磁流體發(fā)電機(jī)講談

1、磁流體發(fā)電機(jī)講談一、磁流體發(fā)電機(jī)的原理一、磁流體發(fā)電機(jī)的原理二、磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)二、磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)三、磁流體發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)三、磁流體發(fā)電機(jī)的特點(diǎn) 四、磁流體發(fā)電機(jī)的應(yīng)四、磁流體發(fā)電機(jī)的應(yīng)用及前景用及前景一、磁流體發(fā)電機(jī)的原理一、磁流體發(fā)電機(jī)的原理v1、什么是磁流體發(fā)電機(jī)v 磁流體發(fā)電機(jī)，又叫等離子發(fā)電機(jī)，v是根據(jù)霍爾效應(yīng)，用導(dǎo)電流體，例如空 氣或液體，與磁場相對運(yùn)動(dòng)而發(fā)電的一v種設(shè)備。v如右圖是一個(gè)磁流體發(fā)電機(jī)v2、磁流體發(fā)電機(jī)的原理v其實(shí)磁流體發(fā)電機(jī)的原理v就是霍爾效應(yīng)v下面我們來講解一下霍爾效應(yīng) 霍耳效應(yīng)霍耳效應(yīng)厚度厚度b,寬為寬為a的導(dǎo)電薄片，沿的導(dǎo)電薄片，沿x軸通有電流強(qiáng)度軸通有電

2、流強(qiáng)度I，當(dāng)在，當(dāng)在y軸方向加以勻強(qiáng)磁場軸方向加以勻強(qiáng)磁場B時(shí)，在導(dǎo)電薄片兩側(cè)時(shí)，在導(dǎo)電薄片兩側(cè)),(AA 產(chǎn)生一電位差產(chǎn)生一電位差HU，這一現(xiàn)象稱為，這一現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)霍耳效應(yīng)IBxZyabBIAA IbIBRUHH RH-霍耳系數(shù)霍耳系數(shù)q0時(shí)，時(shí)，RH0,0 HU(2) q0時(shí)，時(shí)，RH0,0 HUabvnqI Bvqf 洛洛+IbBxZyaBIAA IHE 洛洛fef+磁流體發(fā)電磁流體發(fā)電在導(dǎo)電流體中同樣會(huì)產(chǎn)生霍耳效應(yīng)在導(dǎo)電流體中同樣會(huì)產(chǎn)生霍耳效應(yīng) 導(dǎo)電氣體導(dǎo)電氣體發(fā)電通道發(fā)電通道電極電極q q B磁流體發(fā)電原理圖磁流體發(fā)電原理圖 使高溫等離子體（導(dǎo)電流體）以使高溫等離子體（導(dǎo)電流體

3、）以1000ms1000ms-1-1的高速的高速進(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)生電勢差。不斷提供高溫高速的等離子體，便能在電極上連差。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。續(xù)輸出電能。v根據(jù)電磁感應(yīng)原理，用導(dǎo)電流體（氣體或液體）與磁場相對運(yùn)動(dòng)而發(fā)電。v如下圖所示是磁流體發(fā)電機(jī)，其原理是：等離子體噴入磁場，正、負(fù)離子在洛侖茲力作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板上，產(chǎn)生電勢差，A、B板間產(chǎn)生電場，正、負(fù)離子同時(shí)受洛侖茲力和電場力。設(shè)A、

4、B平行金屬板的相對面積為S，相距L，等離子體的電阻率為，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感v強(qiáng)度為B，板外電阻為R。不接R時(shí)，當(dāng)?shù)入x子體上下不再偏轉(zhuǎn)勻速通過A、B板時(shí)，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢差最大，即為電源電動(dòng)勢，此時(shí)離子受力平衡:v E場q=Bqv E場=Bv 電動(dòng)勢EE場 L=BLvv電源內(nèi)電阻，接入R后，R中電流 v v磁流體發(fā)電的另一個(gè)好處是產(chǎn)生的環(huán)境污染少。利用火力發(fā)電，燃燒燃料產(chǎn)生的廢氣里含有大量的二氧化硫，這是造成空氣污染的一個(gè)重要原因。利用磁流體發(fā)電，不僅使燃料在高溫下燃燒得更加充分，它使用的一些添加材料還可以和硫化合，生成硫酸鉀，并被回收利用，這就避免了直接把硫排放

5、到空氣中，對環(huán)境造成污染。 v利用磁流體發(fā)電，只要加快帶電流體的噴射速度，增加磁場強(qiáng)度，就能提高發(fā)電機(jī)的功率。人們使用高能量的燃料，再配上快速啟動(dòng)裝置，就可以使發(fā)電機(jī)功率達(dá)到1000萬kW，這就滿足了一些需要大功率電力的場合。目前，中國，美國、印度、澳大利亞以及歐洲共同體等，都積極致力于這方面的研究。 v磁流體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)勢，輸出電功率的原理如下圖。v 二、磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)磁流體發(fā)電機(jī)由燃燒室、發(fā)電通道和磁體等部分組成。v1.燃燒室v磁流體發(fā)電機(jī)的燃燒室,實(shí)質(zhì)上是一種等離子體發(fā)生器,這種等離子體電導(dǎo)率的高低和均勻度直接影響發(fā)電機(jī)的性能,因此它是個(gè)十分重要的部件.在燃煤的磁流體發(fā)電系統(tǒng) 中,

6、煤的燃燒和灰渣引起一系列問題。v下圖是一些等離子發(fā)生器實(shí)體：v2發(fā)電通道和磁體磁體把物體能夠吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的性質(zhì)叫做磁性，具有磁性的物體叫磁體。 磁體是一種很神奇的物質(zhì)。它有以至于無形的力，既能把一些東西吸過來，又能把一些東西排開。在我們周圍，有很多磁體。 三、磁流體發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)三、磁流體發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)v1.大大提高發(fā)電效率大大提高發(fā)電效率v 普通的火力發(fā)電，燃燒燃料釋放的能量中，只有普通的火力發(fā)電，燃燒燃料釋放的能量中，只有20%變成了電能。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%就已經(jīng)達(dá)到了就已經(jīng)達(dá)到了極限。而用磁流體發(fā)

7、電，可以將磁流體發(fā)電管道里噴出來的廢氣，驅(qū)極限。而用磁流體發(fā)電，可以將磁流體發(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)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。如果解決好一些技術(shù)上的問題，發(fā)電效率還有望進(jìn)一步提高到到60%以上。以上。v2.環(huán)境污染少環(huán)境污染少v 利用火力發(fā)電，燃燒燃料產(chǎn)生的廢氣里含有大量的二氧化硫，這利用火力發(fā)電，燃燒燃料產(chǎn)生的廢氣里含有大量的二氧化硫，這是造成空氣污染的一個(gè)重要原因。利用磁流體發(fā)電，不僅使燃料在高是造成空氣污染的一個(gè)重要原因。利用磁

8、流體發(fā)電，不僅使燃料在高溫下燃燒得更加充分，它使用的一些添加材料還可以和硫化合，生成溫下燃燒得更加充分，它使用的一些添加材料還可以和硫化合，生成硫酸鉀，并被回收利用，這就避免了直接把硫排放到空氣中對環(huán)境造硫酸鉀，并被回收利用，這就避免了直接把硫排放到空氣中對環(huán)境造成污染。成污染。v3.磁流體發(fā)電分類和特點(diǎn)v磁流體(又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液)，是由強(qiáng)磁性粒子、基液(也叫媒體)以及界面活性劑三者混合而成的一種穩(wěn)定的膠狀溶液。該流體在靜態(tài)時(shí)無磁性吸引力，當(dāng)外加磁場作用時(shí)，才表現(xiàn)出磁性。磁流體發(fā)電是一種新型的高效發(fā)電方式，其定義為當(dāng)帶有磁流體的等離子體橫切穿過磁場時(shí)，按電磁感應(yīng)定律，由磁力線切割產(chǎn)

9、生電；在磁流體流經(jīng)的通道上安裝電極和外部負(fù)荷連接時(shí)，則可發(fā)電。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)，以利用非平衡電離原理來提高電離度。前者直接利用燃燒氣體穿過磁場的方式叫開環(huán)磁流體發(fā)電，后者通過換熱器將工質(zhì)加熱后再穿過磁場的叫閉環(huán)磁流體發(fā)電。 v燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)-亦稱為等離子體發(fā)電，就是磁流體發(fā)電的典型應(yīng)用，燃燒煤而得到的2.6106以上的高溫等離子氣體并以高速流過強(qiáng)磁場時(shí)，氣體中的電子受磁力作用，沿著與磁力線垂直的方向流向電極，發(fā)出直流電，經(jīng)直流逆變?yōu)榻涣魉腿虢涣麟娋W(wǎng)。磁流體發(fā)電本身的效率僅20%左右，但由于其排

10、煙溫度很高，從磁流體排出的氣體可送往一般鍋爐繼續(xù)燃燒成蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，組成高效的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，總的熱效率可達(dá)50%60%，是目前正在開發(fā)中的高效發(fā)電技術(shù)中最高的。同樣，它可有效地脫硫，有效地控制NOx的產(chǎn)生，也是一種低污染的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)。四、磁流體發(fā)電機(jī)的應(yīng)用及前景四、磁流體發(fā)電機(jī)的應(yīng)用及前景v1、流體發(fā)電的現(xiàn)狀、流體發(fā)電的現(xiàn)狀 v磁流體發(fā)電是一種將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的新型發(fā)電方式，具有轉(zhuǎn)換效磁流體發(fā)電是一種將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的新型發(fā)電方式，具有轉(zhuǎn)換效率高，污染少等特點(diǎn)，受到世界各主要國家的重視，并紛紛開展了研究。率高，污染少等特點(diǎn)，受到世界各主要國家的重視，并紛紛開展了研究

11、。1959年美國阿夫柯年美國阿夫柯埃弗雷特研究實(shí)驗(yàn)室對磁流體發(fā)電的原理性試驗(yàn)首埃弗雷特研究實(shí)驗(yàn)室對磁流體發(fā)電的原理性試驗(yàn)首次獲得成功，為現(xiàn)代磁流體發(fā)電技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。從此以后，這次獲得成功，為現(xiàn)代磁流體發(fā)電技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。從此以后，這項(xiàng)新技術(shù)很快發(fā)展了起來。一些重要工業(yè)國家如美國、前蘇聯(lián)、日本等項(xiàng)新技術(shù)很快發(fā)展了起來。一些重要工業(yè)國家如美國、前蘇聯(lián)、日本等都列入了國家研究發(fā)展規(guī)劃。中國也是長期堅(jiān)持這項(xiàng)研究的國家之一。都列入了國家研究發(fā)展規(guī)劃。中國也是長期堅(jiān)持這項(xiàng)研究的國家之一。v 磁流體發(fā)電機(jī)中的帶電流體，它們是通過加熱燃料、惰性氣體、堿金屬磁流體發(fā)電機(jī)中的帶電流體，它們是通過加熱

12、燃料、惰性氣體、堿金屬蒸氣而得到的。在幾千攝氏度的高溫下，這些物質(zhì)中的原子和電子的運(yùn)蒸氣而得到的。在幾千攝氏度的高溫下，這些物質(zhì)中的原子和電子的運(yùn)動(dòng)都很劇烈，有些電子甚至可以脫離原子核的束縛，結(jié)果，這些物質(zhì)變動(dòng)都很劇烈，有些電子甚至可以脫離原子核的束縛，結(jié)果，這些物質(zhì)變成自由電子、失去電子的離子以及原子核的混合物，這就是等離子體成自由電子、失去電子的離子以及原子核的混合物，這就是等離子體。v磁流體發(fā)電機(jī)將等離子體以超音速的速度噴射到一個(gè)加有強(qiáng)磁場的管道里面，等離子體中帶有正、負(fù)電荷的高速粒子，在磁場中受到洛倫茲力的作用，分別向兩極偏移，于是在兩極之間產(chǎn)生電壓，用導(dǎo)線將電壓接入電路中就可以使用了

13、。磁流體發(fā)電機(jī)的另一個(gè)好處是產(chǎn)生的環(huán)境污染少。v利用火力發(fā)電，燃燒燃料產(chǎn)生的廢氣里含有大量的二氧化硫，這是造成空氣污染的一個(gè)重要原因。利用磁流體發(fā)電機(jī)發(fā)電，不僅使燃料在高溫下燃燒得更加充分，它使用的一些添加材料還可以和硫化合，生成硫酸鉀，并被回收利用，這就避免了直接把硫排放到空氣中，對環(huán)境造成污染。v利用磁流體發(fā)電機(jī)發(fā)電，只要加快帶電流體的噴射速度，增加磁場強(qiáng)度，就能提高發(fā)電機(jī)的功率。人們使用高能量的燃料，再配上快速啟動(dòng)裝置，就可以使發(fā)電機(jī)功率達(dá)到1000萬kW，這就滿足了一些需要大功率電力的場合。v目前，中國，美國、印度、澳大利亞以及歐洲共同體等，都積極致力于這方面的研究。磁流體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電

14、動(dòng)勢，輸出電功率的原理如上圖。v1959年，美國阿夫柯公司建造了第一臺(tái)磁流體發(fā)電機(jī)，功率為115kW。此后各國均有研究制造，美蘇聯(lián)合研制的磁流體發(fā)電機(jī)U25B在1978年8月進(jìn)行了第四次試驗(yàn)，氣體-等離子體流量為24kg/s，溫度為2950K，磁場為5T，輸出功率1300kW，共運(yùn)行了50小時(shí)。v目前許多國家正在研制百萬千瓦的利用超導(dǎo)磁體的磁流體發(fā)電機(jī)。現(xiàn)在磁流體發(fā)電機(jī)制造中的主要問題是發(fā)電通道效率低，目前只有10%。通道和電極的材料都要求耐高溫、耐堿腐蝕、耐化學(xué)燒蝕等，目前所用材料的壽命都比較短，因而磁流體發(fā)電機(jī)不能長時(shí)間運(yùn)行。v2.對磁流體發(fā)電的前景展望對磁流體發(fā)電的前景展望 v近幾年來，

15、一些主要工業(yè)國家先后收縮或停止磁流體發(fā)電研究，重要原因之一是這種新型發(fā)電研究周期較長，近期難見成效，但也與這些國家的能源政策或經(jīng)濟(jì)形勢有密切關(guān)系。日本從80年代開始，用電量較大的新材料和鋼鐵產(chǎn)量都下滑，對電力需求的增長減緩，而且它是一個(gè)絕大部分能源都靠進(jìn)口的國家，把發(fā)電的重點(diǎn)放在發(fā)展原子能電站方面；前蘇聯(lián)停建U-500電站磁流體發(fā)電部分的直接原因是超導(dǎo)磁體制造困難，實(shí)際上當(dāng)時(shí)他們政治上處于轉(zhuǎn)軌階段，經(jīng)濟(jì)上很困難。不僅U-500電站，許多暫時(shí)得不到經(jīng)濟(jì)效益的科研項(xiàng)目都停了；美國用磁流體發(fā)電改造舊電站的計(jì)劃未獲批準(zhǔn)，很大程度上也與當(dāng)時(shí)美國的經(jīng)濟(jì)不景氣有關(guān)。磁流體發(fā)電中存在的 v一些問題，經(jīng)過幾十年

16、的努力，有的已經(jīng)解決有的也有可能獲得解決?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展與其它任何事物一樣，有時(shí)快些，有時(shí)慢些，是很自然的，同時(shí)實(shí)踐證明，單項(xiàng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的快慢并不是孤立的，與整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平有關(guān)。從某個(gè)領(lǐng)域來看，認(rèn)為一時(shí)解決不了的問題，利用其它領(lǐng)域的成果就有可能很容易得到解決。如隨著噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)，螺旋槳飛機(jī)遇到的“音障”問題很快就得到了克服，超音速和高超音速飛機(jī)很快也就發(fā)展起來了；變壓器的發(fā)明，不僅解決了電能的遠(yuǎn)距離輸送問題，也避免了用戶直接接近高壓電，減少其對用戶的生命威脅。磁流體發(fā)電本身的發(fā)展也是如此，早在本世紀(jì)30年代及以前，就有人進(jìn)行過磁流體發(fā)電試驗(yàn)，但并未成功，直到50年代，隨著噴氣技術(shù)

17、的發(fā)展，對高溫氣體的性質(zhì)有了較好的了解，特別是1958年在高溫燃?xì)庵刑砑拥陀坞x電位的物質(zhì)以提高電導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果v發(fā)表后，磁流體發(fā)電試驗(yàn)才獲得了成功。超導(dǎo)磁體是磁流體發(fā)電系統(tǒng)中制造難度較大，造價(jià)較貴的一個(gè)主要部件。目前高溫超導(dǎo)材料的研制進(jìn)展很快，如果磁流體發(fā)電能使用高溫超導(dǎo)磁體，不僅磁體的制造工藝和冷卻系統(tǒng)會(huì)大大簡化，制造成本下降，運(yùn)行費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)降低。另外，從70年代開始，就先后有人提出所謂熱化學(xué)再生磁流體發(fā)電的設(shè)想，即用磁流體發(fā)電的尾氣將煤炭氣化，所得的人工煤氣用作磁流體蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的燃料，這樣既可利用磁流體尾氣與下游蒸汽鍋爐之間一段未能充分利用的高溫高焓能量，對煤氣的脫硫要求也遠(yuǎn)不如IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）中那樣嚴(yán)格，因燃?xì)庵屑尤氲?/p>