Термоэлектрический генератор

Термоэлектрический генератор – устройство, непосредственно преобразующее тепловую энергию в электрическую. Работа генератора основана на эффекте Зеебека. Суть этого эффекта в том, что появление термоэдс обеспечивает замкнутая цепь из разнородных проводников, имеющая в местах их контактов различные температуры. Если в цепи два разных проводника, то такая цепь называется термопарой, или термоэлементом. Термоэлектрическая способность пары – ее термосила – это коэффициент термоэдс.

Термоэлектрический генератор имеет термобатареи, сделанные из полупроводниковых термоэлементов, которые соединены параллельно или последовательно. Горячие и холодные спаи термобатарей имеют теплообменники.

Термоэлектрические генераторы различаются по температурному интервалу, материалам, из которых сделаны термоэлементы, назначению и использованию, источнику тепла, производимой мощности.

Рабочие температуры термоэлектрических генераторов бывают низкие (20—300 °С), средние (300—600 °C), высокие (600—1000 °C). Материалы, из которых изготовлены термоэлементы, – это, как правило, твердые растворы кремния, германия, а также хальконеды. Источники тепла генератора – изотопы, газ, Солнце. Генератор с солнечным источником тепла называется солнечным термоэлектрогенератором. Существуют модификации термоэлектрогенераторов, имеющие большую мощность до нескольких сотен киловатт. Но их КПД не превышает 15%. Термоэлектрические генераторы имеют очень широкое распространение в различных областях науки и техники.

Они используются и в космических, и в морских, и в наземных приборах. Термоэлектрические генераторы эффективнее обычных турбогенераторов, электромашинных преобразователей тепловой энергии в электрическую. Их преимущества – большая надежность и простота эксплуатации, отсутствие движущихся деталей и устройств, что делает их очень полезными для снабжения электричеством труднодоступных, дальних объектов – пользователей энергии, таких как маяки, навигационные приборы, метеорологические станции, космические аппараты, ретрансляторы, станции антикоррозийной защиты нефтепроводов и газопроводов.

Топка

Топка – устройство, сжигающее органическое топливо, вырабатывающее дымовые газы с высокой температурой. Тепло газов применяется в технологических процессах или же получает дальнейшее преобразование в механическую или электрическую энергию в других установках. Принципиальная конструкция любой топки – это камера, которая наполняется топливом, и окислитель. Топливо бывает различным – жидким, твердым, газообразным. Окислителем, как правило, бывает воздух. Также по устройству бывают котловые или печные топки.

Топка-котел. На ее стенках находятся трубы, по которым циркулирует теплоноситель – пар или вода, и этому теплоносителю отдают теплоту продукты сгорания топки.

Топка-печь. Дымовые газы, находящиеся в рабочем пространстве печи, отдают тепло для обработки изделий или материалов или же для отопительных целей. Дымовые газы имеют предельную температуру горения – это жаропроизводительность топлива. Она зависит от необходимого расхода и избытка воздуха, средней теплоемкости газов. Как правило, температура в топке всегда меньше предельной температуры горения, на это влияет неполное сгорание топлива.

С помощью дополнительного подогрева топлива или воздуха обеспечивают повышение температуры горения. Также воздух обогащают кислородом, что содействует более эффективному горению топлива. Экономичная и эффективная работа топки имеет следующие характеристики: форсировку – тепловое напряжение, площадь сечения или поверхность сгорания топлива, количество теплоты, которое выделяет полное сгорание топлива, тепловое напряжение топочного пространства, объем камеры топки.

Топки различаются по характеру топочного процесса на три группы: слоевые, факельные, вихревые.

Слоевые топки. Эти топки – самые древние устройства, в них сжигается большое количество твердого топлива в слое – торф, антрацит, каменный уголь. Тип конструкции такой топки – неподвижная или цепная решетка.

Факельные топки появились в 1920-е гг. В них сжигается твердое топливо в виде пыли в факельном горении, что дает возможность увеличить производительность топки даже при использовании топлива невысокого качества. Топливо для факельной топки – это бурый уголь, антрацит, мазут, природный газ, фрез-торф, дробленый каменный уголь. Прежде чем поступить в факельную топку, топливо подвергается специальной обработке – его очищают, измельчают, сушат в специальных системах, пылеприготовителях. В факельной топке сжигают, кроме твердого топлива, также и жидкое или газообразное. Газообразное топливо поступает прямо в топку без какой-либо подготовки. Жидкое топливо распыляется форсунками.

Вихревые (циклонные) топки. Появились в 1950-х гг. – это камерные топки, они имеют большую паропроизводительность (более 2000 т/ч). Процесс работы таких топок состоит в полном сгорании мельчайших частиц твердого топлива в камерах-предтопках, в которых действует газовоздушный вихрь. Продукты сгорания вихревой топки имеют температуру меньшую, чем температура плавления шлака. Чтобы не произошло шлакования поверхностей нагрева, стены вихревой топки представляют собой топочные экраны. Продукты сгорания из топки отводятся дымососами или дымовыми трубами. Вентиляторы создают движение дымовых газов при плотном экранировании. Топливо для вихревых топок – это угольная пыль.