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磁流體發(fā)電

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  • 發(fā)布時(shí)間:2016/2/21 15:26:56
  • 作者:ly_yinhe
定義
磁流體發(fā)電就是導電流體(氣、液體)以一定的速度垂直通過(guò)磁場(chǎng),從而感應電動(dòng)勢產(chǎn)生電功率,把內能直接轉換成電能的一種發(fā)電方式。
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磁流體發(fā)電簡(jiǎn)介

  磁流體發(fā)電是通過(guò)流動(dòng)的導電流體與磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電能。磁流體發(fā)電技術(shù)就是用燃料(石油、天然氣、燃煤、核能等)直接加熱成易于電離的氣體,使之在2000℃的高溫下電離成導電的離子流,然后讓其在磁場(chǎng)中高速流動(dòng)時(shí),切割磁力線(xiàn),產(chǎn)生感應電動(dòng)勢,即由熱能直接轉換成電流,由于無(wú)需經(jīng)過(guò)機械轉換環(huán)節,所以稱(chēng)之為"直接發(fā)電",其燃料利用率得到顯著(zhù)提高,這種技術(shù)也稱(chēng)為"等離子體發(fā)電技術(shù)"。

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磁流體發(fā)電原理

磁流體發(fā)電原理示意圖

圖示:磁流體發(fā)電原理示意圖

  磁流體發(fā)電是將熱能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電方式,與普通發(fā)電相比,減少了轉換成機械能這一階段,但其工作原理與普通發(fā)電是基本相同的,都是利用電磁感應現象獲得電能。

  100多年前法拉第發(fā)現了電磁感應現象:導體在磁場(chǎng)中做橫向切割磁力線(xiàn)的運動(dòng)時(shí),沿著(zhù)導體并與磁場(chǎng)相垂直的方向會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢。只要存在自由電子的物質(zhì),不論以哪種形態(tài),只要在磁場(chǎng)中運動(dòng)時(shí)存在電磁感應現象的都是我們所說(shuō)的導體。目前所用的各種發(fā)電機都是利用導電的金屬固體在磁場(chǎng)中高速運動(dòng)而產(chǎn)生感應電動(dòng)勢的,磁流體發(fā)電則是利用高溫導電流體高速通過(guò)磁場(chǎng),在電磁感應的作用下,將熱能轉換成電能。磁流體發(fā)電中所用的導電流體可以是導電的氣體,也可以是液態(tài)金屬。導電流體的高溫可以從礦物性燃料燃燒時(shí)的化學(xué)能或核燃料在核反應堆中的核能轉換而來(lái)。

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磁流體發(fā)電特點(diǎn)

01效率高

  磁流體發(fā)電機本身的熱效率不很高,只能達到20~30%左右,但是因為其排氣溫度很高,達2000K左右,其所含的熱量還可以充分利用。如果組成磁流體-蒸汽聯(lián)合循環(huán),就可使一次燃燒所產(chǎn)生的熱量被兩次利用。通常認為聯(lián)合循環(huán)的總效率可達50%。

02沒(méi)有轉動(dòng)部分

  磁流體發(fā)電機沒(méi)有高速旋轉部件,它本身是一個(gè)結構簡(jiǎn)單的靜止機械。由于供高溫導電氣體流過(guò)的發(fā)電通道是靜止的,完全可以采用冷卻結構,使部件的工作溫度比氣體低很多。從而發(fā)電通道仍可用現有的材料制造。

03機組容量越大越好

  磁流體發(fā)電過(guò)程是導電流體高速流過(guò)磁場(chǎng)時(shí)與磁場(chǎng)相互作用的過(guò)程。因此產(chǎn)生的電功率與流體的體積有關(guān)。另外磁流體發(fā)電機的熱損主要取決于發(fā)電通道的壁面積。當體積與表面積之比值增加使,即磁流體發(fā)電機組的容量增大時(shí)性能得到改善。

04起動(dòng)快

  由于磁流體發(fā)電是將熱能直接轉化成電能,所以起動(dòng)很快。理論上講,起動(dòng)時(shí)間基本上是由導電流體在所要求的速度下充滿(mǎn)發(fā)電通道所需的時(shí)間。實(shí)際起動(dòng)時(shí)間還受到熱源、材料和控制系統等的限制。目前磁流體發(fā)電機一般在幾秒內達到額定負荷,這是其它發(fā)電方式無(wú)法比擬的。

05環(huán)境污染少

  磁流體-蒸汽聯(lián)合循環(huán)時(shí)基本上不存在水的熱污染問(wèn)題。在磁流體發(fā)電中為了提高氣體的導電性能,通常在氣體中加入一些電離電位較低的鉀、銫等堿金屬化合物作為種子。它們極易與氣體中的硫結合生成硫化物。為提高運行的經(jīng)濟性,必須對種子進(jìn)行回收。因此回收種子的過(guò)程也具有自動(dòng)脫硫的作用。所以磁流體發(fā)電中即使使用含硫高的燃料其尾氣中也幾乎沒(méi)有氧化硫。另一方面,由于磁流體發(fā)電機中燃燒溫度比普通發(fā)電方式高很多,生成的氮氧化合物也多。這時(shí)必須對尾氣加以控制。

06結構簡(jiǎn)單,發(fā)電成本低

  磁流體發(fā)電機的主要組成部件是靜止的,因而結構簡(jiǎn)單,制造方便,相應的發(fā)電成本也比較低廉。

07涉及科學(xué)技術(shù)面很廣

  磁流體發(fā)電的原理是高溫高速的導電流體與強磁場(chǎng)的相互作用,因此它除以電磁流體力學(xué)為基礎外還涉及很多學(xué)科,如等離子體物理、燃燒理論、超導技術(shù)、低溫物理、熱物理、電工學(xué)等,這給磁流體發(fā)電的發(fā)展帶來(lái)了一定的不利,但對其他學(xué)科也起到了促進(jìn)作用。

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磁流體發(fā)電發(fā)展

  我國于本世紀60年代初期開(kāi)始研究磁流體發(fā)電,先后在北京、上海、南京等地建成了試驗基地。根據我國煤炭資源豐富的特點(diǎn),我國將重點(diǎn)研究燃煤磁流體發(fā)電,爭取在短時(shí)間內趕上世界先進(jìn)水平。作為一種高技術(shù),磁流體發(fā)電推動(dòng)著(zhù)工程電磁流體力學(xué)這門(mén)新興學(xué)科和高溫燃燒、氧化劑預熱、高溫材料、超導磁體、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用,并有著(zhù)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)驗成功開(kāi)始,就迅速得到了全世界的重視,許多國家都給予了持續穩定的支持。


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