《磁流體發(fā)電簡(jiǎn)述》PPT課件.ppt

1、磁流體發(fā)電簡(jiǎn)述,磁流體發(fā)電簡(jiǎn)述,前言 磁流體發(fā)電的歷史 磁流體發(fā)電原理與技術(shù) 磁流體發(fā)電裝置系統(tǒng)構(gòu)成 磁流體發(fā)電優(yōu)點(diǎn) 磁流體發(fā)電的前景展望,前言,能源問題是21世紀(jì)世界面臨的重大問題之一。能源的開發(fā)利用不僅為人類帶來了文明和繁榮，也為人類的生存環(huán)境帶來了巨大的災(zāi)難，所造成的溫室效應(yīng)、酸雨、臭氧層空洞、生態(tài)失衡以及核燃料污染等問題嚴(yán)重威脅著人類的生存。因此，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)新的能源種類、研究節(jié)能新技術(shù)、探討能源與環(huán)境的關(guān)系已成為世界矚目的課題。“物理學(xué)研究物質(zhì)、能量和它們的相互作用的學(xué)科是一項(xiàng)國(guó)際事業(yè)，它對(duì)人類未來的進(jìn)步起著關(guān)鍵的作用,超導(dǎo)磁流體推進(jìn)船,有專家預(yù)測(cè)，21世紀(jì)將是一個(gè)以磁力（

2、磁能）作為能源代表的時(shí)代。高溫超導(dǎo)體磁場(chǎng)特性的發(fā)現(xiàn)和利用，使夢(mèng)想中的新能源受控?zé)岷司圩?、磁流體發(fā)電、太陽(yáng)能衛(wèi)星電站逐步成為現(xiàn)實(shí)。利用磁能作為驅(qū)動(dòng)力的超導(dǎo)磁懸浮列車和超導(dǎo)磁動(dòng)力船已向我們馳來,磁流體發(fā)電的歷史,1832年法拉弟首次提出有關(guān)磁流體力學(xué)問題。他根據(jù)海水切割地球磁場(chǎng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的想法，測(cè)量泰晤士河泰晤士河兩岸間的電位差，希望測(cè)出流速，但因河水電阻大、地球磁場(chǎng)弱和測(cè)量技術(shù)差，未達(dá)到目的。 1937年哈特曼根據(jù)法拉第的想法，對(duì)水銀在磁場(chǎng)中的流動(dòng)進(jìn)行了定量實(shí)驗(yàn)，并成功地提出粘性不可壓縮磁流體力學(xué)流動(dòng)(即哈特曼流動(dòng))的理論計(jì)算方法,磁流體發(fā)電的歷史,19401948年阿爾文提出帶電單粒子在磁場(chǎng)中

3、運(yùn)動(dòng)軌道的“引導(dǎo)中心”理論、磁凍結(jié)定理、磁流體動(dòng)力學(xué)波(即阿爾文波)和太陽(yáng)黑子理論，1949年他在宇宙動(dòng)力學(xué)一書中集中討論了他的主要工作，推動(dòng)了磁流體力學(xué)的發(fā)展。 1950年倫德奎斯特首次探討了利用磁場(chǎng)來保存等離子體的所謂磁約束問題，即磁流體靜力學(xué)問題。受控?zé)岷朔磻?yīng)中的磁約束，就是利用這個(gè)原理來約束溫度高達(dá)一億度量級(jí)的等離子體,磁流體發(fā)電的歷史,然而，磁約束不易穩(wěn)定，所以研究磁流體力學(xué)穩(wěn)定性成為極重要的問題。1951年，倫德奎斯特給出一個(gè)穩(wěn)定性判據(jù)，這個(gè)課題的研究至今仍很活躍。 美國(guó)是世界上研究磁流體發(fā)電最早的國(guó)家，1959年，美國(guó)就研制成功了11.5千瓦磁流體發(fā)電的試驗(yàn)裝置。60年代中期以后

4、，美國(guó)將它應(yīng)用在軍事上，建成了作為激光武器脈沖電源和風(fēng)洞試驗(yàn)電源用的磁流體發(fā)電裝置,磁流體發(fā)電的歷史,日本和前蘇聯(lián)都把磁流體發(fā)電列入國(guó)家重點(diǎn)能源攻關(guān)項(xiàng)目，并取得了引人注目的成果。前蘇聯(lián)已將磁流體發(fā)電用在地震預(yù)報(bào)和地質(zhì)勘探等方面。前蘇聯(lián)在1971年建造了一座磁流體蒸汽聯(lián)合循環(huán)試驗(yàn)電站，裝機(jī)容量為7.5萬(wàn)千瓦，其中磁流體電機(jī)容量為2.5萬(wàn)千瓦。 1986年，前蘇聯(lián)開始興建世界上第一座50萬(wàn)千瓦的磁流體和蒸汽聯(lián)合電站，這座電站使用的燃料是天然氣，它既可供電，又能供熱，與一般的火力發(fā)電站相比，它可節(jié)省燃料20,磁流體發(fā)電的歷史,我國(guó)于本世紀(jì)60年代初期開始研究磁流體發(fā)電，先后在北京、上海、南京等地建成

5、了試驗(yàn)基地。根據(jù)我國(guó)煤炭資源豐富的特點(diǎn)，我國(guó)將重點(diǎn)研究燃煤磁流體發(fā)電，并將它作為“863”計(jì)劃中能源領(lǐng)域的兩個(gè)研究主題之一，爭(zhēng)取在短時(shí)間內(nèi)趕上世界先進(jìn)水平。 作為一種高技術(shù)，磁流體發(fā)電推動(dòng)著工程電磁流體力學(xué)這門新興學(xué)科和高溫燃燒、氧化劑預(yù)熱、高溫材料、超導(dǎo)磁體、大功率變流技術(shù)、高溫診斷和降低工業(yè)動(dòng)力裝置有害排放物的先進(jìn)方法等一系列新技術(shù)的發(fā)展。這些科學(xué)成果和技術(shù)成就可以得到其他方面的應(yīng)用，并有著美好的發(fā)展前景。 綜上所述，從高效率、低污染、高技術(shù)的考慮，使得磁流體發(fā)電從其原理性實(shí)驗(yàn)成功開始，就迅速得到了全世界的重視，許多國(guó)家都給予了持續(xù)穩(wěn)定的支持,磁流體發(fā)電原理,我們知道，在水力發(fā)電廠里，是利

6、用水流的力量推動(dòng)發(fā)電機(jī)渦輪進(jìn)行發(fā)電；在火力發(fā)電廠里，通過燃料燃燒，將鍋爐里的水變成水蒸氣，再利用水蒸氣的力量帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，都是利用線圈相對(duì)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)來發(fā)電，因?yàn)榫€圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它兩側(cè)不斷地切割磁力線，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。而磁流體發(fā)電，則是將帶電的流體(離子氣體或液體)以極高的速度噴射到磁場(chǎng)中去，利用磁場(chǎng)對(duì)帶電的流體產(chǎn)生的作用，從而發(fā)出電來,磁流體發(fā)電原理,磁流體發(fā)電的研究始于20世紀(jì)50年代末，被認(rèn)為是最現(xiàn)實(shí)可行、最有競(jìng)爭(zhēng)力的直接發(fā)電方式。它涉及到磁流體動(dòng)力學(xué)、等離子物理、高溫技術(shù)及材料、低溫超導(dǎo)技術(shù)和熱物理等領(lǐng)域，是一項(xiàng)大型工程性課題 磁流體發(fā)電機(jī)的基本原理是“霍爾效應(yīng)

7、”及“磁流體電動(dòng)力學(xué),磁流體發(fā)電 在導(dǎo)電流體中會(huì)產(chǎn)生霍耳效應(yīng),使高溫等離子體（導(dǎo)電流體）以1000ms-1的高速進(jìn)入發(fā)電通道（發(fā)電通道上下兩面有磁極），由于洛侖茲力作用，結(jié)果在發(fā)電通道兩側(cè)的電極上產(chǎn)生電勢(shì)差。不斷提供高溫高速的等離子體，便能在電極上連續(xù)輸出電能,磁流體發(fā)電其原理圖如下所示,原理：經(jīng)高溫電離了的等離子體氣體，高速通過磁場(chǎng)時(shí)，在洛倫茲力作于下，正離子會(huì)向左面電極偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子會(huì)向右面電極偏轉(zhuǎn)。從而在兩極間形成電勢(shì)差，向外界提供可資利用的電動(dòng)勢(shì)。特點(diǎn)：磁流體發(fā)電只須進(jìn)行一次性的能量轉(zhuǎn)換,即可發(fā)電。從發(fā)電機(jī)中出來的熱氣流還可以進(jìn)行傳統(tǒng)的二次發(fā)電，比傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)效率大為提高。因此，它是目前許

8、多國(guó)家都在積極研制的一項(xiàng)高新技術(shù),磁流體發(fā)電示意圖,磁流體發(fā)電,磁流體發(fā)電技術(shù),技術(shù)：在磁流體發(fā)電機(jī)中，氣流的溫度高達(dá)20003000K,氣流噴射的速度可達(dá)800米/秒1000米/秒。 為了使磁流體具有足夠的電導(dǎo)率，需在高溫和高速下，加上鉀、銫等堿金屬和加入微量堿金屬的惰性氣體(如氦、氬等)作為工質(zhì)，來提高電離度。然而這些離子具有強(qiáng)腐蝕性。 另外，磁流體發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度快，以點(diǎn)火啟動(dòng)到滿負(fù)載工作只需幾十秒鐘。這要求電極材料能經(jīng)受驟冷驟熱的急劇變化,磁流體發(fā)電技術(shù),氧化鋯陶瓷：導(dǎo)電陶瓷的研制成功使磁流體發(fā)電機(jī)的研究工作前進(jìn)了一大步。 氧化鋯陶瓷是一種具有陶瓷各種良好性能的工業(yè)材料，在氧化鋯陶瓷中加

9、入10%的氧化鋯，制成一種耐高溫、抗氧化的復(fù)合氧化物陶瓷，這種復(fù)合氧化物陶瓷具有良好的導(dǎo)電性能，它能像金屬一樣把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、光能，能?000以上的高溫，且壽命在1000小時(shí)以上,磁流體發(fā)電裝置系統(tǒng)構(gòu)成,磁流體發(fā)電裝置由下列4個(gè) 基本部分構(gòu)成（見圖）。 燃燒室：通過礦物燃料與氧氣或壓縮預(yù)熱空氣的燃燒產(chǎn)生高溫等離子體，達(dá)到磁流體發(fā)電所要求的溫度。 通道：在此通道內(nèi)等離子體以高速穿過磁場(chǎng)，感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，再由鑲在通道兩側(cè)壁上的電極引出直流電流。 磁場(chǎng)：用高性能的磁鐵或超導(dǎo)磁體產(chǎn)生，作用在等離子體上,磁流體發(fā)電裝置系統(tǒng)構(gòu)成,工質(zhì)：即工作氣體。通常使用礦物燃料（煤、石油、天然氣）的燃燒氣體、惰性氣體

10、或堿金屬蒸氣。當(dāng)使用燃燒氣體時(shí)，為了獲得足夠的電離度，需摻入少量添加劑，又稱為“種子”。一般采用碳酸鉀作添加劑。添加量約為總質(zhì)量流的1，這樣會(huì)使氣體溫度在3000K以下即可獲得足夠的電導(dǎo)率。對(duì)于單原子氣體，用銫作添加劑可以使運(yùn)行溫度降低到1500K。液態(tài)金屬流體是在蒸汽或流體流中射入液態(tài)金屬而形成的液相工質(zhì),磁流體發(fā)電裝置類型,裝置類型 按照工質(zhì)在裝置中一次使用還是循環(huán)連續(xù)使用，磁流體發(fā)電裝置分為開環(huán)和閉環(huán)兩種類型。 開環(huán)裝置：工質(zhì)（包括種子）在燃燒室中燃燒產(chǎn)生高溫等離子體，通過排氣噴嘴高速釋放，在磁場(chǎng)作用下經(jīng)過通道感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，然后排出。磁流體開環(huán)發(fā)電裝置可以作為一級(jí)前置裝置，與火力發(fā)電機(jī)組

11、聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行。將磁流體發(fā)電排出的余氣供給輔助蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生高溫蒸汽，用它驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組，使熱能得到充分的利用。經(jīng)過二級(jí)開發(fā)以后的排氣，再由凈化裝置將氣體回收，還利用其中的硫和氮制成硫酸和硝酸，最后排放到大氣中,磁流體發(fā)電裝置類型,閉環(huán)裝置：基本工作過程與開環(huán)裝置類似，只是工質(zhì)不被排放，而是在系統(tǒng)中反復(fù)循環(huán)使用。這類裝置宜于用原子裂變反應(yīng)堆作熱源，其工質(zhì)可以是惰性氣體或液態(tài)金屬-蒸氣的混合物。閉環(huán)裝置設(shè)計(jì)溫度較低，使用液態(tài)金屬工質(zhì)時(shí)設(shè)計(jì)溫度可以更低（15002000），主要應(yīng)用于軍事和空間技術(shù)。金屬（鋰）蒸氣的閉環(huán)磁流體發(fā)電已在航天工程中使用,磁流體發(fā)電優(yōu)點(diǎn),我國(guó)目前采用的燃煤發(fā)電方式要向大氣

12、排放大量SO2、NOx和黑煙，對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)，減少污染物排放，提高燃煤發(fā)電效率是一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略任務(wù)。利用磁流體發(fā)電有以下一些優(yōu)點(diǎn)。 環(huán)保：磁流體發(fā)電雖然也使用煤炭、石油等燃料，但由于它使用的是細(xì)煤粉，而且高溫氣體還摻雜著少量的鉀、鈉和銫的化合物等，容易和硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫化物，在發(fā)電后回收這些金屬的同時(shí)也將硫回收了。所以這是一種低污染的煤氣發(fā)電技術(shù),磁流體發(fā)電優(yōu)點(diǎn),發(fā)電效率：磁流體發(fā)電的最大好處是可以大大提高發(fā)電效率。普通的火力發(fā)電，燃燒燃料釋放的能量中，只有20%變成了電能。而且，人們從理論上推算出，火力發(fā)電的效率提高到40%就已達(dá)到了極限。而用磁流體發(fā)

13、電，可以將從磁流體發(fā)電管道里噴出來的廢氣，驅(qū)動(dòng)另一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，形成組合發(fā)電裝置，這種組合發(fā)電的效率可以達(dá)到50%。如果解決好一些技術(shù)上的問題，發(fā)電效率還有望進(jìn)一步提高到60%以上,磁流體發(fā)電優(yōu)點(diǎn),直流系統(tǒng)：磁流體發(fā)電產(chǎn)生的是直流電。送電容量和穩(wěn)定性是擴(kuò)大交流系統(tǒng)的巨大障礙。直流系統(tǒng)可以穩(wěn)定地輸送大功率的電力。而且，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，高電壓大電流的晶闡管也能制造出來，所以高電壓直流輸電可以很容易地實(shí)現(xiàn)。 其它方面：沒有高速旋轉(zhuǎn)的部件，噪音小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積和重量也大大減小。 再者，啟動(dòng)快。在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)，磁流體發(fā)電就能達(dá)到滿功率運(yùn)行，這是其他任何發(fā)電裝置無(wú)法相比的。 因此，磁流體發(fā)電不僅可作為大功率民用電源，而且還可以作為高峰負(fù)荷電源和特殊電源使用，如作為風(fēng)洞試驗(yàn)電源、激光武器的脈沖電源等,磁流體發(fā)電的前景展望,磁流體發(fā)電不僅是一項(xiàng)新技術(shù)，在提高了發(fā)電效率的同時(shí)也滿足了環(huán)保的要求，也是一項(xiàng)綠色技術(shù)?，F(xiàn)在世界上有眾多的火力發(fā)電站，如果都進(jìn)行相關(guān)的改造，變成二級(jí)發(fā)電，那么將為人們提供巨大的“新”能源，對(duì)人類即將面臨的能源危機(jī)有一定的緩解作用。 然而隨著研究工作的進(jìn)一步深入，發(fā)現(xiàn)磁流體發(fā)電系統(tǒng)中，還有一些關(guān)鍵技術(shù)問題并未很好解決，從整體技術(shù)上看距商業(yè)應(yīng)用還有一段距離。磁流體