RU2546057C2 - Method and processing line for electric power generation - Google Patents
Method and processing line for electric power generation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2546057C2 RU2546057C2 RU2013154632/07A RU2013154632A RU2546057C2 RU 2546057 C2 RU2546057 C2 RU 2546057C2 RU 2013154632/07 A RU2013154632/07 A RU 2013154632/07A RU 2013154632 A RU2013154632 A RU 2013154632A RU 2546057 C2 RU2546057 C2 RU 2546057C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electricity
- magnetic
- gases
- energy
- thermal
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области тепловой электроэнергетики, конкретно к способу получения электричества из горючих веществ и к технологической линии по производству электричества.The invention relates to the field of thermal power industry, specifically to a method for producing electricity from combustible substances and to a technological line for the production of electricity.
Известны способы производства электричества, основанные на сжигании горючего вещества, преобразовании тепловой энергии горящего вещества в кинетическую энергию вращения вала электрогенератора и преобразовании кинетической энергии вращения вала электрогенератора в электрическую энергию [1÷4].Known methods for the production of electricity based on the combustion of a combustible substance, the conversion of the thermal energy of the burning substance into the kinetic energy of rotation of the shaft of the generator and the conversion of the kinetic energy of rotation of the shaft of the generator into electrical energy [1 ÷ 4].
Недостатком известных способов производства электричества является относительно низкий коэффициент полезного действия (КПД).A disadvantage of the known methods for producing electricity is the relatively low coefficient of performance (COP).
Согласно [5, с.78] это связано с тем, что коэффициент преобразования потенциальной энергии горящего вещества в тепловую, а затем в электрическую энергию для существующих энергоблоков тепловых электростанций (ТЭС) на газовом топливе не превышает 40%, дизельных электростанций (ДЭС) - не превышает 32% и бензиновых электростанции (БЭС) - не превышает 25%.According to [5, p. 78], this is due to the fact that the coefficient of conversion of the potential energy of a burning substance into thermal and then into electric energy for existing power units of thermal power plants (TPPs) using gas fuel does not exceed 40%, diesel power plants (DES) - does not exceed 32% and gasoline power plants (BES) - does not exceed 25%.
Остальная (большая) часть тепловой энергии горящего вещества попросту вылетает в трубу в виде дымовых (80% - CO2) газов, нагревая окружающую среду и приводя к необратимым изменениям климата на Земле.The remaining (large) part of the thermal energy of the burning substance simply flies into the pipe in the form of flue (80% - CO 2 ) gases, heating the environment and leading to irreversible climate changes on Earth.
В этих условиях желательно использовать остаточную тепловую энергию дымовых газов для дополнительного получения электрической энергии в интересах повышения общего КПД преобразования химической энергии горючего вещества в электрическую энергию с одновременным уменьшением тепловых выбросов в атмосферу.Under these conditions, it is desirable to use the residual thermal energy of the flue gases to additionally produce electrical energy in the interest of increasing the overall efficiency of converting the chemical energy of a combustible substance into electrical energy while reducing thermal emissions into the atmosphere.
Известны способы [6÷8] преобразования дымовых газов в электрическую энергию, позволяющие повысить указанный КПД и уменьшить тепловые выбросы в атмосферу на основе СВЧ-катализа (разложения) двуокиси углерода (CO2) на горючие составляющие, включающие углерод, оксид углерода и кислород, преобразовании энергии дополнительных горючих составляющих в кинетическую энергию плазмы путем их сжигания в газовом реакторе и магнитогидродинамическое преобразование энергии движущееся плазмы в электрическую энергию в сопле Лаваля.Known methods [6 ÷ 8] conversion of flue gases into electrical energy, allowing to increase the specified efficiency and reduce thermal emissions into the atmosphere based on microwave catalysis (decomposition) of carbon dioxide (CO 2 ) into combustible components, including carbon, carbon monoxide and oxygen, the conversion of the energy of additional combustible components into the kinetic energy of the plasma by burning them in a gas reactor; and the magnetohydrodynamic conversion of the energy of a moving plasma into electrical energy in a Laval nozzle.
Наиболее близким из известных [6÷8] к заявленному способу по назначению и технической сущности относится способ производства электричества [8], заключающийся в сжигании горючего вещества и последовательном преобразовании в электричество высокотемпературных и низкотемпературных газов горящего вещества с последующим суммировании электричества на распределительной станции.The closest known [6 ÷ 8] to the claimed method for its intended purpose and technical essence is the method of electricity production [8], which consists in burning combustible matter and sequentially converting high-temperature and low-temperature gases of burning substance into electricity, followed by summing up electricity at a distribution station.
При этом преобразование в электричество тепловой энергии высокотемпературных газов горящего вещества вначале производят в тепловых энергоблоках, а затем преобразование в электричество остаточной тепловой энергии низкотемпературных дымовых газов (80% - диоксид углерода) путем катализа (разложения) вольтовой дугой и электромагнитным излучением на горючие составляющие (оксид углерода + кислород) с последующим их дожигом в газовом реакторе.In this case, the thermal energy of the high-temperature gases of the burning substance is converted into electricity first in thermal power units, and then the residual thermal energy of the low-temperature flue gases (80% - carbon dioxide) is converted into electricity by catalysis (decomposition) by a voltaic arc and electromagnetic radiation into combustible components (oxide carbon + oxygen) with their subsequent burning in a gas reactor.
Тепловой энергоблок известной технологической линии [8] для промышленного производства электричества выполнен преимущественно в виде котельного агрегата /9/ мощностью 100÷300 МВт для ТЭС с суммарной мощностью ≥1 ГВт или в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС) дизельной /10/ электростанции (ДЭС) стационарного типа мощностью 250÷500 МВт. Производительность дымовых труб и/или дымососов котельных теплоагрегатов находится в диапазоне (8÷700) тысяч м3/час в зависимости от их проходного сечения и силы тяги. При этом диаметр d проходного сечения дымовых труб может составлять от 0.4 м (стальные) до 10 м (железобетонные), а их высота Н - соответственно от 40 до 300 м.The thermal power unit of the known technological line [8] for industrial electricity production is mainly made in the form of a boiler unit / 9 / with a capacity of 100 ÷ 300 MW for a thermal power plant with a total capacity of ≥1 GW or in the form of an internal combustion engine (ICE) of a diesel / 10 / power plant (DES ) stationary type with a capacity of 250 ÷ 500 MW. The performance of chimneys and / or smoke exhausters of boiler heat generators is in the range (8 ÷ 700) thousand m 3 / h depending on their flow area and traction force. In this case, the diameter d of the passage section of the chimneys can be from 0.4 m (steel) to 10 m (reinforced concrete), and their height H, respectively, from 40 to 300 m.
Недостатком данного способа и технологической линии по промышленному производству электричества [8] является сложность производства электричества, связанная с отсутствием в производстве генераторов сверхвысоких частот (СВЧ) требуемой мощности и частоты для резонансного СВЧ-катализа дымовых газов.The disadvantage of this method and the technological line for the industrial production of electricity [8] is the difficulty of producing electricity, due to the lack in the production of ultra-high frequency (microwave) generators of the required power and frequency for resonant microwave catalysis of flue gases.
Задачей и техническим результатом изобретения является упрощение производства электричества.The objective and technical result of the invention is to simplify the production of electricity.
Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION
Поставленная задача и заявленный технический результат достигаются тем, что способ производства электричества, заключающийся в сжигании горючего вещества и последовательном преобразовании в электричество высокотемпературных и низкотемпературных газов горящего вещества с последующим суммировании электричества на распределительной станции, согласно изобретению вначале преобразуют в электричество тепловую энергию высокотемпературных газов горящего вещества путем разделения электрических зарядов тепловых газов в поперечном магнитном поле, а затем преобразуют в электричество тепловую энергию остаточных низкотемпературных газов - в тепловых энергоблоках.The task and the claimed technical result are achieved by the fact that the method of generating electricity, which consists in burning a combustible substance and subsequently converting high-temperature and low-temperature gases of a burning substance into electricity, followed by summing up electricity at a distribution station, according to the invention, first convert the thermal energy of high-temperature gases of a burning substance into electricity by separating the electric charges of thermal gases in a transverse magnet total field, and then convert into electricity the thermal energy of residual low-temperature gases - in thermal power units.
При этом в качестве горючего для производства электричества используют твердые, жидкие и/или газообразные вещества. В качестве твердого вещества используют антрацит, каменный уголь, торф, сланцы горючие и/или древесные отходы. В качестве жидкого вещества используют бензин, керосин, дизельное топливо и/или мазут. В качестве газообразного вещества используют метан, природный и/или синтезированный горючий газ.In this case, solid, liquid and / or gaseous substances are used as fuel for the production of electricity. As a solid substance, anthracite, coal, peat, oil shale and / or wood waste are used. As a liquid substance, gasoline, kerosene, diesel fuel and / or fuel oil are used. Methane, natural and / or synthesized combustible gas is used as the gaseous substance.
Технологическая линия по производству электричества, реализующая предложенный способ, содержит последовательно соединенные и технологически связанные по переработке горючего топлива в электрическую энергию камеру сжигания топлива, магнитный преобразователь тепловой энергии высокотемпературных газов сжигаемого топлива в электрическую энергию, тепловой энергоблок для переработки остаточных низкотемпературных газов в электрическую энергию и распределительную станцию, второй электрический вход которой соединен с выходом магнитного преобразователя.A technological line for the production of electricity that implements the proposed method contains a fuel combustion chamber connected in series and technologically connected for converting combustible fuel into electrical energy, a magnetic converter of thermal energy of high-temperature gases of burned fuel into electrical energy, a thermal power unit for processing residual low-temperature gases into electrical energy, and distribution station, the second electrical input of which is magnetically connected to the output th converter.
При этом магнитный преобразователь тепловой энергии высокотемпературных газов выполнен в виде блока модулей, каждый из которых содержит трубу из тугоплавкого диэлектрического материала, внутри трубы с двух противоположных сторон по ходу движения отработанных газов установлены токосъемные пластины из немагнитного материала с электрическими контактами для соединения с электрическими выходами блока модулей, с внешней стороны трубы преобразователя перпендикулярно каждой паре токосъемных пластин установлены постоянные магниты на подложках из пермаллоя или из трансформаторного железа, причем суммарная площадь проходных сечений труб магнитных модулей в месте установки магнитных модулей выполнена не менее площади поперечного сечения выходной трубы камеры сжигания топлива.In this case, the magnetic thermal energy converter of high-temperature gases is made in the form of a module block, each of which contains a pipe of refractory dielectric material, inside the pipe, on two opposite sides, exhaust collector plates of non-magnetic material are installed with electrical contacts for connecting to the electrical outputs of the block modules, on the outside of the converter tube perpendicular to each pair of collector plates, permanent magnets are mounted on spoons made of permalloy or transformer iron, and the total area of the passage sections of the pipes of the magnetic modules at the installation site of the magnetic modules is made not less than the cross-sectional area of the outlet pipe of the fuel combustion chamber.
В качестве немагнитного металла токосъемных пластин каждого магнитного модуля использована нержавеющая сталь, медь и/или алюминий, а в качестве тугоплавкого диэлектрического материала его трубы - керамика и/или фарфор.Stainless steel, copper and / or aluminum are used as the non-magnetic metal of the collector plates of each magnetic module, and ceramics and / or porcelain are used as the refractory dielectric material of its pipe.
Технические преимущества заявленного способа и технологической линии по производству электричества по сравнению с прототипом [8] связаны со следующими отличиями заявленного изобретения.Technical advantages of the claimed method and technological line for the production of electricity compared to the prototype [8] are associated with the following differences of the claimed invention.
Во-первых, в отличие от известного способа вначале осуществляют прямое преобразование энергии высокотемпературных газов (Т≥1000°C) в первичное электричество, а затем - дополнительное преобразование остаточной (600°C≤T≤1000°C) тепловой энергии газов - в тепловом энергоблоке во вторичное электричество. Это позволяет увеличить суммарный выход электрической энергии при магнитном преобразовании энергии тепловых газов в электрическую энергию за счет увеличенной концентрации носителей зарядов (увеличенной тепловой энергии) на выходе топки по сравнению с аналогичной концентрацией на выходе дымовой трубы.Firstly, in contrast to the known method, first they directly convert the energy of high-temperature gases (T≥1000 ° C) into primary electricity, and then they additionally convert the residual (600 ° C≤T≤1000 ° C) thermal energy of gases into heat power unit into secondary electricity. This allows you to increase the total output of electrical energy during the magnetic conversion of thermal gas energy into electrical energy due to the increased concentration of charge carriers (increased thermal energy) at the outlet of the furnace compared to a similar concentration at the exit of the chimney.
Во-вторых, прямое преобразование энергии высокотемпературных тепловых газов в электрическую энергию, основанное на магнитном разделении электрических разноименных зарядов газов в поперечном магнитном поле (эффект Лоренца), в отличие от прямого электродинамического преобразования [8] исключает необходимость использования сложных по конструкции и настройке СВЧ-катализатора, газового реактора и сопла Лаваля. Это позволяет упростить производство электричества за счет снижения количества операций по прямому преобразованию энергии дымовых газов в электричество. При этом одновременно упрощается конструкция технологической линии по производству электричества и повышается ее надежность.Secondly, the direct conversion of the energy of high-temperature thermal gases into electrical energy, based on the magnetic separation of electric opposite charges of gases in a transverse magnetic field (Lorentz effect), in contrast to direct electrodynamic conversion [8] eliminates the need for microwave design, which is complex in design and tuning catalyst, gas reactor and Laval nozzle. This allows us to simplify the production of electricity by reducing the number of operations for the direct conversion of flue gas energy into electricity. At the same time, the design of the technological line for the production of electricity is simplified and its reliability is increased.
В третьих, некоторое снижение температуры Броуновского движения молекул и атомов дымовых газов при магнитном преобразовании дымовых газов в электрическую энергию создает благоприятные температурные условия для вторичной переработки остаточной (600°C≤T≤1000°C) тепловой энергии дымовых газов в теплообменниках энергоблоков для получения пара с давлением 100÷140 атмосфер и температурой 510÷560°C для вращения турбины электрогенератора мощностью 100 МВт [9, с.11].Thirdly, a slight decrease in the Brownian motion temperature of molecules and flue gas atoms during the magnetic conversion of flue gases into electrical energy creates favorable temperature conditions for the secondary processing of residual (600 ° C≤T≤1000 ° C) thermal energy of flue gases in heat exchangers of power units to produce steam with a pressure of 100 ÷ 140 atmospheres and a temperature of 510 ÷ 560 ° C for rotation of a turbine of an electric generator with a capacity of 100 MW [9, p. 11].
При этом снижается отложение накипи внутри нагревных труб, стабилизируется КПД теплообменников и существенно увеличивается ресурс их работы.At the same time, scale deposits inside the heating pipes are reduced, the efficiency of the heat exchangers is stabilized, and their service life is significantly increased.
Из-за малого (30÷50 мм) диаметра [9, с.13] ресурс работы труб первого контура теплообмена энергоблоков существующих ТЭС и ТЭЦ при использовании дымовых газов с температурой T≥1000÷1200°C - не превышает трех месяцев. За это время и при такой температуре нагрева происходит практически полное зарастание накипью проходных сечений труб нагрева воды. Очистка этих труб требует демонтажа и использования дорогостоящих средств и методов их очистки, превышающих по временным и экономическим затратам стоимость новых труб и их замены. Поскольку количество этих труб в каждом теплообменнике ТЭС и ТЭЦ составляет десятки тысяч единиц, а их длина соизмерима с высотой пятиэтажного дома [9, с.12], время на восстановление работоспособности теплообменников сравнимо с временным ресурсом их работы. Поэтому не случайно в существующих ТЭС и ТЭЦ используют резервный дублирующий энергоблок, из которых один блок работает один квартал (три месяца), а на другом в это время вырезают «заросшие» трубы и приваривают на их место новые трубы.Due to the small (30 ÷ 50 mm) diameter [9, p.13], the service life of the pipes of the first heat exchange circuit of the power units of existing TPPs and CHPPs using flue gases with a temperature T≥1000 ÷ 1200 ° C does not exceed three months. During this time and at such a heating temperature, almost complete overgrowth of the flow sections of the water heating pipes occurs with scale. Cleaning these pipes requires the dismantling and use of expensive tools and methods for cleaning them, exceeding the cost of new pipes and replacing them in time and cost. Since the number of these pipes in each heat exchanger of TPPs and TPPs is tens of thousands of units, and their length is commensurate with the height of a five-story building [9, p.12], the time to restore heat exchangers is comparable to the time of their work. Therefore, it is no coincidence that in existing TPPs and CHPPs, a backup backup power unit is used, of which one unit operates for one quarter (three months), and on the other at that time “overgrown” pipes are cut and new pipes are welded in their place.
Из указанного примера видна целесообразность снижения температуры дымовых газов, в данном случае на основе эффекта Лоренца, для последующего поддержания их рационального температурного режима и использования в тепловых энергоблоках ТЭС и ТЭЦ.The indicated example shows the feasibility of lowering the temperature of flue gases, in this case, based on the Lorentz effect, for the subsequent maintenance of their rational temperature regime and use in thermal power units of TPPs and TPPs.
В известном способе и технологической линии по производству электричества [8] перестановка местами первичной и вторичной переработки дымовых газов по аналогии с заявленным изобретением затруднена из-за высокой скорости, температуры и давления выходных газов из сопла Лаваля и трудности их использования для нагрева теплоносителя в ТЭС и ТЭЦ.In the known method and technological line for the production of electricity [8], rearrangement of the primary and secondary processing of flue gases by analogy with the claimed invention is difficult due to the high speed, temperature and pressure of the exhaust gases from the Laval nozzle and the difficulties of their use for heating the coolant in thermal power plants and CHP.
В целом указанные технические преимущества изобретения позволяют упростить производство электричества при равных затратах топлива, увеличить надежность и продлить ресурс работы тепловых энергоблоков в заявленной технологической линии. Заявленный способ производства электричества может быть реализован на существующих ТЭЦ и ТЭС при их соответствующей модернизации. Снижение при этом тепловых выбросов в атмосферу одновременно повышает экологичность производства электричества в промышленном масштабе.In General, these technical advantages of the invention allow to simplify the production of electricity at equal fuel costs, increase reliability and extend the life of thermal power units in the claimed production line. The claimed method of generating electricity can be implemented at existing thermal power plants and thermal power plants with their appropriate modernization. At the same time, the reduction of thermal emissions into the atmosphere increases the environmental friendliness of electricity production on an industrial scale.
На фиг.1 представлен рисунок, поясняющий принцип прямого магнитного преобразования энергии тепловых газов в электрическую энергию, на фиг.2 - функциональная схема технологической линии по производству электричества, реализующая предложенный способ производства электричества на типовой ТЭС, на фиг.3 - конструкция магнитного преобразователя высокотемпературных тепловых газов в электрическую энергию, а на фиг.4 - конструкция магнитного модуля и пример их последовательного соединения.Figure 1 is a drawing explaining the principle of direct magnetic conversion of thermal gas energy into electrical energy, figure 2 is a functional diagram of a technological line for the production of electricity that implements the proposed method for producing electricity at a typical TPP, figure 3 is a design of a high-temperature magnetic transducer thermal gases into electrical energy, and in Fig.4 - the design of the magnetic module and an example of their series connection.
Заявленный способ промышленного производства электричества может быть использован при разработке новых и модернизации существующих ТЭС. Он заключается в сжигании горючего вещества (генерации высокотемпературных дымовых газов), магнитном преобразовании высокотемпературных (T≥1000°C) дымовых газов в первичное электричество, преобразовании тепловой энергии остаточных низкотемпературных (600°C≤T≤1000°C) газов, охлажденных в процессе магнитного преобразования, - во вторичное электричество и последующем суммировании первичного и вторичного электричества на распределительной станции. При этом в качестве первичного источника энергии - горючего вещества (топлива) - для производства электричества используют твердые, жидкие и/или газообразные вещества. В качестве твердого вещества используют антрацит, каменный уголь, торф, сланцы горючие и/или древесные отходы. В качестве жидкого вещества используют бензин, керосин, дизельное топливо и/или мазут. В качестве газообразного вещества используют метан, природный и/или синтезированный горючий газ. Магнитное преобразование в электричество тепловой энергии высокотемпературных газов горящего вещества производят путем разделения электрических зарядов тепловых газов в поперечном магнитном поле на основе использовании эффекта Лоренца [10, с.407], а преобразование в электричество остаточной тепловой энергии низкотемпературных газов - в тепловых энергоблоках.The claimed method of industrial production of electricity can be used in the development of new and modernization of existing thermal power plants. It consists in burning combustible substances (generating high-temperature flue gases), magnetically converting high-temperature (T≥1000 ° C) flue gases into primary electricity, converting the thermal energy of residual low-temperature (600 ° C≤T≤1000 ° C) gases cooled in the process magnetic conversion, into secondary electricity and the subsequent summation of primary and secondary electricity at a distribution station. In this case, solid, liquid and / or gaseous substances are used as the primary source of energy - a combustible substance (fuel) - to produce electricity. As a solid substance, anthracite, coal, peat, oil shale and / or wood waste are used. As a liquid substance, gasoline, kerosene, diesel fuel and / or fuel oil are used. Methane, natural and / or synthesized combustible gas is used as the gaseous substance. Magnetic conversion of thermal energy of high-temperature gases of a burning substance into electricity is carried out by separating the electric charges of thermal gases in a transverse magnetic field based on the Lorentz effect [10, p.407], and the conversion of residual thermal energy of low-temperature gases into electricity is performed in thermal power units.
Принцип разделения электрических зарядов в поперечном магнитном поле и прямого (магнитного) преобразования энергии дымовых газов в электрическую энергию поясняется рисунком, представленным на фиг.1.The principle of separation of electric charges in a transverse magnetic field and direct (magnetic) conversion of flue gas energy into electrical energy is illustrated in the figure shown in figure 1.
Согласно фиг.1, дымовые газы 1, входящие в поперечное магнитное поле Н магнитов 2 и 3, под действием силы тяги Fт устройства вытяжки дымовых газов (дымовой трубы и/или вытяжного вентилятора - дымососа) водогрейного котла теплоагрегата приобретают скорость Ve. Проходя между магнитами 2 и 3 отрицательные заряды (электроны и отрицательные ионы) этих газов под действием силы Лоренца Fл, оседают и удерживаются на металлической пластине 4, а положительные ионы - на пластине 5.According to figure 1, the
При этом между разноименно заряженными пластинами 4 и 5 образуется первичное электричество с разностью потенциалов Uл=Uл (n, Ve, Н, ε), где n, Ve, Н, ε - плотность заряженных частиц, скорость движения дымовых газов, напряженность магнитного поля между магнитами 2 и 3 и диэлектрическая проницаемость дымовых газов соответственно.In this case, primary electricity is formed between oppositely
Далее отработанные и частично охлажденные дымовые газы 1 при отборе первичного электричества передаются на тепловой энергоблок для получения пара и вращения электрогенератора, установленного на валу паровой турбины (на фигурах не показано). Полученное вторичное электричество суммируется далее с первичным электричеством на распределительной станции технологической линии 6, реализующей предложенный способ производства электричества.Next, the exhaust and partially cooled
Технологическая линия 6 содержит последовательно соединенные и технологически связанные по переработке горючего топлива в электрическую энергию камеру 7 сжигания топлива (генератор дымовых газов), магнитный преобразователь 8 тепловой энергии высокотемпературных газов сжигаемого топлива в электрическую энергию, тепловой энергоблок 9 для переработки остаточных низкотемпературных газов в электрическую энергию и распределительную станцию 10, второй электрический вход которой соединен с выходом магнитного преобразователя 8.Production line 6 contains a fuel combustion chamber 7 (flue gas generator), a
При этом магнитный преобразователь 8 тепловой энергии высокотемпературных газов в электрическую энергию выполнен в виде блока модулей 11. Каждый модуль 11 содержит трубу 12 из тугоплавкого диэлектрического материала, например из керамики и/или фарфора. Внутри трубы 12 с двух противоположных сторон по ходу движения отработанных газов установлено не менее одной пары токосъемных пластин 4 и 5 разноименного заряда, образующих накопительный конденсатор первичного электричества. Пластины 4 и 5 выполнены из немагнитного материала, например из нержавеющей стали, меди и/или алюминия, и снабжены электрическими контактами 13 и 14 для соединения с электрическими выходами 15 магнитного преобразователя 8. С внешней стороны трубы 12 каждого модуля 11 перпендикулярно каждой паре токосъемных пластин 4 и 5 установлены постоянные магниты 2 и 3 на подложках 16 из пермаллоя или из трансформаторного железа. Для уменьшения газодинамического сопротивления суммарная площадь проходных сечений труб 12 магнитных модулей 11 магнитного преобразователя 8 выполнена не менее площади поперечного сечения выходной трубы 17 генератора 7 тепловых газов. Выход 18 магнитного преобразователя 8 по отработанным газам соединен через тепловой энергоблок 9 с устройством 19 вытяжки дымовых газов. Устройство 19 вытяжки выполнено в виде дымососа и/или дымовой трубы.In this case, the
Работа технологической линии 6, реализующей предложенный способ производства электричества рассмотрена на примере ее реализации для ТЭС с выходной мощностью ее тепловых энергоблоков 100 МВт.The work of the production line 6, which implements the proposed method for the production of electricity, is considered on the example of its implementation for thermal power plants with an output power of its thermal power units of 100 MW.
При сжигании топлива генератор 7 дымовых газов линии 6 генерирует тепловые газы 1 с температурой не ниже 1000°C, при которой плотность n электрических зарядов (электронов, положительных и отрицательных ионов) в дымовых газах может составлять n≥108 см-3. Далее поток ионизированных высокотемпературных дымовых газов под действием силы Fт тяги устройства 19 вытяжки выходит из трубы 17 генератора 7 и последовательно проходит через трубы 12 магнитного преобразователя 8, через тепловой энергоблок 9 и устройство 19 вытяжки дымовых газов. Под действием силы Fт тяги устройства 19 тепловые дымовые газы и их электрические заряды приобретают скорость Ve. Проходя трубы 12 магнитного преобразователя 8 между магнитами 2 и 3, создающими магнитное поле с напряженностью Н, отрицательные заряды (электроны и отрицательные ионы) дымовых газов под действием силы Лоренца Fл (фиг.1) оседают и удерживаются на металлической пластине 4, а положительные ионы - на пластине 5. При этом между разноименно заряженными пластинами 4 и 5 образуется разность потенциалов Uл=Uл (n, Ve, H, ε), где n, Ve, Н - плотность заряженных частиц, скорость движения дымовых газов, напряженность магнитного поля между магнитами 2 и 3 и диэлектрическая проницаемость дымовых газов соответственно. Разноименно заряженные пластины 4 и 5 образуют емкостной накопитель первичного электричества с энергией электрического поля
Согласно /10, с.355/ численное значение электрической энергии
где:Where:
Q - удельное количество первичного электричества, создаваемое на пластинах 4 и 5 емкостного накопителя в единицу времени (кулон/сек);Q is the specific amount of primary electricity generated on the
С - емкость накопителя магнитного преобразователя 8;C is the storage capacity of the
ε - относительная диэлектрическая проницаемость дымовой (80% - CO2) среды;ε is the relative dielectric constant of the smoke (80% - CO 2 ) medium;
ε0 - электрическая постоянная вакуума;ε 0 is the electric constant of the vacuum;
S4,5 - площадь пластин 4 (5);S 4,5 - the area of the plates 4 (5);
d4,5 - расстояние между разноименно заряженными пластинами 4 и 5;d 4,5 - the distance between oppositely charged
Nм - количество пар разноименно заряженных пластин 4 и 5 в емкостном накопителе.N m - the number of pairs of oppositely charged
Проведем экспресс-оценку численного значения
При заданных условиях Sп=4 м2 и Δύ=24 м3/с для уменьшения динамического сопротивления площадь Sм проходного сечения магнитного преобразователя 8 должна быть равна площади Sп потока дымовых газов, а именно Sм=Sп=4 м2. При этом длина L трубы магнитного преобразователя 8 для синхронной переработки этого количества Δύ=24 м3/с дымовых газов в электрическую энергию должна составлять Lм≥24 м3/4 м2=6 м. Такие габариты магнитного преобразователя 8 не превышают габариты штатных дымососов 19 известных ТЭС [9, с.12].Under given conditions, S p = 4 m 2 and Δύ = 24 m 3 / s to reduce the dynamic resistance, the area S m of the passage section of the
Для того, чтобы все электрические заряды Q, находящиеся в текущем объеме Vм=24 м3 дымовых газов в каждую единицу времени не вышли за пределы магнитного модуля напряженность Н магнитного поля в его трубе, создаваемая магнитами 2 и 3 (фиг.1) должна быть достаточной для разделения и вывода на токосъемные пластины 4 и 5 всего количества Nv заряженных электрических зарядов
C11=ε·ε0S11/d11=8.86324·10-12 Ф/м·1.2 м2/0,2 м=532·10-12 ФC 11 = ε · ε 0 S 11 / d 11 = 8.86324 · 10 -12 F / m · 1.2 m 2 / 0.2 m = 532 · 10 -12 F
Суммарная емкость См для расчета энергетики магнитного преобразователя 8 из выражения (1) для всех 100 модулей, при последовательном соединении их конденсаторов будет составлять См=532·10-4 Ф.The total capacity C m for calculating the energy of the
В свою очередь, минимальное значение электричества Q, указанное в выражении (1) и получаемое конденсатором См при переработке порции VΔ=24 м3 дымовых газов в секунду без учета валентности и дополнительного вклада в энергетику положительных и отрицательных ионов дымовых газов (80% - CO2) может быть найдено из условияIn turn, the minimum value of electricity Q indicated in expression (1) and obtained by the capacitor C m when processing a portion V Δ = 24 m 3 of flue gases per second without taking into account the valency and additional contribution to the energy of positive and negative flue gas ions (80% - CO 2 ) can be found from the condition
где:Where:
VΔ - объем тепловых газов, перерабатываемых в единицу времени;V Δ is the volume of thermal gases processed per unit time;
qe - численное значение элементарного заряда;q e is the numerical value of the elementary charge;
Подставляя численные значения величин
В этом случае абсолютное значение выходной электрической энергии
Далее дымовые тепловые газы с остаточной температурой 600≤T≤1000°C по трубе 18 из магнитного преобразователя подаются в стандартный тепловой энергоблок 9 для получения вторичного электричества с удельной энергией 100 МВт-час. В энергоблоке 9 дымовые газы 1 используются для получения пара с параметрами (давление 100÷40 атмосфер и температура 510÷560°C), необходимыми для вращения паровой турбины электрогенератора (на фигурах не показано). Полученное вторичное электричество 100 МВт-час суммируется далее с первичным электричеством 50 МВт-час на распределительной станции 10 и выдается потребителям электричества с общим объемом поставок электрической энергии 150 МВт-час.Next, flue thermal gases with a residual temperature of 600≤T≤1000 ° C are fed through a
Из рассмотренного примера видно, что предложенный способ и технологическая линия по производству электричества позволяют не только упростить производство электричества по сравнению с прототипом [8], но и получить существенную прибавку в энергии существующих ТЭС за счет углубленной переработки топлива (без использования дополнительных его объемов).From the considered example, it is seen that the proposed method and the technological line for the production of electricity can not only simplify the production of electricity compared to the prototype [8], but also get a significant increase in the energy of existing thermal power plants due to in-depth processing of fuel (without using additional volumes).
Коэффициент полезного действия (КПД) заявленного изобретения по переработке топлива в электрическую энергию можно рассчитать из выраженияThe coefficient of performance (COP) of the claimed invention for the conversion of fuel into electrical energy can be calculated from the expression
где:Where:
-
- WT - удельная тепловая энергия используемого топлива;- W T is the specific thermal energy of the fuel used;
- η - коэффициент преобразования тепловой энергии топлива в электрическую энергию существующих ТЭС.- η is the coefficient of conversion of thermal energy of fuel into electrical energy of existing TPPs.
Подставляя максимальное из известных [11] значений КПД для лучших тепловых энергоблоков η=40% на газовом топливе, а также рассчитанные значения
Изобретение разработано на уровне технического предложения и предварительных расчетов эффективности его использования.The invention was developed at the level of technical proposal and preliminary calculations of the effectiveness of its use.
ИсточникиSources
1. БАЖЕНОВ М.И. и др. Промышленные тепловые электростанции. - М.: Энергия, 1979, с.184-187, с.66.1. BAZHENOV M.I. and other industrial thermal power plants. - M .: Energy, 1979, p. 188-187, p. 66.
2. Справочник по проектированию электроснабжения. Под общей редакцией Ю.Н. Тищенко, Н.С. Мовсесова, Ю.Г. Барыбина. М.:, Энергоатомиздат. 1990. 571 с.2. Reference for the design of power supply. Under the general editorship of Yu.N. Tishchenko, N.S. Movsesova, Yu.G. Barbara. M.:, Energoatomizdat. 1990.571 s.
3. AN APPARATUS FOR UTILIZING FLUE GASES. WO 2010123391, B01D 53/32, F01N 3/027, 2010.3. AN APPARATUS FOR UTILIZING FLUE GASES. WO 2010123391, B01D 53/32,
4. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ. RU 2278280, МПК: F01K 9/00, 2004.4. METHOD FOR PRODUCING ENERGY. RU 2278280, IPC: F01K 9/00, 2004.
5. Енохович А.С. Краткий справочник по физике. М.: «Высшая школа». 1969, 192 с.5. Enokhovich A.S. A quick reference to physics. M .: "Higher School". 1969, 192 p.
6. DEVICE FOR RECOVERING ENERGY FROM FLUE GASES, WO 2010128877, H02K 44/08, 20106. DEVICE FOR RECOVERING ENERGY FROM FLUE GASES, WO 2010128877, H02K 44/08, 2010
7. Плазменный источник энергии, RU 2485727, H05H 1/24, H02K 44/08, 2013.7. Plasma energy source, RU 2485727,
8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. RU 132641, Н02K 47/18, 2013.8. TECHNOLOGICAL LINE FOR ELECTRICITY PRODUCTION. RU 132641, H02K 47/18, 2013.
9. Стырикович М.А. и др. Котельные агрегаты. М.-Л. Государственное энергетическое издательство. 1958. 487 с.9. Styrikovich M.A. and other boiler units. M.-L. State Energy Publishing House. 1958. 487 p.
10. Яворский Б.М. и Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗОВ. М:. «Наука», 1965, 647 с.10. Yavorsky B.M. and Detlaf A.A. Handbook of physics for engineers and university students. M :. “Science”, 1965, 647 p.
11. БСЭ, 1972, т.13, с.306.11. TSB, 1972, v.13, p.306.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013154632/07A RU2546057C2 (en) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | Method and processing line for electric power generation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013154632/07A RU2546057C2 (en) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | Method and processing line for electric power generation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013154632A RU2013154632A (en) | 2014-04-10 |
RU2546057C2 true RU2546057C2 (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=50436018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013154632/07A RU2546057C2 (en) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | Method and processing line for electric power generation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2546057C2 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3432783A1 (en) * | 1984-09-05 | 1986-03-13 | Friedhelm Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Kaspari | Heat recovery from fossil fuel flue gases with simultaneous purification of the flue gases from sulphur oxides and nitrogen oxides and the generation of electrical power with the aid of the recovered thermal energy, and the production of mixed fertiliser from the sulphur oxides and nitrogen oxides |
DE19913614C1 (en) * | 1999-03-25 | 2000-05-11 | Fraunhofer Ges Forschung | Electrical discharge method for treating exhaust fumes in which extensions on earthed electrode are perforated to allow passage of gas through them |
US6936971B2 (en) * | 2001-11-21 | 2005-08-30 | Chukanov Quantum Energy, L.L.C. | Methods and systems for generating high energy photons or quantum energy |
WO2010128877A1 (en) * | 2009-05-05 | 2010-11-11 | Matveev Vladimir Anatolevich | Device for recovering energy from flue gases |
RU116973U1 (en) * | 2012-01-27 | 2012-06-10 | Владимир Анатольевич Матвеев | DEVICE FOR PRODUCING ENERGY FROM SMOKE GASES |
RU2011124134A (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-20 | Фёдор Леонтьевич Молчанов | ELECTRIC AUTONOMOUS UNIVERSAL POWER PLANT |
RU2485727C2 (en) * | 2011-07-01 | 2013-06-20 | Бендерский Геннадий Петрович | Plasma source of energy |
RU132641U1 (en) * | 2013-01-25 | 2013-09-20 | Александр Александрович Звонов | ELECTRICITY PRODUCTION LINE |
-
2013
- 2013-12-09 RU RU2013154632/07A patent/RU2546057C2/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3432783A1 (en) * | 1984-09-05 | 1986-03-13 | Friedhelm Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Kaspari | Heat recovery from fossil fuel flue gases with simultaneous purification of the flue gases from sulphur oxides and nitrogen oxides and the generation of electrical power with the aid of the recovered thermal energy, and the production of mixed fertiliser from the sulphur oxides and nitrogen oxides |
DE19913614C1 (en) * | 1999-03-25 | 2000-05-11 | Fraunhofer Ges Forschung | Electrical discharge method for treating exhaust fumes in which extensions on earthed electrode are perforated to allow passage of gas through them |
US6936971B2 (en) * | 2001-11-21 | 2005-08-30 | Chukanov Quantum Energy, L.L.C. | Methods and systems for generating high energy photons or quantum energy |
WO2010128877A1 (en) * | 2009-05-05 | 2010-11-11 | Matveev Vladimir Anatolevich | Device for recovering energy from flue gases |
RU2011124134A (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-20 | Фёдор Леонтьевич Молчанов | ELECTRIC AUTONOMOUS UNIVERSAL POWER PLANT |
RU2485727C2 (en) * | 2011-07-01 | 2013-06-20 | Бендерский Геннадий Петрович | Plasma source of energy |
RU116973U1 (en) * | 2012-01-27 | 2012-06-10 | Владимир Анатольевич Матвеев | DEVICE FOR PRODUCING ENERGY FROM SMOKE GASES |
RU132641U1 (en) * | 2013-01-25 | 2013-09-20 | Александр Александрович Звонов | ELECTRICITY PRODUCTION LINE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013154632A (en) | 2014-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10787958B2 (en) | System, method, and device to optimize the efficiency of the combustion of gases for the production of clean energy | |
Ajith Krishnan et al. | Magnetohydrodynamic power generation | |
EP3181835A1 (en) | Integrated combustion device power saving system | |
Zvyagintseva et al. | Development of engineering and technical environmental measures for technogenic atmospheric pollution by thermal power facilities | |
Peng | Current status of national integrated gasification fuel cell projects in China | |
RU2546057C2 (en) | Method and processing line for electric power generation | |
RU155193U1 (en) | MAGNETIC ELECTRIC CURRENT GENERATOR | |
RU2353821C2 (en) | Method of operating energy-generating system and energy-generating system to this end | |
RU70962U1 (en) | PLANT FOR THE PROCESSING OF SOLID DOMESTIC WASTE | |
Matveev | Plasma or retirement. Alternatives to the coal-fired power plants | |
Poonthamil et al. | Enhancement of power generation in thermal power plant using MHD system | |
CN111853762A (en) | Zero-carbon-emission energy conversion system based on metal fuel | |
Intra et al. | Demonstration of a modular electrostatic precipitator to control particulate emissions from a small municipal waste incinerator | |
RU132641U1 (en) | ELECTRICITY PRODUCTION LINE | |
WO2010123391A1 (en) | An apparatus for utilizing flue gases | |
Rakhmanov et al. | Heat recovery of waste gases in thermal-oxidative waste disposal systems using gas turbine techniques | |
CN210861065U (en) | Zero-carbon-emission energy conversion system based on metal fuel | |
Kumar et al. | Performance Guarantee Test Assessment of CFBC Boiler | |
RU2540647C1 (en) | Cogeneration power plant with fuel cell based on intracyclic conversion of organic raw material | |
RU2485727C2 (en) | Plasma source of energy | |
Zavorin et al. | Studying the process through which gas is generated in independent power installations | |
Grigorieva et al. | Ways to produce renewable energy from carbon dioxide | |
Alekseenko | Efficient production and use of energy: Novel energy rationing technologies in Russia | |
Avci et al. | Hydrogen production by high temperature electrolysis with waste heat | |
RU2013139212A (en) | METHOD AND GAS TURBINE INSTALLATION FOR DISPOSAL OF PASSING OIL GASES |