DE1291819B - Verfahren zur Erzeugung eines inhomogenen fluiden Stromes fuer einen MHD-Generator - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung eines inhomogenen fluiden Stromes fuer einen MHD-Generator

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DE1291819B
DE1291819B DE1965S0096596 DES0096596A DE1291819B DE 1291819 B DE1291819 B DE 1291819B DE 1965S0096596 DE1965S0096596 DE 1965S0096596 DE S0096596 A DES0096596 A DE S0096596A DE 1291819 B DE1291819 B DE 1291819B
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DE1965S0096596
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Carrasse Jean Marie Pierre
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Cegelec SA
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K44/00Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
    • H02K44/08Magnetohydrodynamic [MHD] generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N3/00Generators in which thermal or kinetic energy is converted into electrical energy by ionisation of a fluid and removal of the charge therefrom

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  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Sauerstoff und Brennstoff enthaltenden inhomogenen fluiden Stromes für einen MI-ID-Generator mit einer gepulsten Eingabe des Brennstoffes in zwei Stufen.
  • Es ist bei NIHD-Generatoren bereits bekannt, einen inhomogenen fluiden Strom herzustellen, der abwechselnde Abschnitte unterschiedlicher Temperaturen aufweist, wobei diese Abschnitte in dünnen Schichten auftreten und sich senkrecht zur Strömungsrichtung erstrecken.
  • So ist ein MHD-Generator bekannt, bei dem der Brennstoff mit Luft in einer Brennkammer verbrannt wird und bei dem die Verbrennungsgase sich in einer konvergenten-divergenten Düse ausdehnen und dabei durch ein Magnetfeld hindurchgehen. Bei diesem bekannten MHD-Generator ist in der Verbrennungskammer an einer Stelle, in der die Hauptverbrennungsgase voll brennen und stromauf vom konvergenten Teil der Düse ein doppeltes Gitterrohr vorgesehen, welches sich durch die Verbrennungskammer hindurch erstreckt und durch dessen Öffnungen geringe gepulste Sauerstoffmengen und Mengen eines flüssigen Brennstoffes eingegeben werden. Hierbei wird der Sauerstoffträger, der in der zweiten Stufe zugeführt wird, in Wärmeaustauschern erwärmt, bei denen die Wärme die Dicke einer Wandung durchsetzt, so daß die gesamten Wärmeaustauscher sich auf hoher Temperatur befinden. Hierbei treten in nachteiliger Weise sehr starke Korrosionen auf. Man könnte diesen Nachteil nur dadurch ausschalten, daß man einen mit Sauerstoff angereicherten Sauerstoffträger verwendet. Jedoch ist eine derartige Anreicherung sehr teuer und führt ferner zu nachteiligen chemischen Veränderungen der Abgase.
  • Es ist ferner ein MHD-Generator bekannt, bei welchem die gewünschte Schichtbildung des fluiden Stromes dadurch erreicht wird, daß HF-Entladungen verwendet werden. Beispielsweise ist es bekannt, periodische Hochfrequenzentladungen im gesamten Gasstrom mittels Spulen auszubilden. Hierbei wird je- doch ein wesentlicher Teil des erzeugten elektrischen Stromes in nachteiliger Weise verbraucht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines inhomogenen geschichteten, fluiden Stromes von hoher elektrischer Leitfähigkeit unter verbesserten thermodynamischen Bedingungen bei gleichzeitiger Verminderung des Aufwandes an Wärmeaustauscheinrichtungen zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem vorausgesetzten Verfahren dadurch gelöst, daß in der ,ersten Stufe der Brennstoff lediglich in bestimmte Abschnitte eines homogenen Sauerstoffträgerflusses eingegeben wird, daß der so entstandene inhomogene fluide Strom partiell zwischen den zwei Stufen entspannt wird und der Brennstoff in der zweiten Stufe in diejenigen Abschnitte des fluiden Stromes eingegeben wird, in welche in der ersten Stufe kein Brennstoff eingeleitet wurde.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden in vorteilhafter Weise lediglich bestimmte Abschnitte des fluiden Stromes in der ersten Stufe aufgeheizt und nicht der gesamte Strom, und ferner st eine Zwischenstufe zwischen der ersten und der zweiten Stufe vorhanden, in der ein Wärmeaustausch zwischen den aufgeheizten Abschnitten und den nicht aufgeheizten Abschnitten stattfindet, und zwar über die Grenzflächen dieser Zwischenstufe hinweg, und ferner wird in vorteilhafter Weise lediglich Brennstoff zugeführt und nicht zugleich Brennstoff und Sauerstoff.
  • Es kann vorteilhaft sein, daß in der ersten Stufe an mehreren längs der Bahn des fluiden Stromes verschobenen Stellen teilweise Brennstoff eingegeben und der fluide Strom zwischen diesen Stellen teilweise entspannt wird. Die Brennstoffeingabe kann mit solchen Phasenverschiebungen erfolgen, daß nacheinander verschiedene nebeneinanderliegende Einzelabschnitte des fluiden Stromes gespeist werden, deren Gesamtheit den in der ersten Stufe zu ionisierenden Abschnitt bildet.
  • In vorteilhafter Weise kann in der ersten Stufe Impfstoff mit gleicher Stoßfolge wie der Brennstoff, jedoch mit einer solchen Phasenverschiebung in den Trägerfluß eingegeben werden, daß diejenigen Ab- schnitte des fluiden Stromes getroffen werden, die in dieser Stufe keinen Brennstoff erhalten. Der Impfstoff kann in der zweiten Stufe mit gleicher Stoßfolge wie der Brennstoff und in Phase mit diesem eingegeben werden.
  • Mit besonderem Vorteil kann die Phasenverschiebung der Brennstoffeingabe in der zweiten Stufe auf die maximale Temperatur des fluiden Stromes am Ausgang dieser Stufe eingestellt werden.
  • Weitere Einzelheiten des Verfahrens und durch diese erzielte Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einer für seine Durchführung geeigneten Anlage hervor, die in der Zeichnung in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform blockschaltbildartig dargestellt ist.
  • Die für einen solchen Wärmekreisprozeß vorgesehene, in offenem Kreislauf betriebene Anlage eines magnetohydrodynamischen Generators besitzt einen Umwandlungskanal 1, der von dem in zwei Verbrennungsstufen erzeugten fluiden Strom durchströmt wird. Die erste dieser Stufen ist mit 2, die zweite Stufe mit 3 bezeichnet. Die bei 4 aus dem Kanal 1 entweichenden Gase kühlen sich an den Wärmetauschern 5, 6 und 7 ab, bevor sie bei 8 in die Außenluft ausgestoßen werden. Der Wärmetauscher 7 bildet, wie bekannt, Teil eines Wärinekraftwerks üblicher Bauweise, das unter anderem eine Tuibine 9 und einen Wechselstromgenerator 10 besitzt. Der Wärmetauscher 6 dient in bekannter Weise der Vorwärmung der Sauerstoffträgerluft der Anlage am Ausgang des Verdichters 11 und vor seiner Eingabe in Form eines stetigen Flusses bei 12 in die erste Verbrennungsstufe 2. Der Wärmetauscher 5 wird zur Bereitung des Brennstoffs vor seiner Eingabe über die Rohrleitung 13 in die Verbrennungsstufen verwendet. Diese Vorbereitung besteht darin, daß der bei 14 ankommende Rohbrennstoff mit einer oxydierenden Strömung oder einer Mischung von oxydierenden Strömen, wie Wasser, Wasserdampf, Kohlensäuregas usw., gemischt wird. Diese Beigabe tritt über die Leitung 15 zu. Die Mischung wird auf eine solche Temperatur gebracht und gehalten, daß sich endotherme Reaktionen der Verdampfung, des Krackens und der Umformung der Kohlenwasserstoffverbindungen und des Kohlenstoffs einstellen können, wobei die notwendige Wärme in dem Wärmetauscher 5 durch die Ausstoßgase des Kanals 1 geliefert wird.
  • Die Anwendung der bekannten Technik der Vergasung, vorzugsweise nach einem Verfahren mit äußerer Heizung und ohne Mischung mit den Heizgasen, gestattet es, ohne zusätzliche Vorwärmung des Sauerstoffträgers, also ohne Vergrößerung der technologischen Schwierigkeiten, eine bedeutende Wärme-C menge den Verbrennungsmitteln zu übertragen. Da nun, wie es in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, die verwendeten Gase des magnetohydrodynamischen Generators als Wärmequelle dienen, tritt zu der Erhöhung der Verbrennungstemperaturen stromaufwärts vom Kanal noch der bekannte Vorteil der Wiedergewinnung einer Wärmeenergie.
  • Der Brennstoff wird stoßweise in die erste Stufe 2 derart eingegeben, daß die Verbrennung nur in bestimmten Abschnitten des bei 12 eingegebenen steten fluiden Stromes stattfindet. Diese Eingabe kann gleichzeitig bei 16 am Eingang der Verbrennungskammer 17 erfolgen, wobei der fluide Strom sodann teilweise in einer Vorentspannungsrohrleitung 18 beschleunigt wird, bevor er in die zweite Stufe 3 eintritt. Diese Vorentspannung gestattet es, unmittelbar die chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln und demzufolge den die Verbrennung in der ersten Stufe begleitenden Temperaturpunkt für eine gleiche Gesamttemperatur am Eingang der zweiten Stufe 3 zu begrenzen.
  • Man kann auch die Temperaturerhöhung noch mindern, indem man die Brennstoffeingabe auf mehrere weitere Stellen 19, 20, 21 und 22 längs des Durchflusses des fluiden Stromes verteilt. Sämtliche Eingaben erfolgen stoßweise mit der gleichen Stoßfolge wie bei der Eingabe 16, jedoch mit Phasenverschiebungen, zur nächsten Eingabe; die Verbrennung kann somit nacheinander die einander benachbarten Einzelabschnitte des Stromes treffen, deren Gesamtheit den in der ersten Stufe aufgeheizten Ab- schnitt bildet, wobei der in der zweiten Stufe aufzuheizende Abschnitt praktisch unbeeinflußt gelassen wird.
  • Die erste Stufe (2) gestattet es, die Verbrennung des Brennstoffs in denjenigen Abschnitten des fluiden Stromes hervorzurufen, der in dieser Stufe aufgeheizt werden muß, um die Gesamtheit des fluiden Stromes zu beschleunigen und die Wärme der warmen Abschnitte des fluiden Stromes auf die kalten Abschnitte ohne nennenswerte Diffusion der Gase züi übertragen. Dieses letztere Ergebnis läßt sich gewünschtenfalls noch dadurch verbessern, daß man die Rohrleitung 18 in mehrere einander parallele Kanäle aufteilt, wodurch das Verhältnis zwischen der Wärmeaustauschfläche der Wände der Kanäle und dem Querschnitt des fluiden Stromes wächst.
  • Unter diesen Bedingungen nehmen am Eingang der zweiten Stufe (3) die nicht aufgeheizten Abschnitte eine Temperatur an, die nahe bei der Mischtempera-1 ur des Gesamtstromes liegt, nämlich derjenigen Temperatur, die die Verbrennung des in der ersten Stufe verwendeten Brennstoffs in dem gesamten Sauerstofftr-#i#l,er annehmen könnte; diese Abschnitte behalten jedoch demgegenüber ihre ursprüngliche chemische Zusammensetzung bei, und zwar mit einem Gehalt ,in praktisch unverändertem oxydierendem Gas. Bei den aufgeheizten Abschnitten ist die Temperatur auf einen Wert gefallen, der jedoch höher ist. Seine chemische Zusammensetzung ist von derjenigen des reinen Sauerstoffträgers auf die eines von freiem Sauerstoff praktisch freien Verbrennungsgases über-gegangen.
  • Auf Grund dieser Vorkehrunaen kann die Verbrennung in der zweiten Stufe 3 in einem bereits teilweise beschleunigten, an Sauerstoff nicht ärmer gewordenen Sauerstoffträger erfolgen, der auf eine höhere Temperatur erwärmt worden ist, die sonst nur weder in einem Wandwärmetauscher unter Inkaufnahme des Temperaturabfalls in der Zwischenwandung, der technologischen Grenzen der Abdichtung uncT des mechanischen Strömungswiderstandes oder in einem Regenerator bei maximaler und notwendigerweise höherer Temperatur des heißen Fluids zu erzielen wäre.
  • Die Brennstoffeingabe 23 in die zweite Stufe 3 erfolgt stoßweise in die Verbrennungskammer 24 mit gleicher Folge wie in der ersten Stufe 2, jedoch mit einer solchen Phasenverschiebung, daß die getroffenen Abschnitte des fluiden Stromes diejenigen sind, die in der ersten Stufe 2 nicht aufgeheizt worden sind. Die Regelung dieser Phasenverschiebung kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß die Temperatur des fluiden Stromes am Ausgang der zweiten Stufe 3 beispielsweise mittels eines Strahlungspyrometers markiert und die Phasenverschiebung unter Erzielung der Maximaltemperatur gesteuert wird.
  • Die endgültige Beschleunigung des flulden Stromes erfolgt in einer Rohrleitung 25. Seine Eingabe in den Kanal 1 liegt so nahe wie möglich an der zweiten Stufe 3. Gegebenenfalls können Beschleunigung und Verbrennung in der zweiten Stufe 3 gleichzeitig durchgeführt werden. Es ist gewünschtenfalls ferner möglich, die Verbrennung in dem Kanal 1 zu verlängern.
  • Der Impfstoff, der auch mit dem Brennstoff im Zeitpunkt seiner Bereitung gemischt werden könnte, wird bei der hier beispielsweise dargestellten Anlage in der gleichen Stoßfolge wie der Brennstoff eingebracht, und zwar entweder bei 26 in die erste Stufe 2 oder bei 27 in die zweite Stufe 3. Bei 26 erfolgt diese Einbringung mit Phasenverschiebung gegenüber der Brennstoffeingabe der ersten Stufe 2, so daß sie auf die Abschnitte des fluiden Stromes trifft, die in der zweiten Stufe 3 aufgeheizt werden. Bei 27 erfolgt diese Einbringung in Phase mit der Brennstoffeingabe in der zweiten Stufe 3; sie kann sogar einfach unter Mischung des Impfstoffs mit dem in der zweiten Stufe einlangenden Brennstoff erfolgen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Erzeugung eines Sauerstoff und Brennstoff enthaltenden inhomogenen fluiden Stromes für einen MHD-Generator mit einer gepulsten Eingabe des Brennstoffes in zwei Stufen, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe der Brennstoff lediglich in bestimmte Abschnitte eines homogenen Sauerstoffträgerflusses eingegeben wird, daß der so entstandene inhomogene fluide Strom partiell zwischen den zwei Stufen entspannt wird und daß der Brennstoff in der zweiten Stufe in diejenigen Abschnitte des fluiden Stromes eingegeben wird, in welche in der ersten Stufe kein Brennstoff eingeleitet wurde.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe an mehreren längs der Bahn des fluiden Stromes verschobenen Stellen teilweise Brennstoff eingegeben und der fluide Strom zwischen diesen Stellen teilweise entspannt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffeingaben mit solchen Phasenverschiebungen erfolgen, daß nacheinander verschiedene nebeneinanderliegende Einzelabschnitte des fluiden Stromes gespeist werden, deren Gesamtheit den in der ersten Stufe zu ionisierenden Abschnitt bildet. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe Impfstoff mit gleicher Stoßfolge wie der Brennstoff, jedoch mit einer solchen Phasenverschiebung in den Trägerfluß eingegeben wird, daß diejenigen Abschnitte des fluiden Stromes getroffen werden, die in dieser Stufe keinen Brennstoff erhalten. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennnzeichnet, daß in der zweiten Stufe Impfstoff mit gleicher Stoßfolge wie der Brennstoff und in Phase mit diesem in den Trägerfluß eingegeben wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung der Brennstoffeingabe in der zweiten Stufe auf die maximale Temperatur des fluiden Stromes am Ausgang dieser Stufe eingestellt wird.
DE1965S0096596 1964-04-20 1965-04-15 Verfahren zur Erzeugung eines inhomogenen fluiden Stromes fuer einen MHD-Generator Pending DE1291819B (de)

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ES311861A1 (es) 1965-07-01
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