基本介紹
- 中文名：磁流體發電機
- 又名：等離子發電機
- 原理：霍爾效應，
- 缺點：發電效率低
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磁流體發電
磁流體發電技術是一種新型的高效發電方式，由於無需經過機械轉換環節，所以也稱之為直接發電，燃料利用效率顯著提高，用燃料（石油、天然氣、燃煤、核能）直接加熱成易於電離的氣體，使之在2000℃高溫下電離成導電的離子流，然後讓其在磁場中高速流動切割磁力線，產生感應電動勢即由熱能直接轉換成電能，這種技術也稱為電漿發電。
為了磁流體的離子化橫切穿過磁場時，按電磁感應定律，電漿的正負粒子在磁場作用下分離，而聚集在與磁力線平等的兩個面上，由於電荷的聚集從而產生電。 本技術難點在於需要鉀、銫等微量鹼金屬的惰性氣體如氦、氬等作為工質，所以氣體大規模且可接受成本的氣體合成技術為一難關；另一方面，磁流體高溫陶瓷通道需長期在2000-3000K溫度工作，而電極在高溫惰性氣體下工作也容易腐蝕，因而材料加工術為另一大難關。
發電技術
燃煤磁流體發電技術--亦稱為電漿發電，就是磁流體發電的典型套用，燃燒煤而得到的2.6×106℃以上的高溫等離子氣體並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，發出直流電，經直流逆變為交流送入交流電網。
磁流體發電本身的效率僅20%左右，但由於其排煙溫度很高，從磁流體排出的氣體可送往一般鍋爐繼續燃燒成蒸汽，驅動汽輪機發電，組成高效的聯合循環發電，總的熱效率可達50%～60%，是目前正在開發中的高效發電技術中最高的。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合循環發電技術。
發電流程
在磁流體發電技術中，高溫陶瓷不僅關係到在2000～3000K磁流體溫度能否正常工作，且涉及通道的壽命，亦即燃煤磁流體發電系統能否正常工作的關鍵，目前高溫陶瓷的耐受溫度最高已可達到3090K。
磁流體發電比一般的火力發電效率高得多，但在相當長一段時間內它的研製進展不快，其原因在於伴隨它的優點而產生了一大堆技術難題。磁流體發電機中，運行的是溫度在三、四千度的導電流體，它們是高溫下電離的氣體。為進行有效的電力生產，電離了的氣體導電性能還不夠，因此，還要在其中加入鉀、銫等金屬離子。但是，當這種含有金屬離子的氣流，高速通過強磁場中的發電通道，達到電極時，電極也隨之遭到腐蝕。電極的迅速腐蝕是磁流體發電機面臨的最大難題。另外，磁流體發電機需要一個強大的磁場，人們都認為，真正用於生產規模的發電機必須使用超導磁體來產生高強度的磁場，這當然也帶來技術和設備上的難題。最近幾年，科學家在導電流體的選用上有了新的進展，發明了用低熔點的金屬（如鈉、鉀等）作導電流體，在液態金屬中加進易揮發的流體（如甲苯、乙烷等）來推動液態金屬的流動，巧妙地避開了工程技術上一些難題，製造電極的材料和燃料的研製方面也有了新進展。但想一下子省錢省力地解決磁流體發電中技術、材料等方面的所有難題是不現實的。隨著新的導電流體的套用，技術難題逐步解決，磁流體發電的前景還是樂觀的。在美國，磁流體發電機的容量已超過32000千瓦；日本、德國、波蘭等許多國家都在研製碘流體發電機。我國也已研製出幾台不同形式的磁流體發電機。
磁流體發電的原理
基本原理
根據電磁感應原理，用導電流體（氣體或液體）與磁場相對運動而發電。
導電流體在通道中橫越磁場B流過時，由於電磁感應而在垂直於磁場和流速的方向上感生出一個電場E，如把導電流體與外負載相接，導電流體中的能量就可直接轉換成電能，向外輸出（圖1）。這樣能省去普通發電機組中某些能量轉換的中間過程，因此這種發電又稱磁流體直接發電，在這種發電裝置中主要部件是發電通道、電極和磁場。
圖1 磁流體發電裝置示意圖
裝置類型 按照電流由導電流體中引出的方式，發 電裝置可分為傳導式和感應式兩種。在傳導式發電器中，電流是通過發電通道兩側的電極引出的；在感應式發電器中，沒有電極，電流直接由磁場繞組輸出。按照輸出 電流的類別，發電裝置可分為交流和直流兩種。根據工作介質在裝置中是一次使用還是在系統中循環使用,發電裝置可分為開式和閉式兩種。根據發電通道幾何形狀的不同，發電裝置可分為直線型、渦旋型和徑向外流型等幾種。下面介紹兩種裝置：
①開式循環直線型磁流體發電裝置這種發電裝置中的工作介質是溫度2500~3500開的高溫電離氣體，即電漿。在連續電極的直線型發電裝置中（圖2a),如果平均電子碰撞頻率比電子在磁場中的迴旋頻率大得多，則當電漿橫越磁場時，就感生出一個同磁場和流速相垂直的電場，但當電漿密度較低，電子在磁場中的迴旋頻率相當於或甚至大於平均電子碰撞頻率時，電子在磁場中就沿曲線運動。這一現象稱為霍耳效應，由此產生的垂直於電場的電流稱為霍耳電流。電子迴旋頻率ω與平均電子碰撞頻率1/t之比ωt稱為霍耳係數，它表征霍耳效應的大小，在物理意義上相當於存在磁場時一個電子在兩次碰撞間轉過的弧度，也相當於沿電漿流動方向的霍耳電流與平行於電場方向的電流之比。在連續電極發電裝置中，由於出現霍耳電流（損耗電流），平行於電場的電流要降低為原值的。為了減小霍耳電流，通常採用分段電極（圖2b），也可直接利用霍耳電流來代替平行於電場的電流，從而成為霍耳發電裝置（圖2c）。近年來又在此基礎上發展出斜框式通道的發電裝置。使用開式循環磁流體發電裝置可減少環境污染，特別對含硫較高的礦物燃料，由於在燃燒室中“種子” 碳酸鉀幾乎完全離解，在發電裝置的通道下游，通過化學反應複合成硫酸鉀，從而顯著降低二氧化硫的排放量。
基本信息
磁流體發電，是將帶電的流體(離子氣體或液體)以極高的速度噴射到磁場中去，利用磁場對帶電的流體產生的作用，從而發出電來。
最簡單的開式磁流體發電機由燃燒室、發電通道和磁體組成。工作過程是在化石燃料燃燒後產生的高溫氣體中，加入易電離的鉀鹽或鈉鹽，使其部分電離後，經噴管加速產生高達攝氏3000度、速度達到1000米/秒的高溫高速導電氣體，最後產生電流。
原理
磁流體發電的另一個好處是產生的環境污染少。利用火力發電，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，並被回收利用，這就避免了直接把硫排放到空氣中，對環境造成污染。
利用磁流體發電，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，都積極致力於這方面的研究。
1959年，美國阿夫柯公司建造了第一台磁流體發電機，功率為115kW。此後各國均有研究製造，美蘇聯合研製的磁流體發電機U－25B在1978年8月進行了第四次試驗，氣體-電漿流量為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製百萬千瓦的利用超導磁體的磁流體發電機。
