磁流体发电(1).ppt

磁流体发电应用及其发展,主讲人王吉萍材料化学07-1班2010年10月11日,2020/9/27,2,目录,1.概述1.1磁流体发电的兴起1.2磁流体发电的定义及工作原理1.3几种不同发电方式比较2.磁流体发电机3.发展前景,2020/9/27,3,1.1磁流体发电的兴起,磁流体发电的研究始于20世纪50年代末，被认为是最现实可行、最有竞争力的直接发电方式。它涉及到磁流体动力学、等离子物理、高温技术及材料、低温超导技术和热物理等领域，是一项大型工程性课题。许多先进国家都把它列为国家重点科研项目，有的建立国际间协作关系，以期早日突破。1831年法拉弟发现电磁感应原理后，相继出现了三大发明励磁电机、电灯、电话，从而引起电力技术革命。1882年世界第一座较正规的发电厂建成，容量671．5kW，到1996年末全世界电力装机容量2．773TW，发电量达11601TWh；我国1882年在上海建成第一个12kW发电厂，到1998年装机容量277GW，发电量1167TWh。一个世纪以来，电力得到如此迅速的发展，是由于它在使用上的高效、清洁和方便，电不但给家庭带来光明、舒适，更是一个国家现代化、工业化的标志之一。,2020/9/27,4,1959年，美国的阿夫柯1号磁流体发电机发出11.4kＷ的电力，点亮了228盏50Ｗ的灯泡，运行了10S，世界上第一台能够发出实际有用电功率的磁流体发电机宣告研制成功。1966年，美国空军研制成功一台实际输出电功率18MＷ的磁流体发电机，每天大约运行3次，每次1miN。这是世界上第一台作实际应用的磁流体发电机。1977年美国建成300MＷ磁流体发电示范站。20世纪90年代，独联体建造了一个燃烧天然气的磁流体－蒸汽联合电站，总输出功率582MＷ。该电站采用超导磁体，磁感应强度为6T。,2020/9/27,5,1.2磁流体发电的定义及工作原理,定义磁流体发电就是导电流体气、液体以一定的速度垂直通过磁场，从而感应电动势产生电功率，把内能直接转换成电能的一种发电方式。工作原理目前开发的方案是将等离子体喷入磁场，在洛伦磁力的作用下，带正负电荷的粒子分别反向运动，各自聚集到电极上，将电极外接负载（用电器），就能输出电能。,2020/9/27,6,1.3几种不同发电方式比较,一、风力发电wingd-forceelectricpowergeneration原理利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。即把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能。优点1、清洁，环境效益好。2、可再生，永不枯竭。3、基建周期短。4、装机规模灵活。缺点1、噪声，视觉污染。2、占用大片土地。3、不稳定，不可控。4、目前成本仍然很高。,2020/9/27,7,二、水力发电（Hydro-ElectricPower）原理利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再藉水轮机为原动力，推动发电机产生电能。优点水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。水力发电效率高，发电成本低，机组启动快，调节容易。缺点工程投资大、建设周期长，利用自然水源，受自然条件的影响较大。,2020/9/27,8,三、核能发电（nuclearelectricpowergeneration）核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料核燃料进行裂变反应所释放的裂变能。即利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。核能发电无空气污染，所需化石燃料少但投资成本大，风险高，易引起政治纠纷。四、太阳能发电solarenergyelectricity特点①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关,2020/9/27,9,五、磁流体发电（magnet0hydrodynamicgengratio优点利用磁流体发电机发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1000万kW，这就满足了一些需要大功率电力的场合。节约燃料1/4-1/5，甚至更多，这是个巨大的数字，具有重要的经济意义。污染少也是与普通火力发电比较而言。磁流体发电有“种子”回收装置，起自动脱硫作用，大气污染大为减少；联合循环热效率高，热污染比火力发电减少1/3，比原子能发电减少一半，大大减少冷却水的用量。此外，还有单机容量大，可达千万千瓦1台；起动快，可在几秒钟内达到满负载；比功率很大，发电机体积和重量相对比较小等等。,2020/9/27,10,2.磁流体发电机,结构原理磁流体发电机由燃烧系统，通道和磁体三大部分组成。1.燃烧系统包括燃烧室、喷管和空气预热系统等。燃烧室是将燃料、气化蹊剂、碱金属（种子）燃烧而获得导电气体低温离子体。燃烧室性能的好坏，十分明显地影响整个机组的性能，根据分析，燃烧效率每降低1，输出功率可能降低10左右.,2020/9/27,11,2.发电通道是磁流体发电机的核心部分。它的性能的好坏在很大程度上决定了磁流体发电机能否付实用，通道的主要要求是在具有一定的热电转效率（要求20以上）的基础上，保证可靠的长时间运行（要求3000小时以上）。按照发电通道的不同又可分为（1）连续电极型、（2）分段电极型、（3）对角线型。3.磁体是磁流体发电机不可缺少的重要部件，它的作用和普通发电机磁极的作用相同。大型磁流体发电机的磁体必须采用超导磁体才能满足要求。此外磁场还受电因素的限制，若磁场过强，使得气流中的霍耳电场超过击穿电场强度的临界值，通道便会被击穿，这样，功率密度便大幅度下降，这也是设计所不允许的。,2020/9/27,12,磁流体发电机的优点,磁流体发电机没有运动部件，结构紧凑，起动迅速，环境污染小，有很多优点。特别是它的排气温度高达2000℃，可通入锅炉产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电。这种磁流体－蒸汽动力联合循环电站，一次燃烧两级发电，比现有火力发电站的热效率高10－20，节省燃料30，是火力发电技术改造的重要方向。,→升级→,2020/9/27,13,工作原理最简单的开式磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是在化石燃料燃烧后产生的高温气体中，加入易电离的钾盐或钠盐，使起部分电离后，经喷管加速产生高达摄氏3000度、速度达到1000米／秒的高温高速导电气体，最后产生电流。目前发展情况目前，中国，美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等，都积极致力于这方面的研究。磁流体发电机产生电动势，输出电功率的原理如前所讲。美国阿夫柯公司建造了第一台磁流体发电机，功率为115kW。此后各国均有研究制造，美苏联合研制的磁流体发电机U－25B在1978年8月进行了第四次试验，气体-等离子体流量为2～4kg/s，温度为2950K，磁场为5T，输出功率1300kW，共运行了50小时。目前许多国家正在研制百万千瓦的利用超导磁体的磁流体发电机。现在磁流体发电机制造中的主要问题是发电通道效率低，目前只有10。通道和电极的材料都要求耐高温、耐碱腐蚀、耐化学烧蚀等，目前所用材料的寿命都比较短，因而磁流体发电机不能长时间运行。,2020/9/27,14,3、磁流体发电机的前景,目前尚需解决问题1效率与寿命问题。要使磁流体蒸汽联合发电站的效率达50，便要求通道的热电转换效率达20，而目前试验机组最高仅达15未除去本身励磁功率，随着运行时间的延长，通道电极和壁材料的腐蚀、氧化，性能恶化，效率将逐渐降低，因此，热转换效率应该指出连续运行多长时间酌平均效率，才有实用价值，也就是说要在长寿命的条件下获得高效率．在目前的科技条件下，尚找不到一种电导率很高而温度要求较低的燃气，因此，只好按传统的技术方法，提高材料性能，改进通道结构，改善燃烧效率等，努力使通道延长寿命，提高热转换效率。2“种子”回收、用钯盐作种子比用钾盐种子效率提高1倍，若能提高种子回收再生效率，并达99．99以上，那么，使用钯盐种子也是有经济效益的，可是目前种子回收效率仅达20,2020/9/27,15,3电极在高温进行参数下能长时间使用的电极，也是目前磁流体发电急待解决的关键技术问题之一。多年来，世界各国投入相当多的力量从事理论研究和试验，从最早的石墨电极，一直到高温陶瓷电极售水冷金属电极，以至气体电极、电弧电极等等均未能取得满意的电极型式。最近报道氧化锆镱导电陶瓷已研制成功，耐温2000‘C以上，寿命1000小时以上4超导磁体在100百万千瓦磁流体蒸汽联合电站典型设计的超导磁体，绕组总长度19米，入口平均直径3．45米，出口平均直径5．95米，如此巨大的超导线圈，在绕制和性能稳定上将会出现很多新的技术问题，低温设备和技术也不是轻而易举的。5燃料、燃气、燃油比燃煤的技术问题要少得多，如燃煤排渣问题，由于发电通道霍耳电压的作用，使大型装置灼燃烧室带有12万伏的电压，除了燃烧室需对地绝缘外，排渣过程也需要绝缘，而高温煤渣本身具有导电性，这就给排渣过程带来困难；此外，渣与种子的作用与分离问题仍待解抉；排渣率只达5080，尚未达到实用要求。,2020/9/27,16,发展情况磁流体发电必须应用其它尖端科学技术领域的新成就，才能体现出它本身优越性的一项综合性技术，是国际上重大科技课题之一。各先进国家都投入大批人力售物力进行研究及比较广泛的国际交流合作，如苏联及东欧等8国于1976年组成“磁流体发电厂问题国际协调中心”进行协调研究；美苏在磁流体发电研究方面曾发展到很大规模，美国制造的40吨重的超导磁体，曾空运到苏联，并在Y25机组上进行联合试验，苏联科学家也曾多次到美国进行通道及材料方面的合作研究。据1983年第八届磁流体发电国际会议的报道，美，苏两国都计划在80年代末，90年代初建成第一代实用的磁流体蒸汽发电站。我国磁流体发电的研究也已有20多年了，主要有中国科学院电工研究所，机械工业部上海成套发电设备所，南京工学院和一些研制材料的单位，已建成几套几千千瓦的试验装置，并从燃油逐步转向燃煤的研究，研究所的规模远不如美、苏，但在联合循环发电及通道性能、结构方面的研究，也取得一定的成果。从我国目前发展情况看来，在顺利的发展条件下，比先进国家相应落后5～10年。,2020/9/27,17,Thankyou谢谢欣赏,磁流体动态美图,