磁流体发电机

一、磁流体发电机的原理1、什么是磁流体发电机磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据霍尔效应，用导电流体，例如空气或液体，与磁场相对运动而发电的一种设备。如右图是一个磁流体发电机2、磁流体发电机的原理其实磁流体发电机的原理就是霍尔效应下面我们来讲解一下霍尔效应霍耳效应厚度b,宽为a的导电薄片，沿x轴通有电流强度I，当在y轴方向加以匀强磁场B时，在导电薄片两侧),(AA产生一电位差HU，这一现象称为霍耳效应IBxZyabBIAAIbIBRUHHRH---霍耳系数q0HeEqfBvEffHe洛0合FbIBnqUH1aUEHHBvaUH总结(1)q0时，RH0,0HU(2)q0时，RH0,0HUabvnqIBvqf洛++++++++++++IbBxZyaBIAAIHE洛fef++++++++++++磁流体发电在导电流体中同样会产生霍耳效应导电气体发电通道电极qqB磁流体发电原理图使高温等离子体（导电流体）以1000ms-1的高速进入发电通道（发电通道上下两面有磁极），由于洛仑兹力作用，结果在发电通道两侧的电极上产生电势差。不断提供高温高速的等离子体，便能在电极上连续输出电能。根据电磁感应原理，用导电流体（气体或液体）与磁场相对运动而发电。如下图所示是磁流体发电机，其原理是：等离子体喷入磁场，正、负离子在洛仑兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差，A、B板间产生电场，正、负离子同时受洛仑兹力和电场力。设A、B平行金属板的相对面积为S，相距L，等离子体的电阻率为ρ，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感强度为B，板外电阻为R。不接R时，当等离子体上下不再偏转匀速通过A、B板时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势，此时离子受力平衡:E场q=BqvE场=Bv电动势E＝E场L=BLv电源内电阻，接入R后，R中电流磁流体发电的另一个好处是产生的环境污染少。利用火力发电，燃烧燃料产生的废气里含有大量的二氧化硫，这是造成空气污染的一个重要原因。利用磁流体发电，不仅使燃料在高温下燃烧得更加充分，它使用的一些添加材料还可以和硫化合，生成硫酸钾，并被回收利用，这就避免了直接把硫排放到空气中，对环境造成污染。利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1000万kW，这就满足了一些需要大功率电力的场合。目前，中国，美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等，都积极致力于这方面的研究。磁流体发电机产生电动势，输出电功率的原理如下图。二、磁流体发电机的结构磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体等部分组成。1.燃烧室磁流体发电机的燃烧室,实质上是一种等离子体发生器,这种等离子体电导率的高低和均匀度直接影响发电机的性能,因此它是个十分重要的部件.在燃煤的磁流体发电系统中,煤的燃烧和灰渣引起一系列问题。下图是一些等离子发生器实体：2发电通道和磁体磁体——把物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性，具有磁性的物体叫磁体。磁体是一种很神奇的物质。它有以至于无形的力，既能把一些东西吸过来，又能把一些东西排开。在我们周围，有很多磁体。三、磁流体发电机的特点1.大大提高发电效率普通的火力发电，燃烧燃料释放的能量中，只有20%变成了电能。而且人们从理论上推算出，火力发电的效率提高到40%就已经达到了极限。而用磁流体发电，可以将磁流体发电管道里喷出来的废气，驱动另一台汽轮发电机形成组合发电装置，这种组合发电的效率可以达到50%。如果解决好一些技术上的问题，发电效率还有望进一步提高到60%以上。2.环境污染少利用火力发电，燃烧燃料产生的废气里含有大量的二氧化硫，这是造成空气污染的一个重要原因。利用磁流体发电，不仅使燃料在高温下燃烧得更加充分，它使用的一些添加材料还可以和硫化合，生成硫酸钾，并被回收利用，这就避免了直接把硫排放到空气中对环境造成污染。3.磁流体发电分类和特点磁流体(又称磁性液体、铁磁流体或磁液)，是由强磁性粒子、基液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状溶液。该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性。磁流体发电是一种新型的高效发电方式，其定义为当带有磁流体的等离子体横切穿过磁场时，按电磁感应定律，由磁力线切割产生电；在磁流体流经的通道上安装电极和外部负荷连接时，则可发电。为了使磁流体具有足够的电导率，需在高温和高速下，加上钾、铯等碱金属和加入微量碱金属的惰性气体(如氦、氩等)作为工质，以利用非平衡电离原理来提高电离度。前者直接利用燃烧气体穿过磁场的方式叫开环磁流体发电，后者通过换热器将工质加热后再穿过磁场的叫闭环磁流体发电。燃煤磁流体发电技术--亦称为等离子体发电，就是磁流体发电的典型应用，燃烧煤而得到的2.6×106℃以上的高温等离子气体并以高速流过强磁场时，气体中的电子受磁力作用，沿着与磁力线垂直的方向流向电极，发出直流电，经直流逆变为交流送入交流电网。磁流体发电本身的效率仅20%左右，但由于其排烟温度很高，从磁流体排出的气体可送往一般锅炉继续燃烧成蒸汽，驱动汽轮机发电，组成高效的联合循环发电，总的热效率可达50%～60%，是目前正在开发中的高效发电技术中最高的。同样，它可有效地脱硫，有效地控制NOx的产生，也是一种低污染的煤气化联合循环发电技术。四、磁流体发电机的应用及前景1、流体发电的现状磁流体发电是一种将热能直接转换成电能的新型发电方式，具有转换效率高，污染少等特点，受到世界各主要国家的重视，并纷纷开展了研究。1959年美国阿夫柯—埃弗雷特研究实验室对磁流体发电的原理性试验首次获得成功，为现代磁流体发电技术的发展奠定了基础。从此以后，这项新技术很快发展了起来。一些重要工业国家如美国、前苏联、日本等都列入了国家研究发展规划。中国也是长期坚持这项研究的国家之一。磁流体发电机中的带电流体，它们是通过加热燃料、惰性气体、碱金属蒸气而得到的。在几千摄氏度的高温下，这些物质中的原子和电子的运动都很剧烈，有些电子甚至可以脱离原子核的束缚，结果，这些物质变成自由电子、失去电子的离子以及原子核的混合物，这就是等离子体。磁流体发电机将等离子体以超音速的速度喷射到一个加有强磁场的管道里面，等离子体中带有正、负电荷的高速粒子，在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极偏移，于是在两极之间产生电压，用导线将电压接入电路中就可以使用了。磁流体发电机的另一个好处是产生的环境污染少。利用火力发电，燃烧燃料产生的废气里含有大量的二氧化硫，这是造成空气污染的一个重要原因。利用磁流体发电机发电，不仅使燃料在高温下燃烧得更加充分，它使用的一些添加材料还可以和硫化合，生成硫酸钾，并被回收利用，这就避免了直接把硫排放到空气中，对环境造成污染。利用磁流体发电机发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1000万kW，这就满足了一些需要大功率电力的场合。目前，中国，美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等，都积极致力于这方面的研究。磁流体发电机产生电动势，输出电功率的原理如上图。1959年，美国阿夫柯公司建造了第一台磁流体发电机，功率为115kW。此后各国均有研究制造，美苏联合研制的磁流体发电机U－25B在1978年8月进行了第四次试验，气体-等离子体流量为2～4kg/s，温度为2950K，磁场为5T，输出功率1300kW，共运行了50小时。目前许多国家正在研制百万千瓦的利用超导磁体的磁流体发电机。现在磁流体发电机制造中的主要问题是发电通道效率低，目前只有10%。通道和电极的材料都要求耐高温、耐碱腐蚀、耐化学烧蚀等，目前所用材料的寿命都比较短，因而磁流体发电机不能长时间运行。2.对磁流体发电的前景展望近几年来，一些主要工业国家先后收缩或停止磁流体发电研究，重要原因之一是这种新型发电研究周期较长，近期难见成效，但也与这些国家的能源政策或经济形势有密切关系。日本从80年代开始，用电量较大的新材料和钢铁产量都下滑，对电力需求的增长减缓，而且它是一个绝大部分能源都靠进口的国家，把发电的重点放在发展原子能电站方面；前苏联停建U-500电站磁流体发电部分的直接原因是超导磁体制造困难，实际上当时他们政治上处于转轨阶段，经济上很困难。不仅U-500电站，许多暂时得不到经济效益的科研项目都停了；美国用磁流体发电改造旧电站的计划未获批准，很大程度上也与当时美国的经济不景气有关。磁流体发电中存在的一些问题，经过几十年的努力，有的已经解决有的也有可能获得解决。科学技术的发展与其它任何事物一样，有时快些，有时慢些，是很自然的，同时实践证明，单项科学技术发展的快慢并不是孤立的，与整体科学技术的发展水平有关。从某个领域来看，认为一时解决不了的问题，利用其它领域的成果就有可能很容易得到解决。如随着喷气发动机的出现，螺旋桨飞机遇到的“音障”问题很快就得到了克服，超音速和高超音速飞机很快也就发展起来了；变压器的发明，不仅解决了电能的远距离输送问题，也避免了用户直接接近高压电，减少其对用户的生命威胁。磁流体发电本身的发展也是如此，早在本世纪30年代及以前，就有人进行过磁流体发电试验，但并未成功，直到50年代，随着喷气技术的发展，对高温气体的性质有了较好的了解，特别是1958年在高温燃气中添加低游离电位的物质以提高电导率的实验结果发表后，磁流体发电试验才获得了成功。超导磁体是磁流体发电系统中制造难度较大，造价较贵的一个主要部件。目前高温超导材料的研制进展很快，如果磁流体发电能使用高温超导磁体，不仅磁体的制造工艺和冷却系统会大大简化，制造成本下降，运行费用也会相应降低。另外，从70年代开始，就先后有人提出所谓热化学再生磁流体发电的设想，即用磁流体发电的尾气将煤炭气化，所得的人工煤气用作磁流体—蒸汽联合循环发电的燃料，这样既可利用磁流体尾气与下游蒸汽锅炉之间一段未能充分利用的高温高焓能量，对煤气的脱硫要求也远不如IGCC（整体煤气化联合循环）中那样严格，因燃气中加入的电离种子能起到脱硫的作用。如果这种方案研制成功，不仅能解决燃烧室的排渣和发电通道内材料的腐蚀磨损及渣层积化带来的问题，对不含煤渣电离种子的回收再生也容易解决得多。总之，随着科学技术的发展，目前磁流体发电研究中还存在的一些问题，是不难解决的。我国作为一个煤炭资源丰富，煤电在整个电力生产中所占比例高达70%以上的国家，对少数几种有一定前景的高效低污染燃煤发电新技术，包括燃煤磁流体发电技术在内，应继续组织适当的力量，开展必要的关键技术研究，并积极探索解决问题的新途径，以推进磁流体发电的进一步发展，使其能在我国今后电力发展中早日发挥作用。