书城科普读物南极北极哪里冷
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第13章 磁流体发电机工质温度

世界上大部分国家,包括中国在内,电力生产主要以燃煤的火力发电为主。这种方式由于能量转换过程中环节过多,发电效率很低,只有35%的化学能变成了电能,而且给环境带来严重污染,因此人们不断寻求新的高效洁净燃煤发电技术。其中的一种技术就是磁流体发电。

在磁流体发电中首先必须获得带电流体,最简单的办法就是通过燃煤加热,使气体在高温下电离,即气体粒子处于不断热运动中,相互间频繁发生碰撞,使得粒子的外层电子脱离原子核的束缚,成为自由电子。但要使气体电离,温度至少要在8000℃以上,煤炭燃烧很难达到这么高的温度。后来人们利用非平衡电离原理,在氦、氩等惰性气体中加入钾、铯等碱金属化合物来提高电离度,因为碱金属的电位较低,容易电离,在2000℃的温度下便可以获得较高电导率的部分电离气体。这些惰性气体称为工质,加入到气体中的碱金属化合物称为电离种子或添加剂,它们在燃烧过程中被投入,在燃气排入大气之前被回收,经化学处理后可重新使用。

磁流发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。燃烧室产生高温的带电流体,然后经喷管加速,使带电流体以1000m/s的速度穿越置于强磁场中的发电通道,作切割磁力线的运动,感生出电流,再由镶在通道两侧壁上的电极引出直流电流。用以产生磁场的磁体最好采用高温超导体,这样几乎不需要消耗励磁功率,使磁流体发电更有效率。如果加快带电流体的喷射速度,增加磁场强度,再配上快速启动装置,就能提高发电机的功率。

磁流体发电本身的效率仅20%左右,但由于其排气温度很高,排出的废热可送往普通火力发电厂的锅炉产生蒸汽,驱动汽轮发电机组,组成高效的联合循环发电。这种磁流体—蒸汽动力联合循环电站总的热效率可达50%以上。同时,磁流体发电中的碱金属化合物可有效地脱去燃煤中的硫,控制氮氧化物的产生,是一种低污染的煤气化联合循环发电技术。

目前,世界很多先进国家都在积极致力于磁流体发电技术的研究。美国在1959年建造了第一台磁流体发电机,现已建成以煤为燃料的300MW级磁流体发电试验装置。俄罗斯在1986年建成以天然气为燃料的500MW磁流体—蒸汽联合电站。我国从20世纪60年代开始磁流体发电的研制工作,1964年建成第一台小型磁流体发电试验机组,现已建成最高输出功率为2MW的试验用磁流体发电机组,正在建造一座10MW级燃煤磁流体—蒸汽联合循环中试电站。