磁流體發(fā)電機

關于磁流體發(fā)電機第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五一、磁流體發(fā)電機的原理1、什么是磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電機，又叫等離子發(fā)電機，是根據(jù)霍爾效應，用導電流體，例如空氣或液體，與磁場相對運動而發(fā)電的一種設備。如右圖是一個磁流體發(fā)電機2、磁流體發(fā)電機的原理其實磁流體發(fā)電機的原理就是霍爾效應下面我們來講解一下霍爾效應

第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五霍耳效應厚度b,寬為a的導電薄片，沿x軸通有電流強度I，當在y軸方向加以勻強磁場B時，在導電薄片兩側產生一電位差，這一現(xiàn)象稱為霍耳效應RH---霍耳系數(shù)第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五q<0總結(1)q>0時，RH>0,(2)

q<0時，RH<0,++++++++++++++++++++++++第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五磁流體發(fā)電在導電流體中同樣會產生霍耳效應導電氣體發(fā)電通道電極磁流體發(fā)電原理圖使高溫等離子體（導電流體）以1000ms-1的高速進入發(fā)電通道（發(fā)電通道上下兩面有磁極），由于洛侖茲力作用，結果在發(fā)電通道兩側的電極上產生電勢差。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。第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五根據(jù)電磁感應原理，用導電流體（氣體或液體）與磁場相對運動而發(fā)電。如下圖所示是磁流體發(fā)電機，其原理是：等離子體噴入磁場，正、負離子在洛侖茲力作用下發(fā)生上下偏轉而聚集到A、B板上，產生電勢差，A、B板間產生電場，正、負離子同時受洛侖茲力和電場力。設A、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ρ，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五強度為B，板外電阻為R。不接R時，當?shù)入x子體上下不再偏轉勻速通過A、B板時，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢差最大，即為電源電動勢，此時離子受力平衡:E場q=BqvE場=Bv電動勢E＝E場L=BLv電源內電阻，接入R后，R中電流

第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五磁流體發(fā)電的另一個好處是產生的環(huán)境污染少。利用火力發(fā)電，燃燒燃料產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到空氣中，對環(huán)境造成污染。利用磁流體發(fā)電，只要加快帶電流體的噴射速度，增加磁場強度，就能提高發(fā)電機的功率。人們使用高能量的燃料，再配上快速啟動裝置，就可以使發(fā)電機功率達到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。磁流體發(fā)電機產生電動勢，輸出電功率的原理如下圖。

第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五二、磁流體發(fā)電機的結構磁流體發(fā)電機由燃燒室、發(fā)電通道和磁體等部分組成。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五1.燃燒室磁流體發(fā)電機的燃燒室,實質上是一種等離子體發(fā)生器,這種等離子體電導率的高低和均勻度直接影響發(fā)電機的性能,因此它是個十分重要的部件.在燃煤的磁流體發(fā)電系統(tǒng)中,煤的燃燒和灰渣引起一系列問題。下圖是一些等離子發(fā)生器實體：第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五2發(fā)電通道和磁體

磁體——把物體能夠吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質叫做磁性，具有磁性的物體叫磁體。磁體是一種很神奇的物質。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。第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五三、磁流體發(fā)電機的特點1.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%就已經達到了極限。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，驅動另一臺汽輪發(fā)電機形成組合發(fā)電裝置，這種組合發(fā)電的效率可以達到50%。如果解決好一些技術上的問題，發(fā)電效率還有望進一步提高到60%以上。2.環(huán)境污染少

利用火力發(fā)電，燃燒燃料產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到空氣中對環(huán)境造成污染。第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五3.磁流體發(fā)電分類和特點

磁流體(又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液)，是由強磁性粒子、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)時無磁性吸引力，當外加磁場作用時，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，其定義為當帶有磁流體的等離子體橫切穿過磁場時，按電磁感應定律，由磁力線切割產生電；在磁流體流經的通道上安裝電極和外部負荷連接時，則可發(fā)電。

為了使磁流體具有足夠的電導率，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，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加熱后再穿過磁場的叫閉環(huán)磁流體發(fā)電。第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五燃煤磁流體發(fā)電技術--亦稱為等離子體發(fā)電，就是磁流體發(fā)電的典型應用，燃燒煤而得到的2.6×106℃以上的高溫等離子氣體并以高速流過強磁場時，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，經直流逆變?yōu)榻涣魉腿虢涣麟娋W。

磁流體發(fā)電本身的效率僅20%左右，但由于其排煙溫度很高，從磁流體排出的氣體可送往一般鍋爐繼續(xù)燃燒成蒸汽，驅動汽輪機發(fā)電，組成高效的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，總的熱效率可達50%～60%，是目前正在開發(fā)中的高效發(fā)電技術中最高的。同樣，它可有效地脫硫，有效地控制NOx的產生，也是一種低污染的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術。

第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五四、磁流體發(fā)電機的應用及前景1、流體發(fā)電的現(xiàn)狀

磁流體發(fā)電是一種將熱能直接轉換成電能的新型發(fā)電方式，具有轉換效率高，污染少等特點，受到世界各主要國家的重視，并紛紛開展了研究。1959年美國阿夫柯—埃弗雷特研究實驗室對磁流體發(fā)電的原理性試驗首次獲得成功，為現(xiàn)代磁流體發(fā)電技術的發(fā)展奠定了基礎。從此以后，這項新技術很快發(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。中國也是長期堅持這項研究的國家之一。

磁流體發(fā)電機中的帶電流體，它們是通過加熱燃料、惰性氣體、堿金屬蒸氣而得到的。在幾千攝氏度的高溫下，這些物質中的原子和電子的運動都很劇烈，有些電子甚至可以脫離原子核的束縛，結果，這些物質變成自由電子、失去電子的離子以及原子核的混合物，這就是等離子體。第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五磁流體發(fā)電機將等離子體以超音速的速度噴射到一個加有強磁場的管道里面，等離子體中帶有正、負電荷的高速粒子，在磁場中受到洛倫茲力的作用，分別向兩極偏移，于是在兩極之間產生電壓，用導線將電壓接入電路中就可以使用了。磁流體發(fā)電機的另一個好處是產生的環(huán)境污染少。利用火力發(fā)電，燃燒燃料產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重要原因。利用磁流體發(fā)電機發(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。利用磁流體發(fā)電機發(fā)電，只要加快帶電流體的噴射速度，增加磁場強度，就能提高發(fā)電機的功率。人們使用高能量的燃料，再配上快速啟動裝置，就可以使發(fā)電機功率達到1000萬kW，這就滿足了一些需要大功率電力的場合。第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五目前，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)電機產生電動勢，輸出電功率的原理如上圖。1959年，美國阿夫柯公司建造了第一臺磁流體發(fā)電機，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U－25B在1978年8月進行了第四次試驗，氣體-等離子體流量為2～4kg/s，溫度為2950K，磁場為5T，輸出功率1300kW，共運行了50小時。目前許多國家正在研制百萬千瓦的利用超導磁體的磁流體發(fā)電機?，F(xiàn)在磁流體發(fā)電機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)電機不能長時間運行。第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五2.對磁流體發(fā)電的前景展望

近幾年來，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濟形勢有密切關系。日本從80年代開始，用電量較大的新材料和鋼鐵產量都下滑，對電力需求的增長減緩，而且它是一個絕大部分能源都靠進口的國家，把發(fā)電的重點放在發(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磁體制造困難，實際上當時他們政治上處于轉軌階段，經濟上很困難。不僅U-500電站，許多暫時得不到經濟效益的科研項目都停了；美國用磁流體發(fā)電改造舊電站的計劃未獲批準，很大程度上也與當時美國的經濟不景氣有關。磁流體發(fā)電中存在的第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五一些問題，經過幾十年的努力，有的已經解決有的也有可能獲得解決?？茖W技術的發(fā)展與其它任何事物一樣，有時快些，有時慢些，是很自然的，同時實踐證明，單項科學技術發(fā)展的快慢并不是孤立的，與整體科學技術的發(fā)展水平有關。從某個領域來看，認為一時解決不了的問題，利用其它領域的成果就有可能很容易得到解決。如隨著噴氣發(fā)動機的出現(xiàn)，螺旋槳飛機遇到的“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30年代及以前，就有人進行過磁流體發(fā)電試驗，但并未成功，直到50年代，隨著噴氣技術的發(fā)展，對高溫氣體的性質有了較好的了解，特別是1958年在高溫燃氣中添加低游離電位的物質以提高電導率的實驗結果第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期五發(fā)表后，磁流體發(fā)電試驗才獲得了成功。超導磁體是磁流體發(fā)電系統(tǒng)中制造難度較大，造價較貴的一個主要部件。目前高溫超導材料的研制進展很快，如果磁流體發(fā)電能使用高溫超導磁體，不僅磁體的制造工藝和冷卻系統(tǒng)會大大簡化，制造成本下降，運行費用也會相應降低。另外，從70年代開始，就先后有人提出所謂熱化學再生磁流體發(fā)電的設想，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不如IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）中那樣嚴格，因燃氣中加入的電離種子能起到脫硫的作用。如果這種方案研制成功，不僅能解決燃燒室的排渣和發(fā)電通道內材料的腐蝕磨損及渣層積化帶來的問題，對不含煤渣電離種子的回收再生也容易解決得多?？傊S著科學