论磁流体发电技术与展望

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1、论磁流体发电技术与展望　　摘要：文章首先介绍等离子体的基本概念及其电磁性质，然后介绍磁流体发电的原理、特点、分类及国内外相关的研究情况，最后对磁流体发电技术面临的困难做出总结以及对磁流体发电应用前景进行展望。　　关键词：磁流体发电；等离子体；汽车尾气　　1等离子体概念及其电磁性质　　随着温度升高，一般物质依次表现为固液气态，物质分子排列的有序程度逐次降低。当气体的温度再进一步升高，其中大量的分子或原子将由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，这时物质进入新的一种状态，这种由大量电子和离子以及不带电的中性粒子所组成，在整体表现出电中性的电离气体称为等离子体。普通气体与它的区别主要在电磁

2、性质上。在普通气体中，粒子主要进行的是热运动，而等离子体除此之外还能产生等离子体振荡，特别是有外加磁场时，等离子体因有大量的电子而成为良导体。但普通?馓迨蔷?缘体，它对电磁场几乎没什么反应。　　2磁流体发电原理、分类及特点　　磁流体发电技术是一种高效且新型的发电技术，其原理就是让等离子体高速流过磁场切割磁感线产生电流。磁流体发电相比其他发电技术有很明显的优势，从能量转换角度来看，磁流体发电的能量转换经过了燃料化学能、烟气热能、电能三个阶段。由此可见，磁流体发电中间转换过程少，能量损失少，能够有效提高发电效率。　　磁流体发电的分类：　　就循环类型来看，磁流体发电可分为开环、闭环磁流体发

3、电。开环磁流体发电是让工质在燃烧室中产生高温等离子体，通过喷嘴对其加速后释放，切割磁力线而发电。闭环磁流体发电是把液态金属作为工质或以惰性气体为工质并在其中加入铯等金属为种子，再用换热器对其加热后穿过磁场而发电。　　磁流体发电主要特点：　　（1）效率比较高　　磁流体发电本身效率虽不高，但释放的排烟温度很高，可以送往锅炉燃烧形成水蒸气驱动汽轮机旋转，以组成联合循环发电系统，其热效率可达50%-60%，明显高于火电厂的效率，大幅度提高能源利用率。　　（2）环境污染较小　　普通火电厂对环境的污染，除了排烟中的氮氧化合物造成大气污染，还有大量的冷却水排出，使河水温度上升，造成热污染。而磁流体

4、发电技术本身要求需加入钾盐作为种子，钾与硫又易于结合，能形成硫酸钾，起到脱硫的作用，降低对空气的污染。　　（3）启停速度快　　磁流体发电以等离子体代替了一般发电设备的转子，以磁体代替了定子，省去了机械旋转部件。它启停迅速，从点火到满负荷运行，只需几十秒。　　3国内外磁流体发电的研究情况　　前苏联是世界上对磁流体发电研究投入最多的国家，烧天然气的半工业性试验电站U-25于1971年建成，能发出的最高发电功率为20.4兆瓦。苏联解体后，在Y-500基础上俄罗斯建成Y-25G磁流体发电装置，主要用于研究燃煤发电试验。　　最早进行磁流体发电技术研究的是美国，在20世纪60年代主要发展军用短时

5、间发电，并研制成功工作时间能够持续约1min、功率可达18、32MW的机组，证实了大功率发电可行性。随着环境污染日益严重以及能源紧缺，磁流体发电凭借其转换效率高、环境污染低，成为美国确定的主要研究方向，重点发展以煤为燃料的商用磁流体发电。　　20世纪60年代日本开始对磁流体发电试验的研究，东芝公司研制成功功率达100kW、烧煤油的磁流体发电装置。石油危机后开始转向燃煤磁流体发电的试验，把烧油煤浆的磁流体发电试验作为主要研究对象。　　于1962年，我国开始了对磁流体发电的研究，主要进行的是关于燃油磁流体发电的研究。考虑到煤作为我国主要能源，于1982年转向对燃煤磁流体发电的研究。整个工

6、作由高温燃煤燃烧室、余热锅炉、磁流体发电通道、超导磁体、逆变系统、电离种子回收、已有电站磁流体发电改造的概念设计八个方面构成。　　4磁流体发电的应用前景及所面临的问题　　随着我国汽车工业的高速发展，汽车已进入寻常百姓家，在它给人们生活带来便利的同时，却对能源与环境提出了挑战。汽车尾气的排放已成为我国空气污染不断恶化的主要原因，有效治理汽车尾气污染便成为突破口。将磁流体发电技术应用在汽车尾气上，不仅能有效地提高燃料的利用率，直接将热能转化为电能，还能有效地减少氮氧化合物的形成，减少对环境的污染。要想实现磁流体发电必须满足较高的电导率导电流体、流体流速、磁感应强度三个条件。已有相关研究表

7、明以汽车尾气为等离子体源，通过在高温气体中加入少量电离电位较低的物质如碱金属盐类，可实现在较低温度下气体获得一定的电导率，再利用加速设备几何喷管和具有较高电磁强度物质，结合设计合适的等离子发电通道、磁体和电极，通过数值模拟和相关仿真证明利用尾气进行磁流体发电具有可行性。能够实现满足汽车用电需要和小容量用电器的电量，但要将理论研究真正推广到生产利用，还应进行大量的后续工作如解决汽车行驶过程中，速度变化大，尾气排放量变化大，输出电压不稳定等问题，但这对于今后的