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磁流體發電機租賃技術及應用


1引畝我國目前采用的燃煤發電機租賃方式要向大氣排放大量S02和NOx黑煙,易循環造成更嚴重的二次環境污染。因此,發展潔凈煤發電技術,減少污染物排放,提高燃煤發電效率是一項重要的戰略任務。
2磁流體發電的定義、分類和恃點磁流體(又稱磁性液體、鐵嫌流體或磁液),是由強磁性粒子、基液(也叫媒體)以及界面活性劑三者混合而成的。一種穩定的膠狀溶液。該流體在靜態時無磁吸引力,當外加磁場作用時,才表現出有磁性。
磁流體發電機租賃是一種新型的篼效發電方式,其定義為當帶有磁流體的等離子體橫切穿過磁場時,按電磁感應定律,由磁力線切割產生電;在磁流體流經的通道上安裝電極和外部負荷連接時,則可發電。
為了使磁流體具有足夠的電導率,需在篼溫和高速下,加上鉀、銫等堿金屬和加人微量堿金屬的惰性氣體(如氦、氬等)作為工質,以利用非平衡電離原理來提篼電離度。前者直接利用燃燒氣穿過磁場的方式叫開環磁流體發電,后者通過換熱器將工質加熱后再穿過磁場的叫閉環磁流體發電。
磁流體發電機租賃技術及應用
燃煤磁流體發電技術亦稱為等離子體發電,就是磁流體發電機租賃的典型應用,燃煤得到的2.6x 10:以上的高等離子氣體并以篼速流過強磁場時,氣體中的電子受磁力作用,沿著與磁力線垂直的各方流向電極,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,但由于其排煙度很高,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,組成篼效的聯合循環發電,總的熱效率可達50 ~60%.是目前正在開發中的篼效發電技術中最篼的。同樣,它可有效地脫硫,有效地控制NO的產生,也是一種低污染的煤氣化聯合循環發電技術。
3磁流體發電的開發過稚及其難點最早提出磁流體發電原理的是法拉弟,他曾設想利用海流通過地球磁場發電的構想。1940年美國西屋公司的卡爾羅比茨曾做了燃燒氣通過磁場的試驗,但未獲成功。后于20世紀50年代受到宇航技術的啟發,即當人造衛星返回地球所形成篼溫圈內的塵埃具有磁流體的作用而對衛星的下落起控制作用,從而產生用篼溫煙氣中加鉀等堿金屬種晶以提篼磁流體電離度的思路,于1959年進行原理試驗取得成功。
隨著超導技術、等離子技術和高溫陶瓷技術的開發和應用,使磁流體發電的實用化步伐逐步向前推進。目前盡管由在液氦溫度下的超導材料制成的核聚變和加速器用電磁鐵和超導發電機等尚處于開發試驗階段,但在醫療機械和半導體領域等應用已很普遍并形成一定規模,故一旦技術上突破,便可形成一定的規模。同時液氮溫度下的超導材料已研制成功,一旦加工技術有所突破,將導致超導電磁鐵裝置的簡化和造價大幅降低。等離子技術對磁流體發電的關系亦很大,降低工作溫度對減少散熱損失和提離通道壽命具重大作用。等離子的應用技術已十分廣泛,如螢光燈、等離子焊接、等離子加熱和等離子熔煉金屬等,但不同的是上述應用均為將電能轉換為等離子體的能量,而磁流體發電則是將等離子體的能量轉換為電能。
篼溫陶瓷不僅關系到在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能達到3090K. 4磁流體發電的類型和備主要國家研究開發現狀4.1環磁流體發電進展較快的為原蘇聯。它以科學院篼溫研究所為中心,按照長期研究開發計劃工作。首先在20世紀70年代利用該所的U-02,U-25機組(出力各為2MW和25MW),用天然氣進行了多次試驗,已達到累計運行250小時的經驗。蘇聯解體后俄羅斯經過認真比較后認為這種形式不如燃氣、蒸氣聯合循環經濟,今后的發展重點是燃煤磁流體發電機組。為此,先在Y-25M(MHD10MW,蒸氣發電15MW)機組上以燒天然氣做燃煤條件試驗。并于1993年建Y-25G做燃煤發電試驗,重點做大型盤式磁流體發電試驗和理論研究。
美國的磁流體發電機租賃試驗研究工作在50年代末至60年代時處于世界領先地位。第一次石油危機后始由能源部在蒙大那州建成CDIF裝置,集中研究燃煤開環磁流體發電試驗,取得了諸多單項成果。如阿芙科研究所的磁流體發電機電極壽命已超過1300小時,預計可達數千小時;TRW公司的高負荷煤燃燒器的開發成果;CDIF裝置進行燃煤模擬試驗時證明,通過變流器可直接向現電網供電等。到1993年已將上下兩部合在一起完成有關50MW的工程試驗,下一步計劃在蒙大那州建工業示范電站,總功率76MW,投資4.6億美元。
日本的磁流體發電試驗始于20世紀60年代,東芝公司的磁流體發電輸出功率達100kW后,被工業技術院列入大型試驗研究計劃;1976年石油危機后轉向燃煤磁流體發電試驗,重點研究燒油煤漿的磁流體發電試驗。但在試驗中發現煤在3000K高溫下生成的爐渣對通道的壽命影響很大,于是從1988年起又改列入月光計劃中的先行技術基礎項目,重點進行單項技術研究,工業性開發試驗工程停止。
此外,波蘭、南斯拉夫、羅馬尼亞、芬蘭和印度等,在原蘇聯的協助下亦進行了試驗研究。波蘭的煤燃燒器開發和印度的水煤氣磁流體發電均取得一定成果。澳大利亞等國亦在進行基礎研究。
4.2閉環磁流體發電機租賃和開環式的工質最后排入大氣不同,閉環磁流體發電的工質(稀有氣體和液體金)則進行閉循環使用,使用稀有氣體的叫非平衡磁流體發電;使用液體金屬的叫液體金屬磁流體發電。美國潔爾貝特公司研究用磁流體發電做前級,對現有125MW火電廠改造后,電廠的功率可達190MW,效率達38%,比原來提高3-5%.但由于高溫換熱器和氦壓縮機昂貴,致使單位投資和成本較高,故其實用化發展研究落后于開環系統。各國又轉人了單項研究,并取得了一定成果。
液體金屬磁流體發電方面,通過合理選擇工質可用于450~1600K的溫度范圍和利用各種能源發電。液體金屬的導電率為一般燃燒氣和稀有氣體的1萬倍以上,從而可使發電裝置輕型化和占地減少,并有可能采用交流發電以便于輸入現有電網,現考慮同時采用氣體和液體兩種工質,由氣體擔任熱力學任務,液體金屬擔任電工學任務,以充分提篼綜合發電效率。
我國早從20世紀60年代即開展開環磁流體發電機租賃研究,并逐步形成中科院電工所、南京工學院和上海電機成套所的聯合研究群體,已取得部分單項成果,自列人“863高科技”計劃以來進展不錯。
5小結燃煤開環磁流體發電,目前已有示范工程,預計在2010內可局部商業化,其將對節能和減少C02排放實現電力行業的綠色生產做出重大貢獻。
非平衡電離式閉環磁流體發電,由于工作溫度較低,又適合于100~300MW中型機組和配合發展以煤為燃料的燃氣發電行業具有巨大的潛力。液體金屬式閉環磁流體發電,從工作溫度范圍和能源種類的適應性大及高導電率可適用于小型發電裝置看,發展前途廣闊,但各國尚在基礎研究階段。
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