальном изучении.

В третьей главе представлены результаты исследования процессов смешения присадки с турбулентным потоком инертного газа при струйно-капельной инжекции и анализ инженерно-технологических решений, обеспечивающих получение рабочего тела, с уровнем пространственной неоднородности, достаточным для подавления ионизационной неустойчивости.

Для количественного описания неоднородностей при создании рабочего тела МГД-генератора была разработана модель процесса смешения присадки щелочного металла с турбулентным потоком инертного газа на основе теории турбулентных струй и турбулентной диффузии (см. рис. б).

Рис.б. Инжекция присадки для создания рабочего тела МГД-генератора холловского типа.

Количественные оценки показали, что в условиях, характерных для холловского МГД-генератора, струйно-капельный способ инжекции присадки является причиной формирования двух типов неоднородностей распределения щелочного металла в поперечном сечении рабочего потока инертного газа на входе в канал МГД-генератора: 1 -крупномасштабная пространственная неоднородность, обусловленная струйным характером инжекции; 2 - локальная пространственная неоднородность, обусловленная капельной структурой инжекции щелочного металла.

Для количественного описания уровня крупномасштабной пространственной неоднородности разработана упрощенная модель, описывающая траектории инжектируемой в сносящий поток струи и диффузию присадки поперек этой струи, и учитывающая взаимное влияние всех инжектируемых струй друг на друга:

;2

1

P,(rAz) = ip's; P's=~~-

-f = V7.2a/«n + 0.1—(l + Jl + 20^-)), где a = -

d. \ r CnPmUl

exp

-((>'2+ггр)~ 2rr cos(Qi)) 2 DmJz J

(15)

(16)

Здесь рт и р, - массовые плотности основного потока газа и двухфазной инжектируемой смеси соответственно; и,„ и Ц - скорости основного потока и двухфазной инжектируемой смеси на выходе из сопла соответственно; г, г ~ продольная и поперечная координаты, соответственно; г0 - радиус инжекторной форсунки; ^ - диаметр инжекторного сопла: С„. - коэффициент силы, зависящий от формы траектории струи, для рассматриваемого случая С„=3.

С помощью модели проведена серия исследований при условиях, характерных для крупных экспериментальных установок и установок полупромышленного и промышленного уровня мощности. Пример расчетов уровней неоднородности для условий крупнейшей экспериментальной МГД-установки замкнутого цикла РШ1-1 (1 - пуск 4111 (1996); 2 - пуск 4109 (1996); 3 - пуск 6201 (1989)) представлен на рис. 7, 8. р,, кг м*

1 3 2Е-3

Г*

, \ 1 '■■ .'Л •

38 г/м

ОЕ+п

J 0.11 г/м

-0 1 -0 0 0 0 0.1

rjd

Рис 7. Радиальное распределение плотности присадки1 1 эксп. Ks 1; 2 - эксп. №2; 3 -эксп. №3

Рис.8. Распределение плотности присадки в поперечном сечении трубы на входе в МГД-канап для эксп. №1.

Анализ данных, представленных на рис. 7, 8, показывает, что во всех трех рассматриваемых экспериментах избыток скоростного напора при инжекции приводит к неоднородности распределения присадки на входе в МГД-канал на уровне 50 - 80 %.

Для обеспечения однородности распределения присадки необходимо следующее.

1. Оптимизировать соотношения скоростных напоров. Для условий установки FUJI-I это позволит снизить уровень неоднородности присадки до 38-40% (см. рис. 9).

2. Дополнить конструкцию инжекторной форсунки введением центрального сопла, ось которого совпадала бы с осью основного потока, с целью заполнения присадкой области, близкой к оси трубы, и где наблюдается минимум концентрации присадки. Это позволит снизить неоднородность распределения щелочного металла на входе в МГД-канал до 15-18 % (см. пример на рис 10).

3. Оптимизировать расстояние от модифицированной инжекторной форсунки до входа в МГД-канал. Так для условий FUJI-1 необходимо увеличить расстояние между инжекторной форсункой и входом в канал МГД-генератора не менее, чем на 60% (см. рис. И).

2 ÖE-3

1 6Е-3

1.2Е-3 -,

р5.кг/м3 2.5Е-3 г

8 ОЕ-4 -

4.0Е-4

0.0Е+0

~ -0.1 0 1 г,/Л

Рис,9. Распределение плотности присадки при оптимизированном расходе спутного и основного потоков газа: 1 - эксп. № 1; 2 - эксп. №2; 3 - эксп. №3.

2.0Е-3

1.5Е-3

1.0Е-3

5.0Е-4

0.0Е+0

/

\

/

0.5 0.3 0.1 -0.1 -0.3 -0.5

геи

Рис. 10. Оптимизированное распределение плотности присадки при радиальной инжекции, дополненной осевой струей: 1 - эксп. № 1; 2-эксп. №2.

Как показали расчеты, для полупромышленных (Р = 100 МВт) и промышленных (Р = 1000МВт) установок крупномасштабная неоднородность доли присадки на входе в МГД-канал на уровне нескольких процентов обеспечивается за счет установки модифицированной инжекторной форсунки на расстоянии до входа в МГД-канал не менее 20 -25 диаметров подводящей трубы, что технологически вполне приемлемо.

20

, кг/и 3

Я"А г — — "

1 ~'

4Е-4 -

ЗЕ-4 .....-..........................-......

2

2Е-4 -

1Е-4 -

ОЕ+О -1-1-1_I_

0.5 0.3 0.1 -0.1 -0.3 -0.5 г / <1

Рис. 11. Радиальное распределение плотности, присадки при оптимизации расхода смеси, расстояния между инжекторной форсункой и входом в МГД-канал и дополнительным осевым соплом: 1 - эксп. №1:2- эксп. №2.

Второй тип неоднородности распределения щелочного металла в рабочем потоке инертного газа на входе в канал МГД-генератора - эта локальная пространственная неоднородность. существование которой обусловлено капельной структурой ввода присадки.

Для количественного описания уровня локальных неоднородностей разработана модель, описывающая процессы испарения капель присадки и диффузию паров щелочного металла в турбулентный газовый поток.

Модель разработана в предположении о ламинарном характере диффузии присадки из облачка, образовавшегося в результате испарения каждой отдельной капли щелочного металла. Предположение основано на сопоставлении характерных размеров облачка с масштабом турбулентного вихря минимального масштаба в условиях, характерных для МГД-генераторов замкнутого цикла.

Полученные с помощью этой модели результаты показывают, что капельная ин-жекцня вызывает флуктуации плотности присадки на входе в канал МГД-генерагора с частотой порядка нескольких десятков килогерц. Адекватность полученных результатов подтверждается сопоставлением расчетных и экспериментальных данных, полученных на установке FU.1I-1.

При проведении экспериментов контроль за количеством присадки, поступающей в канат МГД-гаоратора, осуществляется двумя способами: измерением расхода щелочного металла, поступающего в танкер-дозатор перед инжекторной форсункой, и вычислением доли присадки из результатов измерения интенсивности поглощения резонанс-

ного излучения лазерного диода атомами щелочного металла непосредственно перед входом в МГД-канал.

Следу ет отметить, что второй способ был разработан на основе предположения об однородности поглощающей среды (однородная модель), а результаты оптических измерений показывали, что в канал МГД-генератора поступает только 30-50% инжектируемой присадки. Очевидно, что основной причиной возникновения такого несоответствия между рассчитанными из результатов оптических измерений и определенными по расходу щелочного .металла величинами доли присадки является локальная пространственная неоднородность поглощающей среды.

Существование локальной пространственной неоднородности распределения атомов щелочного металла в цилиндрическом объеме, выделенном лучом лазерного диода, делает необходимым применение неоднородной модели при расчете доли присадки из результатов оптических измерений. При этом величина доли присадки определяется следующим соотношением

где И'^ - концентрация атомов присадки в облачке; Уш - рабочий объем газа, выделенный лучом лазерного диода; N- число облачков присадки, находящемся в этом объеме; ЫЛг - концентрация атомов инертного газа в рабочем потоке.

Число облачков присадки рассчитывается из экспериментальных данных:

= --(18)

I, Б,

где Я, - площадь поперечного сечения луча лазерного диода; I, - заданная интенсивность излучения лазерного диода; I, - интенсивность излучения прошедшего через поглощающую среду; асГГ - эффективное сечение поглощения облачка присадки.

Под эффективным сечением подразумевается сечение однородной поглощающей сферы, которая количественно поглощает столько же излучения, сколько его поглотит неоднородное облако присадки. На основе дифференциального закона поглощения и с учетом (18), эффективное сечение поглощения рассчитывается из следующего выражения

а* = 2л |

1-е -

Ыг. (19)

Расчеты по (19) показали, что эффективное сечение поглощения одного облачка паров щелочного металла составляет только 5% от поперечного сечения измерительного луча.

При использовании неоднородной модели отношение между измеренной и инжектируемой долями присадки приближается к единице.

На рис. 12,13 представлены результаты расчета соотношения доли присадки, вычисленной по результатам оптических измерений и определенной по расходу щелочного металла через камеру-дозатор системы ввода присадки. При этом результаты оптических измерений обрабатывались с помощью однородной (крив. 2) и неоднородной моделей (крив. 1).

Как видно из рис. 12, 13, в случае неоднородной модели в МГД-генератор поступает 95-98% инжектируемого щелочного металла. Это опровергает предположение [На-^а\уа У.] о том, что почти 50-ти процентный небаланс массы измеренной и инжектируемой присадки вызван прилипанием щелочного металла к стенкам подающей трубы.

1.2

11зм

1.2

1 О

'Ч,

0.5

0.0

0.4

„в-—-».

60

время, сек

Рис 12 Отношение измеренной и инжектируемой доли присадки (пуск 6201); 1 - неоднородная модель: 2 - однородная модель.

40

50

70

80

60

время, сек

Рис. 13. Отношение измеренной и инжектируемой доли присадки (пуск 4111); 1 - неоднородная модель; 2 - однородная модель.

Для снижения уровня локальной неоднородности распределения присадки на первом этапе достаточно увеличить расстояние от инжекторной форсунки до входа в МГД-канал и, как показали расчеты, это расстояние не будет превышать технологически допустимого расстояния от ВРТ до входа в МГД-канал.

Наибопее эффективным вариантом модернизации системы ввода присадки с целью снижения уровня локальных пространственных флуктуаций является непосредственная инжекция паров щелочного металла или смеси паров щелочного металла и инертного газа.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны математические модели парогазотурбинных и газотурбинных установок с МГД-генераторами замкнутого цикла.

2. Дана постановка задачи оптимизации параметров парогазотурбинных и газотурбинных установок с МГД-генераторами замкнутого цикла.

3. Разработана методика определения конкурентоспособности МГД-ТЭУ в условиях неопределенности исходной информации по стоимости основных элементов МГД-блока.

4. С точки зрения экономической и экологической эффективности МГД-ПГУ с фарадеевским генератором обладает большим преимуществом по сравнению с МГД-генератором холловского типа. При значениях коэффициента преобразования энтальпии и внутреннего относительного КПД, равных соответственно 37% и 78%, МГД-ПГУ с фарадеевским генератором будет конкурентоспособной по отношению к перспективным ПГУ при стоимости топлива 70 - 150 дол./т у.т. и удельной стоимости МГД-генератора не более 60-120 дол./кВт.

5. МГД-ПГУ с генератором холловского типа (коэффициент преобразования энтальпии - 35%, внутренний относительный КПД - 70%) конкурентоспособна по отношению к перспективным ПГУ при более высокой стоимости топлива - 110 - 200 дол./т у.т. В тоже время для этого варианта компоновки МГД-ПГУ удельная стоимость МГД-генератора, при которой обеспечивается его конкурентоспособность, может изменяться в более широком диапазоне - от 60 до 240 дол./кВт, что является неоспоримым преимуществом данной схемы.

6. МГД-ГТУ имеют худшие технико-экономические показатели, чем МГД-ПГУ и могут конкурировать с перспективными ПГУ лишь при нереально высоких (более 500 дол./т у.т.) ценах на твердое топливо.

7. Разработана методика решения задачи оптимизации инжекции щелочного металла в турбулентный поток газа с целью создания однородного рабочего тела МГД-генератора. На основе расчетов, проведенных по разработанной методике, предложены инженерно допустимые и малозатратные конструктивные решения, минимизирующие флуктуации электрофизических и газодинамических параметров МГД-плазмы. Эти решения могут эффективно использоваться для установок различного уровня мощности: демонстративного, полупромышленного и промышленного.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Zubtsov V.M., Marinchenko Т.М. Seed fraction fluctuations in closed cycle MHD-generator caused by seed injection in the form of liquid droplets// 12th Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation. - Japan, 1996.-Vol.-P.327-337.

2. Zubtso\ V.M., Marinchenko T.M. Seed fluctuation control and measurement in closed cycle MHD power conversion// 34th SEAM, Mississippi State University. - USA, 1997. -P.274 -285.

3. Zubtsov V.M., Marinchenko T.M., Y. Hasegawa, K. Tsukamoto K. Tsuji, T. Furuya, K.Yoshikaua, H. Yamasaki and S.Shioda. Seed Fraction measurement in closed cycle MHD power conversion// Proc of 201'1 symp. on efficient use of energy and direct electrical power generation. - Japan, 1998. - V.I.- P.581-588.

4. Маринченко T.M. Оценка экономической эффективности перспективных тепловых схем с внутрицикловой газификацией угля// Системные исследования в энергетике. Труды молодых ученых. Выпуск 30. Иркутск: ИСОМ СО РАН, 2000. - С.145-143.

6. Zubtsov V.M., Marinchenko T.M. Uniformization of seed injection for closed cycle MHD power conversion// Int. conf. on MHD power generation and high temperature technology. - China, 2000. - V.l. - P.345-353.

7. Зубцов B.M., Каганович Б.М., Кейко A.B., Павлов П.П., Маринченко Т.М., Таиров Э.А., Филиппов С.П. Физико-химический анализ технологических процессов в энергетике// Системные исследования проблем энергетики/ JI.C. Беляев, Б.Г. Санеев. С.П. Филиппов и др.; Под ред. Воропая Н.И. - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. - 558с.

8. Маринченко Т.М., Зубцов В.М. Инжекция щелочного металла в турбулентный поток газа для создания рабочего тела неравновесного МГД-генератора// Теплофизика высоких температур. - 2002. - Т.40, №3. - С.1-8.

9. Маринченко Т.М. МГД-генератор с «замороженной» ионизацией для повышения эффективности твердотопливных тепловых электростанций// Вестник ИрГТУ. -2003,-№1(13).-С.34-40.

10. Клер A.M., Маринченко Т.М. Оценка экономической эффективности угольных энерюуаановок с МГД-генераюрами замкнутого цикла// Третья всеросийская научно-техническая конференция с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов»; Сб. науч. тр. - Благовещенск: АмГУ, - Т.2. - С.309-315.

11. Клер A.M., Маринченко Т.М. Оценка технико-экономической эффективности угольных энергоустановок с неравновесными МГД-генераторами различных типов// Перспективы энергетики.-2003.-Т.7.-С.169 182.

Соискатель:

Лицензия ИД № 00639 от 05.01.2000. Лицензия ПЛД № 40-61 от 31.05.1999 Бумага писчая. Формат 60x84 1/16 Офсетная печать. Печ. л. 1,33 Тираж 100 экз. Заказ № 77

Отпечатано полиграфическим участком ИСЭМ СО РАН 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 130

РНБ Русский фонд

2007-4 17886

О 5 MAP 2004

ВВЕДЕНИЕ.

1. АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ МГД-ТЕХНОЛОГИИ.

1.1. МГД-технология: физико-технические основы энергетических процессов и опыт их реализации в энергогенерирующих установках.

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 технико-экономических 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.

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 др.]. Результаты лишь небольшого числа работ вышли за рамки определения КПД МГД-ТЭУ. В работе Cervenka S. и van der Laken R. A. (1983 г.) [6] выполнена укрупненная оценка удельных капитальных затрат в строительство угольной МГД-паротурбинной электростанции мощностью 500 МВт и представлены результаты расчетов себестоимости производства электроэнергии. Однако стоит отметить упрощенность используемых математических моделей и расчетных методик. В работе Велихова Е.П. с соавторами (1999 г.) [7] представлена детальная проработка компактной газотурбинной МГД-ТЭУ на природном газе, рассчитаны ее термодинамическая эффективность и массогабаритные характеристики оборудования. Однако авторы не ставили перед собой цель определить технико-экономические показатели рассматриваемой схемы.

Практически полное отсутствие технико-экономических исследований

МГД-технологии замкнутого цикла в немалой степени обусловлено значительной неопределенностью исходной информации. В первую очередь это относится к стоимостным характеристикам основных элементов МГД-блока (МГД-канала, сверхпроводящей магнитной системы, системы ввода и регенерации присадки). В этом случае целесообразным является решение не прямой задачи определения технико-экономических характеристик МГД-ТЭУ при заданной стоимости элементов, а обратной задачи определения допустимой стоимости элементов МГД-блока, при которой МГД-ТЭУ будут конкурентоспособными по сравнению с другими перспективными теплоэнергетическими установками. Корректное решение обратной задачи возможно только в том случае, когда при каждом сочетании стоимости элементов МГД-блока и цены топлива будут определяться такие значения параметров установки (расходов, температур, давлений рабочих тел и теплоносителей и др.), при которых достигается максимальная экономическая эффективность цикла и не нарушаются физико-технические ограничения на параметры. Поиск таких параметров сводится к решению весьма сложных задач технико-экономической оптимизации МГД-ТЭУ.

Одним из перспективных и наиболее изученных типов МГД-генераторов замкнутого цикла является генератор Холла [1, 20, 21]. Существенным препятствием на пути достижения конкурентоспособных характеристик МГД-генератора холловского типа является развитие ионизационной неустойчивости, обусловленное наличием флуктуаций электрофизических и газодинамических параметров МГД-плазмы. Теоретические и экспериментальные исследования показали [8, 53, 54], что для этого типа МГД-генератора, рабочим телом для которого является инертный газ с присадкой щелочного металла, одной из основных причин развития ионизационной неустойчивости следует считать существование пространственных "неоднородностей плотности атомов щелочного металла в рабочем потоке инертного газа, вызванных несовершенством системы ввода присадки.

Для эффективной работы МГД-генератора холловского типа необходимо, чтобы уровень неоднородности состава рабочего тела на входе в канал не превышал 3% [8]. С учетом технологических ограничений на длину канала, передающего нагретый инертный газ от высокотемпературного регенеративного теплообменника (ВРТ) до входа в канал МГД-генератора, обеспечение близкой к 100-процентной однородности состава рабочего тела является достаточно сложной задачей, требующей проведения специальных инженерно-физических исследований.

Цель настоящей диссертационной работы состоит в следующем:

1. Определить оптимальные параметры и технико-экономические показатели угольных теплоэнергетических установок с МГД-генераторами замкнутого цикла различных типов и условия их конкурентоспособности с другими перспективными угольными энергоустановками.

2. Разработать методику решения задачи оптимизации процесса инжекции щелочного металла в турбулентный поток инертного газа для обеспечения расчетных характеристик эффективности МГД-генераторов замкнутого цикла. Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и защищаются автором следующие результаты:

1. Математические модели элементов МГД-блока и модели сложных угольных ТЭУ с МГД-генераторами замкнутого цикла различных типов.

2. Постановка задачи оптимизации параметров сложных угольных МГД-ТЭУ.

3. Методика решения задачи определения условий конкурентоспособности сложных комбинированных угольных МГД-ТЭУ при неопределенности исходной информации по стоимостным характеристикам основных элементов МГД-блока.

4. Физико-технические оценки флуктуаций концентрации присадки при оптимизации процесса инжекции щелочного металла в рабочий поток инертного газа с целью обеспечения ионизационно однородного состояния рабочего тела МГД-генераторов замкнутого цикла различных уровней мощности (демонстрационного, полупромышленного и промышленного).

Практическая значимость работы заключается в использовании разработанных методик для определения условий конкурентоспособности ТЭУ с МГД-генератороми замкнутого цикла с другими перспективными ТЭУ как с точки зрения технико-экономических, так и экологических параметров. Результаты этих исследований являются частью работы, направленной на изучение технико-экономической эффективности перспективных типов энергетических установок, проводимых в ИСЭМ СО РАН.

Результаты, полученные при решении задачи оптимизации процесса инжекции щелочного металла в рабочий поток инертного газа, входят в состав комплекса работ по исследованию способов подавления развития ионизационной неустойчивости и достижения конкурентоспособных характеристик неравновесных МГД-генераторов холловского типа, выполняемых в ИСЭМ СО РАН и базирующихся на экспериментальных данных.

Личный вклад автора. Все исследования по теме диссертации выполнены автором лично, под руководством научных руководителей. Апробация работы. Результаты исследований были представлены и опубликованы в трудах следующих конференций и симпозиумов:

1. 12-th international conf. on MHD electrical power generation, Yokohama, Japan, 1996 г.;

2. 34-th SEAM, Mississippi State University, USA, 1997 г.;

3. '98 Symposium on efficient use of energy technology and direct electrical power generation, Hokkaido University, Japan, 1998 г.;

4. International conf. on MHD power generation and high temperature technology, Beijing, China, 2000 г.;

5. Конференции научной молодежи СЭИ СО РАН, Иркутск - 1997-1999 г.;

6. X научно-технической конференции Иркутского ВВАИУ, 1997 г.;

7. Конференция с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск , 2003 г.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 12 работах. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложена на 129 страницах (без приложений), содержит 4 таблицы и 25 рисунков. Список использованных источников содержит 131 наименование. Приложения изложены на 8 страницах.

Выводы по главе 3

В главе 3 исследованы возможности достижения высокой пространственной однородности распределения присадки на входе в канал неравновесного МГД-генератора для обеспечения ионизационно однородного состояния МГД-плазмы.

Показано, что для установок различной мощности (демонстрационных, полупромышленных, промышленных) такой уровень неоднородности достигается оптимизацией устройства ввода присадки.

В условиях экспериментов, проводившихся на установке FUJI-1 (для не оптимизированных параметров и геометрии устройства ввода присадки), верхний уровень флуктуаций плотности присадки оценивается в диапазоне от 50 до 80%, в зависимости от условий эксперимента. Оптимизация соотношения расходов инжектируемой смеси и основного газового потока позволит снизить уровень неоднородности до 40 - 45 %. Уровень неоднородности, не превышающий нескольких процентов, обеспечивается за счет использования модифицированной инжекторной форсунки и увеличении расстояния от точки ввода присадки до входа в МГД-канал в 1,5 - 2 раза (не менее 10 диаметров подводящей трубы), что является технологически допустимым.

Данные результаты являются этапом в решении общей задачи обеспечения однородности электрофизических и газодинамических свойств рабочего тела МГД-генератора, работа которого основана на концепции подавления развития ионизационной неустойчивости. Совокупность полученных в этом направлении результатов дает основания предполагать, что обоснованная расчетным путем эффективность преобразования энергии в холловском МГД-генераторе (коэффициент преобразования энтальпии 35%, внутренний относительный КПД - 70%) будет достигнута, как на установке полупромышленного уровня мощности FUJI-1, так и на установках промышленного уровня мощности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны математические модели парогазотурбинных и газотурбинных установок с МГД-генераторами замкнутого цикла.

2. Дана постановка задачи оптимизации параметров парогазотурбинных и газотурбинных установок с МГД-генераторами замкнутого цикла.

3. Разработана методика определения конкурентоспособности МГД-ТЭУ в условиях неопределенности исходной информации по стоимости основных элементов МГД-блока.

4. С точки зрения экономической и экологической эффективности МГД-ПГУ с фарадеевским генератором обладает большим преимуществом по сравнению с МГД-генератором холловского типа. При значениях коэффициента преобразования энтальпии и внутреннего относительного КПД, равных соответственно 37% и 78%, МГД-ПГУ с фарадеевским генератором будет конкурентоспособной по отношению к перспективным ПГУ при стоимости топлива 70 - 150 дол./т у.т. и удельной стоимости МГД-генератора не более 60- 120 дол./кВт.

5. МГД-ПГУ с генератором холловского типа (коэффициент преобразования энтальпии - 35%, внутренний относительный КПД -70%) конкурентоспособна по отношению к перспективным ПГУ при более высокой стоимости топлива - 110 - 200 дол./т у.т. В тоже время для этого варианта компоновки МГД-ПГУ удельная стоимость МГД-генератора, при которой обеспечивается его конкурентоспособность, может изменяться в более широком диапазоне - от 60 до 240 дол./кВт, что является неоспоримым преимуществом данной схемы.

6. МГД-ГТУ имеют худшие технико-экономические показатели, чем МГД-ПГУ и могут конкурировать с перспективными ПГУ лишь при нереально высоких (более 500 дол./т у.т.) ценах на твердое топливо.

7. Разработана методика решения задачи оптимизации инжекции щелочного металла в турбулентный поток газа с целью создания однородного рабочего тела МГД-генератора. На основе расчетов, проведенных по разработанной методике, предложены инженерно допустимые и малозатратные конструктивные решения, минимизирующие флуктуации электрофизических и газодинамических параметров МГД-плазмы. Эти решения могут эффективно использоваться для установок различного уровня мощности: демонстративного, полупромышленного и промышленного.

1. Abe Т., Kabashima S., Yamasaki К. Numerical studies on argon and helium closed cycle MHD power plants combined with fully ionized seed// Energy Conversion and Management. 1982. - Vol. 22, № 4. - P.251 - 261.

2. Achievement of highest performers in disk MGD generator with Ar/Cs/ Yamasaki H., Okyno Y., et al.// Proc. of Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation and High Temperature Technologies. China, 1999. - V.l. -P.233-242.

3. Azalbert J.P.// Международный симпозиум по производству электроэнергии с помощью МГД-генераторов. Варшава, 1968. - SM-107/45.

4. Bohn Т. Applied magnetohydrodynamics. Report № 10. MHD-test facility Ar gas II: Description and Operations//NASA-II-F-14876. Kernforschungsandlage Julich GmbH. Report № Jul-883-ТР. 1972.

5. Breev V. V., Gubarev A.A. Problems of building optimum conductivity MHD generators for thermonuclear power plants// Proc. of 6th International Conference on MHD Electrical Power Generation. USA, 1975.

6. Cervenka S., van der Laken R. A. Results from study of 500 MW coal fired closed cycle MHD plant// Proc. 8th Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation. Moscow, 1983. - V. 1. - P.31 -34.

7. Compact high-power MGD electric station on natural gas/ Velikhov E P, Kuznetsov VP, et al.// Proc. of Int. Conf. on MHD Power Generation and High Temperature Technologies. China, 1999. - V.l. - P.203-213.

8. Effect of external fluctuations on the performance of closed cycle generator/ Okuno Y., Endo Y., Kabashima S., et. al.// Trans. I.E.E of Japan, 1988. Vol. 108. №1/2.- P.6-14.

9. Experiments with FUJI-1 Facility in 1995/ Suekane T. // Proc. of 18th Symp. On Efficient Use of Energy and Electrical Power Generation. — Japan, 1996. -P.29-39.

10. Flinstberg H.J., Balemans W.J.M., Rietjens L.H.Th Power extraction experiments with the Endhoven MHD blow-down facility// Proc. 8th Int. Conf. On MHD. Moscow, 1983. - vol.l. - P.80-87.

11. Fushimi K. Experiment on MHD generator with a Large-Scale Superconducting Magnet (ETL Mark V)// Proc. 14th Symposium on Engineering Aspects of Magnetohydrodynamics. Tennessee, 1974. - P. 1.4.1 -1.4.5.

12. M.Harada N. et. al. High enthalpy extraction demonstration with closed cycle disk MHD generators// Pros. 28 SEAM. 1990, (копия рукописи).

13. Harada N. High enthalpy extraction experiment with FUJI-1 CCMHD Facility// IEE Japan. 1994. - Vol 114 B, №9. - P.93 8-944.

14. Harada N. Experimental studies of closed cycle MHD power generation with FUJI-1 blown down facility// Proc. 11th MHD International conference. -China, 1992. - Vol. 4. - P.l 153-1160.

15. High efficiency power generation from coal and wastes utilizing high temperature air combustion technology/ Yoshikawa K. et. al. Proc. Int. Symp. on Advanced Energy Technology. - Japan, 1998. - P. 439-446.

16. Kabashima S., Sokolov A., Faraday MHD generator with nonuniform preionized flow without seed// Proc. 31st SEAM. USA, 1997.

17. Kayukawa N. Classification of coal synthesized gas fired MHD topped power plants// Proc. of Int. Conf. on MHD Power Generation and High Temperature Technologies. China, 1999.-Vol 1.-P. 17-25.

18. Kayukawa N. et al. On the MHD-Briton combined cycle with coal -gasification// Proc. 17th Symp. Efficient use of Energy and Direct Electrical Power Generation. Japan, 1995. - P. 27-36.

19. Kerrebrock J.L., Hoffman M.A. Nonequilibrium ionization due to electron heating: I. Theory // AIAA Journal. 1964. - Vol. 2, № 6. - P. 1072-1080.

20. Kim Y., et al., Studies on a high temperature regenerative heat exchanger for closed cycle MHD power generation// JSME International Journal. 1990. -Vol. 33, № 1. -P.141-148.

21. Kler A. M., Potanina Y. M. Technical and economic studies on optimization of perspective fossil thermal power plants// Proc. of 3rd Int. Conf. Energy Cooperation in Northeast Asia: Prerequisites, Conditions, Ways. Russia, 2002.-P.266-279.

22. Kobayahsi К., Yoshikawa К., Tsuji К., Shioda S. Analysis of power generation system on gasification of coal and wasters using high temperature air// Int. Conf. On MHD Power Generation and High Temperature Technologies. -China, 1999. -P.609-615.

23. Kubota H. Linear and nonlinear ionization instability development in closed cycle MHD generators// Proc. 31st SEAM, Whitefish. USA, 1993. - P.IX.5.1-IX.5.8.

24. Manella A., Molfino P., Repetto M., Analysis and design of solenoidal magnetsitfor disk MHD configurations//11 International Conference on Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation. China, 1992. - Vol. II. -P. 498-505.

25. Monin A.S., Yaglom A.M. Statistical Fluid Mechanics. MIT Press, 1975. -Vol.2.-650 c.

26. Nikuradze J., "Gesetzma ssigkeiten der turbulenten Strtimung in glatten Rohren", VDI. 1932

27. Muramatsu K. Current situation and prospect of high efficiency coal utilization technology in Japan// International Symposium on High Temperature Air Combustion and gasificatyio. Taiwan, 1999. - P.(A3-1)-(A3-130).

28. Nakamura J., Riedmitller W. Stability on nonequilibriun MHD Plasma in regime of fully ionized seed// AIAA Journal. 1974. - V.12, № 5. - P.661-668.

29. Noer V., Kjaer S., Development of ultra super critical PF power plants in Denmark energy and technology: Sustaining world development into the next millennium// 17th Congress of World Energy Counsel. USA, 1998. - Vol. 2. -P.295-311.

30. Preliminary study on next facility for closed cycle MHD power generation (FUJI-2).Part II: disk type generator/ Ikeda S., et. al.,- 11th Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation. China, 1992. - Vol. IV. - P. 1101- 1106.

31. Preliminary study on next test facility for closed cycle MHD power generation (FUJI-2), Part I: Outline of the plant/ Yoshikawa K., Okomura Т., Harada N., et. al.// Proc. of 11th Int.

32. Conf. on MHD Electrical Power Generation. — China, 1992.-Vol.4.-P. 1095-1100.

33. Recent power generation experiments with FUJI-1 CCMHD blow-down facility/ Okuno Y. et. al.// Proc. the 1998 Int. Symp. on Advanced Energy Technology. Japan, 1998. - P.277-284.

34. Resent results of Fuji-1 experiments/ Okuno Y., Okomura Т., Suekane Т., et al.// Proc of 17ht 15 Symp.on Efficient Use of Energy and Direct Electrical Power Generation. Japan, 1995. - P.63-72.

35. Rogner H-H. An assessment of world hydrocarbon resources// Annu. Rev. Energy Environ. 1997. - P.22: 217-262.

36. Rosa R.J. Magnetohydrodynamic energy conversion. McGRAW-HILL BOOK Company, 1968. - 287c.

37. Safronova O.N., Kabashima S., Numerical simulation studies on FUJI-1 diskfh MHD-generator of a with the account of turbulent effect// Proc. of 12 Int.

38. Conf. on MHD Electrical Power Generation. Japan, 1996. - P.721-728.

39. Seed fraction measurement and control in the FUJI-1 facility/ Hasegawa Y., Tsukamoto K., Tsuji K., et. al.// Proc. of 12th Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation. Japan, 1996. - P.632-640.

40. Seed fraction measurements in the FUJI-1 facility/ Hasegawa Y., Gejo Т., Tsuji K., et. al. // Proc. of 10th Int. Conf. on MHD. India, 1989. - Vol.3. - P.XI.64-XI.71.

41. Shioda S., et. al., Experiments for folly ionized seed and its application to closed cycle MHD power generation// Specialists Meeting on Coal Fires MHD Power Generation. Sydney, 1981 -P.5.2.1-5.2.7.

42. Shioda S., Yamasaki H. Suppression of ionization instability in an MHD Disk-generator. // AIAA Journal. 1974. - Vol.12, №12. -P.1763-1764. '

43. Stekly Z. J. J., Superconducting magnets for MHD generator in electricity from MHD// Proc. of IV Symp. on Magnetohydrodynamic Electrical ■ Power Generation. -Vienna, IAEA, 1968. P. 3469 - 3489.

44. Suekane Т., et al. Studies on MHD flow in a disk generator with FUJI-1 facility// Proc. the 1998 Int. Symp. on Advanced Energy Technology. Japan, 1998. - P.293-300.

45. Technical proposals on the seed injection system for FUJI-1 facility. IVTAN SA, 1992.

46. Velikhov E.P., Di'khne A.M. Ionization instability of Plasma with Hot Electrons// Proc. of 7th Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. Belgrade, 1965. - Vol.1.-P.675-681.

47. Velikhov E.P., Di'khne A.M. Plasma turbulence to ionization instability in a strong magnetic field// Proc. of 7th Int. Conf. Sur les Phenomens d'lonization dans les Gas. Paris, 1963. - Vol.2. - P.219-232.

48. Wada K. Coal-fired power generation system for future// Hitachi Review. -1997. Vol.46. №3.- P. 135-142.

49. Yamasaki H., et al. High enthalpy extractions in the FUJI-1 disk experiments// Proc. of 10th Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation. India, 1989. -V.4. - P. XII.30-XII37.

50. Yamasaki H., et al. Experimental studies of closed cycle disk generator in FUJI-1 facility// Proc. 9th Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation. -India, 1986. -P.341-350.

51. Yamasaki H., et al. High interaction disk experiments in the FUJI-1 facility// Proc. 26 SEAM.-USA, 1988.-P.7.1.1-7.1.7.

52. Yan Luguang, Jing Bohong, Progress of the superconducting magnettbdevelopment in chinaII Proc. 10 Int. Conf. on Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation. India, 1989. - P.VI.1-VI.8.

53. Yoshikawa K., et al. Application of inert gas MHD to electric power plants// 2nd Japan-USSR MHD Symp. Irkutsk, 1991.

54. Yoshikawa K., et al., Studies on high temperature regenerative heat exchanger for closed cycle MHD power generation (3rd report: NOx emission control)// Transactions of the JSME (in Japan). 1986: - Vol.52, №475. - P.1399-1405.

55. Yoshikawa K., et. al. Experimental evaluation of a high temperature regenerative heat exchanger for closed cycle MHD power generation// Proc. of XYIIICHMT Int. Sym. 1983.

56. Yoshikawa K., et. al. New concept of direct coal-firing closed cycle MHD power generation// 31st SEAM. USA, 1993. - IVb3.1- IVb3.8.

57. Yoshikawa К., et. al., Generation and thermal performer's of peddle regeneration heat exchangers for blow-down experiments of closed cycle MHD power generation// Proc. of the Symp. on Efficient use of Energy and Direct Power Generation. Japan, 1983.

58. Yoshikawa K., Shioda S. Gas turbine combined cycle power generation system topped by closed cycle MHD// IGTC. Japan, 1987. - РЛП-321-Ш-326.

59. Yoshikawa K., Shioda S. System optimization for closed cycle MHD power generation// Proc. 11th Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation. -China, 1992.-V.4.-P. 1218-1223.

60. Zauderer В., System studies of coal fired closed cycle MHD for central station power plants// Proc. 15th Symp. Eng. Aspects Magnetohydrodyn. USA, 1976. -III.5/1 — III.5/15.

61. Zubtsov B.M., Kabashima S. On creation of uniform discharge in inert gas seeded by alkali metal// Proc. of Technical meeting on energy science. Japan, 1993a.-P.129-138.

62. Zubtsov V.M. A Method of local dynamic stabilization of ionization instability// Proc. 15th Symp. on Efficient use of Energy and Direct Electrical Power Generation. Japan, 1993b. -P.3.3.1-3.3.10.

63. Zubtsov V.M. Linear and nonlinear analysis of ionization instability of nonequilibrium MHD plasma// Proc. of 10Th Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation. India, 1989. - later papers. - P. 120-127

64. Абрамов В.А. Тарасов Ю.А. Свойства аргого-цезиевой плазмы в электрическом поле// Теплофизика высоких температур. 1964. - Т.2, №3. -С. 313-320.

65. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: ГИФМЛ, 1960. - 715с.

66. Арефьев К.М., Палеев И.И. Основы термоэлектронного и магнитогидродинамического преобразования энергии. М.: Атомиздат, 1970.-216с.

67. Аэродинамический расчет котельных установок/ Отв. ред. Млчан С.И., Изд. 3-е. JL:Энергия, 1977. - 255 с.

68. Багдонас А. В. Изучение процессов на холодных электродах в канале МГД генератора// Труды Первого Советско-Американского коллоквиума по МГД преобразованию энергии. -М.: ИВТАН, 1974. С. 305 - 313.

69. Беляев JI.C., Марченко О.В., Филиппов С.П., и др. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию. Новосибирск: Наука, 2000. - 269с.

70. Бреев В.В., Губарев А.В., Панченко В.П. Магнитногидродинамические генераторы// Итоги науки и техники, серия: Генераторы прямого преобразования тепловой и химической энергии в электрическуюю М.: ВИНИТИ, 1978.-т.4.

71. Бреев В.В., Панченко В.П., Чернуха В.В. Исследоване эффективности фарадеевского МГД-генератора в схеме с термоядерным реактором// Теплофизика высоких температур. 1977, №4. - С.879-876.

72. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. - 708с.

73. Васильев Н.Н., Недоспасов А.В. Использование МГД-генераторов на термоядерных электростанциях// Теплофизика высоких температур. -1975. №6. - С.73-77.

74. Вольберг Д.Б. Современное состояние и перспективы развития энергетики мира// Теплоэнергетика. 1999. - №5. - С.5-12.

75. Гиршфельдер Дж., Кертис И., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: Издательство иностранной литературы, 1961. - 930с.

76. Гидравлический расчет котельных агрегатов (нормативный метод)/ Отв. ред. Локшина В.А. и др. М.: Энергия, 1980. - 250 с.

77. Губарев А.В., Гурашвили В.А. Предельные характеристики МГД-генераторов с неравновесной плазмой// Известия АН СССР, Энергетика и транспорт. 1970. -№1. - С. 167-170.

78. Зубцов В.М. Нелинейные волны в низкотемпературной плазме с горячими электронами в скрещенных ЕхН полях// Журнал технической физики. 1981а. -т.51, №10. - С.2152-2155.

79. Зубцов В.М. Нелинейные волны в термически неравновесной плазме в скрещенных полях// Доклады АН СССР. 1981 б. - т. 256. - С. 364-367.

80. Зубцов В.М. О подавлении ионизационных волн в плазме инертных газов при полной ионизации присадки щелочного металла// Proc. VIII th Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation. Moscow, 1983. - vol.1. -C.152-155.

81. Иванов Ю.В. Уравнение траектории струи острого дутья// Советское котлотурбостроение. — 1952. №8.

82. Каганович Б.М., Филиппов С.П., Анциферов Е.Г. Эффективность энергетических технологий Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1989.-256с.

83. Каганович Б.М., Филиппов С.П., Равновесная термодинамика и математическое программирование. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. - 236с.

84. Керреброк Дж. JI. Неравновесная ионизация вследствие нагрева электронов . I. Теория.// Ракетная техника и космонавтика. 1964. - №6. -С.125 -135.

85. Керреброк Дж. Хофман JI. Неравновесная ионизация вследствие нагрева электронов. И. Экспериментальное исследование// Ракетная техника и космонавтика. 1964. - №6. - С. 136-145.

86. ЮО.Кирилин В. А. Взрывной магнитногидродинамический генератор со сверхпроводящей магнитной системой// ДАН СССР. 1969. - т. 185, №2. -С. 316-319.

87. Кирилин В.А. Шейдлин А.Е., Шумяцкий Б.Я. Исследования МГД-установки У-02 при ее работе в длительных режимах// Теплофизика высоких температур. 1971, №5. - С. 1029-1046.

88. Ю4.Космические и энергетические транспортные системы, основанные на МГД-методе преобразования энергии/ Славин B.C., Данилов В.В, Кузоватов И.А., и др. // Теплофизика высоких температур. 2002. — Т.40, №5.-С. 810-825.

89. Ю5.Магнитогидродинамическое преобразование энергии. Открытый цикл/ Отв. ред. Шумяцкого Б.Я. и Петрика М. М.: Наука,1979. - 583с.

90. Об.Магнитогидродинамическое преобразование энергии. Физико-технические аспекты/ Отв. ред. Бейлис И.И. М.: Наука, 1982. - 368с.

91. Магнитодинамические генераторы открытого цикла./ Отв. ред. В.П. Мотулевич. М.:Мир, 1972. - 420 с.

92. Маринченко Т.М., Зубцов В.М. Инжекция щелочного металла в турбулентный поток газа для создания рабочего тела неравновесного МГД-генератора// Теплофизика высоких температур. 2001. - Т.40, №3. -С.1-8.

93. ПО.Митченер М., Кругер Ч. Частично ионизованные газы. М. : Мир, 1976г. С.494.111 .Недоспасов А.В. Физика МГД-генераторов// Успехи физических наук. -1977. У123, №2. - С. 333-348.

94. Недоспасов А.В., Хайт В.Д. Колебания и волны в низкотемпературной плазме. М.: Наука, 1979. - 168 с.

95. Недоспасов А.В., Шипук И .Я. Исследования проводимости плазмы в поперечном магнитном поле// Теплофизика высоких температур. 1965. -Том 3. №2. -С.186-190.114.0льховский Г.Г. Технологии для тепловых электростанций//

96. Теплотехника. 1999. - №8. - С.20-25. 115.Отчет: Исследования возможностей создания неравновесного МГД-генератора с ионизационно однородной плазмой. - АН СССР СО СЭИ. -1987.-85 с.

97. Пищиков С.И., и др. Результаты исследований на У-25// Труды Первого Советско-Американского коллоквиума по МГД преобразованию энергии.- М.: ИВТАН, 1974. С.282-294.

98. Роза Р. Магнитогидродинамическое преобразование энергии. М.: Мир, 1970.-287 с.

99. Сафронова О.Н., Овсяников А.Л., Зубцов В.М. Исследование термодинамической эффективности тепловых схем с МГД-генератором замкнутого цикла// Известия РАН. Энергетика. 1996. - №2. - С. 75-82.

100. Синкевич О.А. Ионизационные волны конечной амплитуды в частично ионизованной плазме// Теплофизика высоких температур. 1975. — т.13, №i;-C.53-60.

101. Синкевич О.А. О характере потери неустойчивости в неравновесной замкнутой плазме// Прикладная математика и механика. 1974. - т.38, №4. - С.656-652.

102. Славин B.C., Лобасова М.С. Неоднородный газоплазменный поток инертного газа в канале МГД-генератора// Теплофизика высоких температур. 1998. - Т. 36, №4. - С. 647-654.

103. Справочник: Термодинамические свойства веществ. Справочное издание в 4-х томах. М.: Наука, 1978. - с.

104. Справочник: Расчеты аппаратов кипящего слоя/ Отв. ред. И.П.Мухленова. Л.: Химия, 1986.-351с.

105. Справочник: Тепловые и атомные электростанции. М: Энергоиздат, 1989.-608с.

106. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод)/ Отв. ред. Кузнецов Н.А. и др. М.: Энергия, 1973. - 295с.

107. Шейндлин А.Е. Новая энергетика. М:, Наука, 1987. - 463с.

108. Шейндлин А.Е. О перспективах плазменных МГД-установок// Известия АН. Энергетика. 1996. - №5. - Р.54-65.

109. Шейндлин А.Е., Кирилин В.А. Об исследованиях в МГД-преобразовании энергии// Теплоэнергетика. 1974. - №5. - С.6-11.

110. Хинце И.О. Турбулентность, ее механизм и теория. М.: Физматгиз, 1963.-680 с.