187291. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és MHD berendezés villamosenergia termelésére
1 187.291 2 A szakirodalomból is ismert, fejlesztés alatt álló magnetohidrodinamikus (MHD) rendszerek villamos energiát közvetlenül hőből, forgógépek nélkül állítanak elő. A találmány az MHD rendszerű villamos energia fejlesztés hatásfokának javítására, annak intenzifikálására vonatkozik. A technika jelenlegi, ismert állása szerint az MHD rendszer lényege a következő. A munkaközeg füstgáz, amely tüzelőanyagnak levegővel, vagy oxigénnel dúsított levegővel eszközölt teljes elégetés eredményeként nagy égéshőmérsékleten plazmaállapotba kerül, ebbe rendszerint villamos szigetelő anyag finom porát adagolják, vagy elektromos ionokat (+ és - töltésűeket) egymástól szétválasztó, ferdén rácsozott szűrő-falakat építenek be az áramló munkaközeg útjába. Az előbbi esetben a beadagolt finom por célja az, hogy ne a teljes munkaközeg ill. annak teljes plazmaállapotú tömege legyen villamosán ionizált, hanem csak az injektált pl. poralakú fémsó, amit a gázáram magával tud ragadni s így ez megakadályozza a rájuk került villamos ionok ún. rekombinációját, semleges részekké való visszalakulásukat. Ugyanez a célja az említett ferderácsozású szűrők alkalmazásának is. Ennek a rendszernek azonban elvileg helyes működése mellett thermodinamikus ill. a villamos áram szempontjából számított hatásfoka a bevezetett összes hőmennyiségre vonatkoztatva jelenleg igen kicsi, mert a munkaközeg teljes körfolyamata alatt nyert villamos energia teljes mennyiségéből túl nagy rész jut konvencionális erőműben előállított hányadra és túl kis rész jut az MHD rendszerben keletkezett hányadra. Ennek az az oka, hogy a jelenleg rendelkezésre álló anyagok mellett még megengedhető max. hőmérsékletek és nyomások mellett elérhető „expanziós lépcső” nagyon kicsi a körfolyamatban résztvevő munkaközeg egységnyi mennyiségére ill. súlyára vonatkoztatva. Ezért kell viszonylag nagy hőmérsékleteken a körfolyamatot az MHD rendszer után konvencionális erőműben folytatni és befejezni. A találmány célja az, hogy a teljes körfolyamaton belül az eddigi áramtermelési arányt az MHD rendszer javára nézve jelentős mértékben javítsa meg a konvencionális erőművel szemben. A találmányra az a felismerés vezetett, hogy az általánosan használatos egylépcsős teljes elégetés során kapott munkaközeg „színtelen gázsugárzása” (kJ/m2, h) csak egy tört része ugyanazon hőmérséklet betartása mellett, de részleges égési folyamattal előállított munkaközegnek mint „világító láng” gázsugárzásához (kJ/m2, h) képest. Ezt az ismert Stefan-Boltzmann törvény és Schack idevonatkozó számítási módszerei alapján kétségtelenül bizonyítottnak lehet tekinteni. Az is ismert, hogy egyetlen MHD csatornában elérhető expanziós lépcső nagyságát az említett szerkezeti anyagok hőigénybevételi lehetőségei korlátozzák. Ha azonban több lépcsős égési folyamatból azonosan max. megengedhető hőmérsékletekből indulunk ki, azonosan max. nyomás mellett, de az azonos max. hőmérséklet elérése érdekében megfelelően nagyobb 02 (oxigén) koncentrációjú, vagy tisztán 02-ből álló „égési levegőből”, az egyetlen expanziós hőlépcső helyett a munkaközeggel egymás után több expanziós hőlépcsőt végeztethetünk el a körfolyamat során addig a fokozatosan csökkenő, de még az MHD rendszer szempontjából elfogadható hőmérsékletig, amelyig az elégést módunk van beszabályozni. Minden egyes expanziós fokozatnak éppen akkora égési lépcsőzetet állítunk be, amelynek során ismételten, több ízben az áramtermelésnek megfelelő hőmennyiség-hányad felel meg. így tehát az összegezett, több, egymás után alkalmazott MHD csatornák és az ezek közötti, részleges elégetésekre szolgáló közbülső égető kamrák együttesen a teljes körfolyamatban úgy vesznek részt, hogy minden egyes expanziós lépcsőt gyakorlatilag a még megengedhető hőmérsékleti határok közt, a max. közelében, de az alatt hajtunk végre, az áramtermelés szempontjából kedvező hőmérsékleti tartományban, ugyanakkor minden egyes hőlépcsőn belül intenzívebb hőlesugárzással, azzal növelt hőlépcső mellett. A találmány szerinti eljárás lényege eszerint a következő. Villamos energiát MHD rendszerű csatorna igénybevételével előállító eljárás, amelynél akár poralakú fémsókkal történő „sózással”, vagy más ismert ferde csatornás ill. rácsozású szűrő falakkal gátoljuk meg az elektromos töltésű ionok rekombinációját a plazmaállapotú munkaközegben ill. 31 plazma-gázban, amelyre jellemző, hogy egynél több, 18-23 MHD csatornái közé egy-egy 24-28 közbülső égető kamrát helyezünk el előírt belső nyomással (bar) és hőmérséklettel (T° Kelvin) és hogy a 31 plazma-gázt egymást követő expanziós fokozatok mellett több lépcsőzetben, előírt mértékig, intenzifikált sugárzással, „világító láng” formájában úgy égetjük el, hogy a legelső 10' ill. 10" gázosító kamrában H' tüzelőanyagot - szilárd, cseppfolyós, vagy gázneműt- /a teljes égési levegőmennyiség G! oxigén tartalmának egy hányadával - célszerűen 25-35%-nyi hányaddal - részlegesen elégetve 31 plazma-gázt állítunk elő előírt (T °K) hőmérsékleten és előírt (bar) nyomáson s hogy e világító lángú, intenzíven sugárzó 31 plazma-gázt az első 18 MHD csatornában történő áramtermelés során eszközölt hőlesugároztatással részben expandáltatjuk hőfokcsökkenés mellett, majd a következő, az első 24 közbülső égető kamrában a 31 munkaközegbe ill. plazma-gázba annyi további G2 oxigént vezetünk, hogy annak hőmérséklete a megengedhető értéket megközelíti, de alatta marad és hogy az ilyen módon megnövelt hőmérsékletű plazma-gázt továbbra is intenzíven sugárzó világító lángként bevezetjük a második 19 MHD csatornába, ahol további expanzió és lehűlés során azzal villamos energiamennyiséget termelünk s hogy a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
