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1、磁流体发电简述,磁流体发电简述,前言 磁流体发电的历史 磁流体发电原理与技术 磁流体发电装置系统构成 磁流体发电优点 磁流体发电的前景展望,前言,能源问题是21世纪世界面临的重大问题之一。能源的开发利用不仅为人类带来了文明和繁荣，也为人类的生存环境带来了巨大的灾难，所造成的温室效应、酸雨、臭氧层空洞、生态失衡以及核燃料污染等问题严重威胁着人类的生存。因此，为实现可持续发展，开发新的能源种类、研究节能新技术、探讨能源与环境的关系已成为世界瞩目的课题。“物理学研究物质、能量和它们的相互作用的学科是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键的作用。,超导磁流体推进船,有专家预测，21世纪将是一个以磁力
2、（磁能）作为能源代表的时代。高温超导体磁场特性的发现和利用，使梦想中的新能源受控热核聚变、磁流体发电、太阳能卫星电站逐步成为现实。利用磁能作为驱动力的超导磁悬浮列车和超导磁动力船已向我们驰来。,磁流体发电的历史,1832年法拉弟首次提出有关磁流体力学问题。他根据海水切割地球磁场产生电动势的想法，测量泰晤士河泰晤士河两岸间的电位差，希望测出流速，但因河水电阻大、地球磁场弱和测量技术差，未达到目的。 1937年哈特曼根据法拉第的想法，对水银在磁场中的流动进行了定量实验，并成功地提出粘性不可压缩磁流体力学流动(即哈特曼流动)的理论计算方法。,磁流体发电的历史,19401948年阿尔文提出带电单粒子在
3、磁场中运动轨道的“引导中心”理论、磁冻结定理、磁流体动力学波(即阿尔文波)和太阳黑子理论，1949年他在宇宙动力学一书中集中讨论了他的主要工作，推动了磁流体力学的发展。 1950年伦德奎斯特首次探讨了利用磁场来保存等离子体的所谓磁约束问题，即磁流体静力学问题。受控热核反应中的磁约束，就是利用这个原理来约束温度高达一亿度量级的等离子体。,磁流体发电的历史,然而，磁约束不易稳定，所以研究磁流体力学稳定性成为极重要的问题。1951年，伦德奎斯特给出一个稳定性判据，这个课题的研究至今仍很活跃。 美国是世界上研究磁流体发电最早的国家，1959年，美国就研制成功了11.5千瓦磁流体发电的试验装置。60年代
4、中期以后，美国将它应用在军事上，建成了作为激光武器脉冲电源和风洞试验电源用的磁流体发电装置。,磁流体发电的历史,日本和前苏联都把磁流体发电列入国家重点能源攻关项目，并取得了引人注目的成果。前苏联已将磁流体发电用在地震预报和地质勘探等方面。前苏联在1971年建造了一座磁流体蒸汽联合循环试验电站，装机容量为7.5万千瓦，其中磁流体电机容量为2.5万千瓦。 1986年，前苏联开始兴建世界上第一座50万千瓦的磁流体和蒸汽联合电站，这座电站使用的燃料是天然气，它既可供电，又能供热，与一般的火力发电站相比，它可节省燃料20。,磁流体发电的历史,我国于本世纪60年代初期开始研究磁流体发电，先后在北京、上海、
5、南京等地建成了试验基地。根据我国煤炭资源丰富的特点，我国将重点研究燃煤磁流体发电，并将它作为“863”计划中能源领域的两个研究主题之一，争取在短时间内赶上世界先进水平。 作为一种高技术，磁流体发电推动着工程电磁流体力学这门新兴学科和高温燃烧、氧化剂预热、高温材料、超导磁体、大功率变流技术、高温诊断和降低工业动力装置有害排放物的先进方法等一系列新技术的发展。这些科学成果和技术成就可以得到其他方面的应用，并有着美好的发展前景。 综上所述，从高效率、低污染、高技术的考虑，使得磁流体发电从其原理性实验成功开始，就迅速得到了全世界的重视，许多国家都给予了持续稳定的支持。,磁流体发电原理,我们知道，在水力
6、发电厂里，是利用水流的力量推动发电机涡轮进行发电；在火力发电厂里，通过燃料燃烧，将锅炉里的水变成水蒸气，再利用水蒸气的力量带动发电机发电。传统的发电机，都是利用线圈相对磁场转动来发电，因为线圈相对磁场运动时，它两侧不断地切割磁力线，线圈中就会产生感应电流。而磁流体发电，则是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，从而发出电来。,磁流体发电原理,磁流体发电的研究始于20世纪50年代末，被认为是最现实可行、最有竞争力的直接发电方式。它涉及到磁流体动力学、等离子物理、高温技术及材料、低温超导技术和热物理等领域，是一项大型工程性课题 磁流体发电机的基本
7、原理是“霍尔效应”及“磁流体电动力学”。,磁流体发电 在导电流体中会产生霍耳效应,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。,磁流体发电其原理图如下所示,原理：经高温电离了的等离子体气体，高速通过磁场时，在洛伦兹力作于下，正离子会向左面电极偏转，负离子会向右面电极偏转。从而在两极间形成电势差，向外界提供可资利用的电动势。 特点：磁流体发电只须进行一次性的能量转换,即可发电。从发电机中出来的热气流还可以进行传统的二次发电，比传统发电机效率大
8、为提高。因此，它是目前许多国家都在积极研制的一项高新技术。,磁流体发电示意图,磁流体发电,磁流体发电技术,技术：在磁流体发电机中，气流的温度高达20003000K,气流喷射的速度可达800米/秒1000米/秒。 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，来提高电离度。然而这些离子具有强腐蚀性。 另外，磁流体发电机启动速度快，以点火启动到满负载工作只需几十秒钟。这要求电极材料能经受骤冷骤热的急剧变化。,磁流体发电技术,氧化锆陶瓷：导电陶瓷的研制成功使磁流体发电机的研究工作前进了一大步。 氧化锆陶瓷是一种具有陶瓷各种良好性能
9、的工业材料，在氧化锆陶瓷中加入10%的氧化锆，制成一种耐高温、抗氧化的复合氧化物陶瓷，这种复合氧化物陶瓷具有良好的导电性能，它能像金属一样把电能转变为热能、光能，能耐2000以上的高温，且寿命在1000小时以上。,磁流体发电装置系统构成,磁流体发电装置由下列4个 基本部分构成（见图）。 燃烧室：通过矿物燃料与氧气或压缩预热空气的燃烧产生高温等离子体，达到磁流体发电所要求的温度。 通道：在此通道内等离子体以高速穿过磁场，感应出电动势，再由镶在通道两侧壁上的电极引出直流电流。 磁场：用高性能的磁铁或超导磁体产生，作用在等离子体上。,磁流体发电装置系统构成,工质：即工作气体。通常使用矿物燃料（煤、石
10、油、天然气）的燃烧气体、惰性气体或碱金属蒸气。当使用燃烧气体时，为了获得足够的电离度，需掺入少量添加剂，又称为“种子”。一般采用碳酸钾作添加剂。添加量约为总质量流的1，这样会使气体温度在3000K以下即可获得足够的电导率。对于单原子气体，用铯作添加剂可以使运行温度降低到1500K。液态金属流体是在蒸汽或流体流中射入液态金属而形成的液相工质。,磁流体发电装置类型,装置类型 按照工质在装置中一次使用还是循环连续使用，磁流体发电装置分为开环和闭环两种类型。 开环装置：工质（包括种子）在燃烧室中燃烧产生高温等离子体，通过排气喷嘴高速释放，在磁场作用下经过通道感应出电动势，然后排出。 磁流体开环发电装置
11、可以作为一级前置装置，与火力发电机组联合循环运行。将磁流体发电排出的余气供给辅助蒸汽发生器产生高温蒸汽，用它驱动汽轮发电机组，使热能得到充分的利用。 经过二级开发以后的排气，再由净化装置将气体回收，还利用其中的硫和氮制成硫酸和硝酸，最后排放到大气中。,磁流体发电装置类型,闭环装置：基本工作过程与开环装置类似，只是工质不被排放，而是在系统中反复循环使用。这类装置宜于用原子裂变反应堆作热源，其工质可以是惰性气体或液态金属-蒸气的混合物。闭环装置设计温度较低，使用液态金属工质时设计温度可以更低（15002000），主要应用于军事和空间技术。金属（锂）蒸气的闭环磁流体发电已在航天工程中使用。,磁流体发
12、电优点,我国目前采用的燃煤发电方式要向大气排放大量SO2、NOx和黑烟，对大气环境造成严重污染。因此，发展洁净煤发电技术，减少污染物排放，提高燃煤发电效率是一项重要的战略任务。利用磁流体发电有以下一些优点。 环保：磁流体发电虽然也使用煤炭、石油等燃料，但由于它使用的是细煤粉，而且高温气体还掺杂着少量的钾、钠和铯的化合物等，容易和硫发生化学反应，生成硫化物，在发电后回收这些金属的同时也将硫回收了。所以这是一种低污染的煤气发电技术。,磁流体发电优点,发电效率：磁流体发电的最大好处是可以大大提高发电效率。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
13、效率提高到40%就已达到了极限。而用磁流体发电，可以将从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。,磁流体发电优点,直流系统：磁流体发电产生的是直流电。送电容量和稳定性是扩大交流系统的巨大障碍。直流系统可以稳定地输送大功率的电力。而且，随着半导体技术的发展，高电压大电流的晶阐管也能制造出来，所以高电压直流输电可以很容易地实现。 其它方面：没有高速旋转的部件，噪音小，设备结构简单，体积和重量也大大减小。 再者，启动快。在几秒钟的时间内，磁流体发电就能达到满功率运行，这是
14、其他任何发电装置无法相比的。 因此，磁流体发电不仅可作为大功率民用电源，而且还可以作为高峰负荷电源和特殊电源使用，如作为风洞试验电源、激光武器的脉冲电源等。,磁流体发电的前景展望,磁流体发电不仅是一项新技术，在提高了发电效率的同时也满足了环保的要求，也是一项绿色技术。现在世界上有众多的火力发电站，如果都进行相关的改造，变成二级发电，那么将为人们提供巨大的“新”能源，对人类即将面临的能源危机有一定的缓解作用。 然而随着研究工作的进一步深入，发现磁流体发电系统中，还有一些关键技术问题并未很好解决，从整体技术上看距商业应用还有一段距离。磁流体发电的优越性又要在一定规模的机组上才能显示出来。试验研究周期长，耗资大，投资部门因见不到近期效益而开始退缩。 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。,该幻灯片到此结束,谢谢大家参与,