石炭スラグ層を伴うMHD発電機極上の放電構造と電極材の熱電気化学的侵食機構

煤渣层磁流体发生器顶部放电结构及电极材料热电化学侵蚀机理

基本信息

批准号：
62550151
负责人：
岡崎健
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1987
资助国家：
日本
起止时间：
1987 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

MHD発電は, プラズマを用いた高効率発電方式として各国で研究が進められているが, 電極の寿命が, 実用化の上での最大の問題点となっている. 特に, 最も実用に近い石炭燃焼MHD発電では, 石炭スラグ層が電極上を覆うため, 放電構造の根本的な把握とともに, 主としてアーク発生による電極の熱電気化学的な損傷機構の解明が重要な課題となっている. 本研究では, スラグ層を伴う電極の長寿命化のための指針を得ることを目的として, 熱的電気的および化学的な性状が既知の人造スラグ層(PbO-SiO_2系)を金属電極(SUS,Cu)上にプール状に形成させて通電実験を行い, 陽極および陰極それぞれについて, 均一放電から微細アーク放電を経て巨大なアーク放電に至る放電挙動, さらに, これらのアークが発生する限界電流密度とこれに及ぼす電極温度, 電極材, スクグ組成などの影響を明らかにした. また, アーク放電時における電極の損傷状況の顕微鏡観察を行い, アークスポット部の侵食に及ぼす諸因子の影響について検討を行った. 主な結果を以下に示す.1.陰極においては, 明確な均一放電, 微細アーク放電, 巨大アーク放電の各領域が存在するが, 陽極では, 明確な微細アーク放電領域が存在しない.2.スラグ層を伴う陽極上での電流集中は, 熱電気的不安定に起因し, 電極温度が高い場合は, 電流集中がプラズマ境界層内の低導電度層内に発生するため, 限界電流密度はスラグ層表面温度に支配されて電極温度に依存しないのに対し, 電極温度が低下するに従い, 電流集中がスラグ層底部に発生するようになり, 限界電流密度が急激に低下する.3.アーク発生による電極の損傷は, 陽極では巨大アークによる電極後端部に集中するのに対し, 陰極では電極表面上にスポット状に生じ, その径は, 電極温度の低下とともに大きく深くなり, 数は減少する.

在各个国家 /地区，正在研究MHD发电，是一种使用血浆的高效发电方法，但是电极的寿命是实际使用中最大的问题。特别是，在燃煤的MHD发电中，煤渣层覆盖电极，因此重要的是要了解放电结构并阐明电极的热电学损伤机理，主要是由于电弧产生而引起的。在这项研究中，为了获得用炉渣层获得电极寿命的准则，我们通过形成人工炉渣层（PBO-SIO_2系统）进行了电流供电的实验，并在金属电极（SUS，CU）上以泳池形状的金属电极（SUS，CU）形成已知的热和化学性质。对于每个阳极和阴极，均匀排放到巨大的电弧排放的排放行为，以及阳极和阴极的排放行为，以及这些弧的产生的限制电流密度以及电极温度，电极材料和skug成分的影响。我们还对电弧排出过程中电极的损伤情况进行了微观观察，并检查了各种因素对弧斑侵蚀的影响。主要结果如下所示。1。在阴极中，存在清晰均匀的排放，细弧排放和巨大的弧排放区，但在阳极中，不存在清晰的细弧排出区域。2。具有炉渣层的阳极上的电流浓度是由于热电稳定性引起的，当电极温度较高时，电流浓度在等离子体边界层的低电导率层中发生，因此限制电流密度受炉渣层的表面温度控制，并且不依赖于电极温度，而电极温度则降低。电流浓度开始在炉渣层的底部发生，极限电流密度迅速下降3。由于阳极处的巨大弧引起的电弧后端对电极的损坏集中在电极的后端，而在阴极处，它在电极表面上以斑点状的形状发生，并且其直径随着电极温度下降而变得更深，并且数量降低。