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磁流体澳门新萄京官方网站技术及应用


1引亩我国目前采用的燃煤澳门新萄京官方网站方式要向大气排放大量S02和NOx黑烟,易循环造成更严重的二次环境污染。因此,发展洁净煤发电技术,减少污染物排放,提高燃煤发电效率是一项重要的战略任务。
2磁流体发电的定义、分类和恃点磁流体(又称磁性液体、铁嫌流体或磁液),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吸引力,当外加磁场作用时,才表现出有磁性。
磁流体澳门新萄京官方网站是一种新型的篼效发电方式,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。
为了使磁流体具有足够的电导率,需在篼温和高速下,加上钾、铯等碱金属和加人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篼电离度。前者直接利用燃烧气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。
磁流体澳门新萄京官方网站技术及应用
燃煤磁流体发电技术亦称为等离子体发电,就是磁流体澳门新萄京官方网站的典型应用,燃煤得到的2.6x 10:以上的高等离子气体并以篼速流过强磁场时,气体中的电子受磁力作用,沿着与磁力线垂直的各方流向电极,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,组成篼效的联合循环发电,总的热效率可达50 ~60%.是目前正在开发中的篼效发电技术中最篼的。同样,它可有效地脱硫,有效地控制NO的产生,也是一种低污染的煤气化联合循环发电技术。
3磁流体发电的开发过稚及其难点最早提出磁流体发电原理的是法拉弟,他曾设想利用海流通过地球磁场发电的构想。1940年美国西屋企业的卡尔罗比茨曾做了燃烧气通过磁场的试验,但未获成功。后于20世纪50年代受到宇航技术的启发,即当人造卫星返回地球所形成篼温圈内的尘埃具有磁流体的作用而对卫星的下落起控制作用,从而产生用篼温烟气中加钾等碱金属种晶以提篼磁流体电离度的思路,于1959年进行原理试验取得成功。
随着超导技术、等离子技术和高温陶瓷技术的开发和应用,使磁流体发电的实用化步伐逐步向前推进。目前尽管由在液氦温度下的超导材料制成的核聚变和加速器用电磁铁和超导发电机等尚处于开发试验阶段,但在医疗机械和半导体领域等应用已很普遍并形成一定规模,故一旦技术上突破,便可形成一定的规模。同时液氮温度下的超导材料已研制成功,一旦加工技术有所突破,将导致超导电磁铁装置的简化和造价大幅降低。等离子技术对磁流体发电的关系亦很大,降低工作温度对减少散热损失和提离通道寿命具重大作用。等离子的应用技术已十分广泛,如萤光灯、等离子焊接、等离子加热和等离子熔炼金属等,但不同的是上述应用均为将电能转换为等离子体的能量,而磁流体发电则是将等离子体的能量转换为电能。
篼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能达到3090K. 4磁流体发电的类型和备主要国家研究开发现状4.1环磁流体发电进展较快的为原苏联。它以科学院篼温研究所为中心,按照长期研究开发计划工作。首先在20世纪70年代利用该所的U-02,U-25机组(出力各为2MW和25MW),用天然气进行了多次试验,已达到累计运行250小时的经验。苏联解体后俄罗斯经过认真比较后认为这种形式不如燃气、蒸气联合循环经济,今后的发展重点是燃煤磁流体发电机组。为此,先在Y-25M(MHD10MW,蒸气发电15MW)机组上以烧天然气做燃煤条件试验。并于1993年建Y-25G做燃煤发电试验,重点做大型盘式磁流体发电试验和理论研究。
美国的磁流体澳门新萄京官方网站试验研究工作在50年代末至60年代时处于世界领先地位。第一次石油危机后始由能源部在蒙大那州建成CDIF装置,集中研究燃煤开环磁流体发电试验,取得了诸多单项成果。如阿芙科研究所的磁流体发电机电极寿命已超过1300小时,预计可达数千小时;TRW企业的高负荷煤燃烧器的开发成果;CDIF装置进行燃煤模拟试验时证明,通过变流器可直接向现电网供电等。到1993年已将上下两部合在一起完成有关50MW的工程试验,下一步计划在蒙大那州建工业示范电站,总功率76MW,投资4.6亿美金。
日本的磁流体发电试验始于20世纪60年代,东芝企业的磁流体发电输出功率达100kW后,被工业技术院列入大型试验研究计划;1976年石油危机后转向燃煤磁流体发电试验,重点研究烧油煤浆的磁流体发电试验。但在试验中发现煤在3000K高温下生成的炉渣对通道的寿命影响很大,于是从1988年起又改列入月光计划中的先行技术基础项目,重点进行单项技术研究,工业性开发试验工程停止。
此外,波兰、南斯拉夫、罗马尼亚、芬兰和印度等,在原苏联的协助下亦进行了试验研究。波兰的煤燃烧器开发和印度的水煤气磁流体发电均取得一定成果。澳大利亚等国亦在进行基础研究。
4.2闭环磁流体澳门新萄京官方网站和开环式的工质最后排入大气不同,闭环磁流体发电的工质(稀有气体和液体金)则进行闭循环使用,使用稀有气体的叫非平衡磁流体发电;使用液体金属的叫液体金属磁流体发电。美国洁尔贝特企业研究用磁流体发电做前级,对现有125MW火电厂改造后,电厂的功率可达190MW,效率达38%,比原来提高3-5%.但由于高温换热器和氦压缩机昂贵,致使单位投资和成本较高,故其实用化发展研究落后于开环系统。各国又转人了单项研究,并取得了一定成果。
液体金属磁流体发电方面,通过合理选择工质可用于450~1600K的温度范围和利用各种能源发电。液体金属的导电率为一般燃烧气和稀有气体的1万倍以上,从而可使发电装置轻型化和占地减少,并有可能采用交流发电以便于输入现有电网,现考虑同时采用气体和液体两种工质,由气体担任热力学任务,液体金属担任电工学任务,以充分提篼综合发电效率。
我国早从20世纪60年代即开展开环磁流体澳门新萄京官方网站研究,并逐步形成中科院电工所、南京工学院和上海电机成套所的联合研究群体,已取得部分单项成果,自列人“863高科技”计划以来进展不错。
5小结燃煤开环磁流体发电,目前已有示范工程,预计在2010内可局部商业化,其将对节能和减少C02排放实现电力行业的绿色生产做出重大贡献。
非平衡电离式闭环磁流体发电,由于工作温度较低,又适合于100~300MW中型机组和配合发展以煤为燃料的燃气发电行业具有巨大的潜力。液体金属式闭环磁流体发电,从工作温度范围和能源种类的适应性大及高导电率可适用于小型发电装置看,发展前途广阔,但各国尚在基础研究阶段。
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