ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧНОСТИ РАБОТЫ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ПУТЁМ ВНЕДРЕНИЯ МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ГЕНЕРАЦИИ

Экология - очень важная вещь на нашей планете, от чего зависит наше будущее, потому что человек всё чаще и чаще сталкивается с тем или иным видом получения энергии, которое приводит к загрязнению окружающей среды. Так, при работе на крупных станциях производства энергии (ТЭЦ, ГЭС, АЭС) ежедневно производится выброс вредоносных химических соединений в воздушный бассейн [3]. Над данной проблемой работает большое количество учёных, которые предлагают с помощью внедрения различных технологий увеличить экологичность работы энергетических установок. Одним из таких решений может стать магнитогидродинамическая генерация, при которой изменяется состав отработанных газов в котельной установке в более экологичную сторону.

Итак, МГД генерация - это процесс, в котором идёт преобразование энергии движущегося рабочего тела (электропроводящая среда) в электрическую [5].

Первые МГД-генераторы использовали в качестве рабочего тела электропроводные жидкости (электролиты). В настоящее время применяют плазму, в которой носителями зарядов являются в основном свободные электроны и положительные ионы. Под действием магнитного поля носители зарядов отклоняются от траектории, по которой ионизированный газ двигался бы в отсутствие поля [1].

В первые об этой технологии заговорили ещё во времена Советского Союза. Первые опытные образцы были собраны и запатентованы, но описанные в них конструкции были на практике нереализуемы, так как не существовало материалов, которые могли бы выдержать температуру в 2 500-3 000 °C.

На сегодняшний день исследования и изучение МГД–генераторов широко развёрнуты в США, Японии, Нидерландах, Индии и в других странах [2]. В США эксплуатируется опытная МГД–установка на угле тепловой мощностью 50 МВт [2].

Принципом работы МГД-генератора является движение высоко температурной ионизированной плазмы, пропускаемой через мощное магнитное поле, в котором под действием магнитной индукции возникают противоположно направленные потоки с носителем зарядов противоположных знаков.

В теории, возможно рассчитать при известных параметрах получение электрического тока [5]:

 , В                                                                                                          (1)

где:

Е - ЭДС;

H - напряжённость магнитного поля, Вб;

V - скорость плазменного потока, м/с;

L - эффективный размер плазмы поперёк ее движения, м;

с - напряжённость электрического поля, В/м, Н/Кл.

Помимо энергоэффективности при использовании МГД-генератора в котельных установках мы получаем и экологический результат.

Рисунок 1. Продукты сгорания топлива

При сжигании топлива в котельных образуются (рис. 1) оксид углерода СО, диоксид серы SО₂, диоксид азота NO₂, полициклические углеводороды (главным образом бенз-а-пирен С₂₀Н₁₂), а также взвешенные вещества (зола, сажа и коксовые остатки), токсичность которых зависит от содержащихся в них примесей, а также СО₂ и Н₂О. Эти вещества, являясь продуктами полного и неполного сгорания, по-разному воздействуют на воздушный бассейн, но это влияние в целом негативно. Это приводит к таким последствиям как изменение температурных условий, возникновение парникового эффекта и теплового загрязнения атмосферы, а также потребление значительной части кислорода, который необходим для дыхания человека [3].

Выброс токсических веществ напрямую от количества расходуемого топлива, необходимый объем которого обратно пропорционален КПД котлоагрегата (рис.2). Это наглядно отражает формула максимального расхода топлива [4]:

, м³/с, кг/с,                                                                                               (2)

где:

- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м³;

- коэффициент полезного действия котлоагрегата брутто;

- теплопроизводительность котельного агрегата, кВт (кДж/с).

А значит, от увеличения данного показателя напрямую зависит улучшение экологической обстановки.

Рисунок 2. Расходы топлива на 1 кВт энергии в год

МГД-генератор имеет более высокий показатель КПД (72%) по сравнению с газопоршневыми (около 40%) и газотурбинными установками (около 30%) (рис. 3), что позволяет изменить химический состав выброшенных газов в атмосферу и значительно уменьшить их количество [6].  

Если говорить конкретно об установке, данная идея реализуема и имеет огромный научный потенциал, что может привести к прорыву в сфере возобновляемых источников энергии. С данной технологией когенеративная установка будет выполнять свою изначальную функцию и при этом будет работать как источник электроэнергии, подающий её потребителю, что позволит многим крупным предприятиям быть абсолютно независимыми в экономическом плане, а также увеличит экологичность выбросов крупных предприятий в зависимости от расхода сжигаемого топлива, где когенеративная установка является неотъемлемой частью производства.

Рисунок 3. КПД различных генераторов