磁流体发电

磁流体发电

【摘要】本文根据高温高速燃料气流通过磁场，气体由于高温电离变成等离子导电流体，切割磁力线而产生感应电势，使热能就直接转变成电能的原理。研究开发燃煤磁流体发电技术及其设备，又对如何大幅度提高热能转换效率；提高煤炭资源利用率；燃用我国丰富的中等热值煤和高硫煤；减少燃煤发电带来的煤炭运输和污染等问题进行了研究。最后，对此领域研究工作的工程意义及今后的研究展望进行的阐述。

【关键词】磁流体发电高新技术环境保护原理应用循环系统magnetohydrodynamic generation

【abstract】

Thistextresearchanddevelopcoal-firedmagneticfluidgenerateelectricitytechnologyhow aboutraisestheconversionefficiencyofheatenergybyalargemargin;Improvethecoalresour ceutilizationratio;Useabundantmedium-sizedcalorificvaluecoalinourcountryandhighsu lphurcoal;Questionofreducingandgeneratingelectricitywithcoalthecoalbroughtandtrans portingandpollutingetc

【keywords】magnetichydrodynamicgenerationNewandhightechnologyEnvironmentalprotectionPri ncipleApplication

定义

磁流体发电是一种新型的高效发电方式，其定义为当带有

等离子状态，是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状态存在。

磁流体的等离子体横切穿过磁场时，按电磁感应定律，等离子体的正负粒子在磁场的作用下分离，而聚集在与磁力线平等的两个面上，由于电荷的聚集，从而产生电势。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。

基本原理

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。

磁流体发电按工质的循环方式分为开式循环系统、闭式循环系统和液态金属循环系统。最简单的开式磁流发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是：在燃料燃烧后产生的高温燃气中，加入易电离的钾盐或钠盐，使其部分电离，经喷管加速，产生温度达3000℃、速度达1000米/秒的高温高速导电气体（部分等离子体），导电气体穿越置于强磁场中的发电通道，作切割磁力线的运动，感生出电流。磁流体发电机没有运动部件，结构紧凑，起动迅速，环境污染小，有很多优点。特别是它的排气温度高达2000℃，可通入锅炉产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电。这种磁流体－蒸汽动力联合循环电站，一次燃烧两级发电，比现有火力发电站的热效率高10－20%，节省燃料30%，是火力发电技术改造的重要方向。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。许多先进国家都把它列为国家重点科研项目，有的建立国际间协作关系，以期早日突破。

从发电的机理上看，磁流体发电与普通发电一样，都是根据法拉第电磁感应定律获得电能。所不同的是，磁流体发电是以高温的导电流体（在工程技术上常用等离子体）高速通过磁场，以导电的流体切割磁感线产生电动势。这时，导电的流体起到了金属导线的作用。

磁流体发电中所采用的导电流体一般是导电的气体，也可以是液态金属。我们知道，常温下的气体是绝缘体，只有在很高的温度下，例如6000K以上，才能电离，才有较大的导电率。而磁流体发电一般是采用煤、石油或天然气作燃料，燃料在空气中燃烧时，即使把空气预热到1400K，也只能使空气达到3000K的温度，这时气体的导电率还不能达到所需的值，而且即使再提高温度，导电率也提高不了多少，却给工程带来很大困难。那么如何使气体在较低的温度下就能导电，并有较高的导电率。实际中采用的办法是在高温燃烧的气体中添加一定比例的、容易电离的低电离电位的物质，如钾、铯等碱金属化合物。这种碱金属化合物被称为“种子”。在气体中加入这种低电离电位物质的量一般以气体重量的1%为佳。这样气体温度在3000K左右时，就能达到所要求的导电率。当这种气体以约1000m/S的速度通过磁场时，就可以实现具有工业应用价值的磁流体发电。

循环系统

磁流体发电按工质的循环方式分为开式循环系统、闭式循环系统和液态金属循环系统。最简单的开式磁流发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是：在燃料燃烧后产生的高温燃气中，加入易电离的钾盐或钠盐，使其部分电离，经喷管加速，产生温度达3000℃、速度达1000米／秒的高温高速导电气体（部分等离子体），导电气体穿越置于强磁场中的发电通道，作切割磁力线的运动，感生出电流。

环境保护

为什么叫"磁流体"呢？这要追溯到160年前，1831年，英国著名物理学家法拉第发现的电磁感应现象，人们就是根据这一现象，利用导电固体（金属）在磁场里高速运动产生的电动势，制成了发电机，这就是常规的发电方式。如果通过磁场的导体是气体或液体（叫导电流体），利用这种导电流体和磁场相互作用而发电，就叫"磁流体发电"了。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。那么，高温、高速流动的气体通过磁场时，为什么会产生电流呢？原来，这些气体在高温下发生电离，出现了一些自由电子，就使它变成了能够导电的高温等离子气体。根据法拉第的电磁感应定律，当高温等离子气体以高速流过一个强磁场时，就切割了磁力线，于是就产生了感应电流。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NO x的产生，也是一种低污染的煤气化联合循环发电技术。在磁流体发电技术中，高温陶瓷不仅关系到在2000～3000K磁流体温度能否正常工作，且涉及通道的寿命，亦即燃煤磁流体发电系统能否正常工作的关键，目前高温陶瓷的耐受温度最高已可达到3090K。第3.2节磁流体发电基本原理及实现3.2.1、磁流体发电的原理根据电磁感应原理，用导电流体（气体或液体）与磁场相对运动而发电。磁流体发电按工质的循环方式分为开式循环系统、闭式循环系统和液态金属循环系统。最简单的开式磁流发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是：在燃料燃烧后产生的高温燃气中，加入易电离的钾盐或钠盐，使其部分电离，经喷管加速，产生温度达3000℃、速度达1000米／秒的高温高速导电气体（部分等离子体），导电气体穿越置于强磁场中的发电通道，作切割磁力线的运动，感生出电流。磁流体发电机没有运动部件，结构紧凑，起动迅速，环境污染小，有很多优点。特别是它的排气温度高达2000℃，可通入锅炉产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电。这种磁流体－蒸汽动力联合循环电站，一次燃烧两级发电，比现有火力发电站的热效率高10－20，节省燃料30，是火力发电技术改造的重要方向。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。许多先进国家都把它列为国家重点科研项目，有的建立国际间协作关系，以期早日突破。从发电的机理上看，磁流体发电与普通发电一样，都是根据法拉第电磁感应定律获得电能。所不同的是，磁流体发电是以高温的导电流体（在工程技术上常用等离子体）高速通过磁场，以导电的流体切割磁感线产生电动势。这时，导电的流体起到了金属导线的作用。磁流体发电中所采用的导电流体一般是导电的气体，也可以是液态金属。我们知道，常温下的气体是绝缘体，只有在很高的温度下，例如6000K以上，才能电离，才有较大的导电率。而磁流体发电一般是采用煤、石油或天然气作燃料，燃料在空气中燃烧时，即使把空气预热到1400K，也只能使空气达到3000K的温度，这时气体的导电率还不能达到所需的值，而且即使再提高温度，导电率也提高不了多少，却给工程带来很大困难。那么如何使气体在较低的温度下就能