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　　顧紅（昆明理工大學(xué)機(jī)電學(xué)陜，云南昆明650093）~60%.本文對磁流體發(fā)電的基本原理、主要方式和開發(fā)過程及應(yīng)用前最作了概括介紹。

　　1引畝我國目前采用的燃煤發(fā)電方式要向大氣排放大量S02和NOx黑煙，易循環(huán)造成更嚴(yán)重的二次環(huán)境污染。因此，發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)，減少污染物排放，提高燃煤發(fā)電效率是一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略任務(wù)。

　　2磁流體發(fā)電的定義、分類和恃點(diǎn)磁流體（又稱磁性液體、鐵嫌流體或磁液），是由強(qiáng)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(wěn)定的膠狀溶液。該流體在靜態(tài)時(shí)無磁吸引力，當(dāng)外加磁場作用時(shí)，才表現(xiàn)出有磁性。

　　磁流體發(fā)電是一種新型的篼效發(fā)電方式，其定義為當(dāng)帶有磁流體的等離子體橫切穿過磁場時(shí)，按電磁感應(yīng)定律，由磁力線切割產(chǎn)生電；在磁流體流經(jīng)的通道上安裝電極和外部負(fù)荷連接時(shí)，則可發(fā)電。

　　為了使磁流體具有足夠的電導(dǎo)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(zhì)，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(huán)磁流體發(fā)電，后者通過換熱器將工質(zhì)加熱后再穿過磁場的叫閉環(huán)磁流體發(fā)電。

　　燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)亦稱為等離子體發(fā)電，就是磁流體發(fā)電的典型應(yīng)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(qiáng)磁場時(shí)，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(fā)出直流電，經(jīng)直流逆變?yōu)榻涣魉腿虢涣麟娋W(wǎng)。

　　磁流體發(fā)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(xù)燃燒成蒸汽，驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電，組成篼效的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，總的熱效率可達(dá)50 ~60%.是目前正在開發(fā)中的篼效發(fā)電技術(shù)中最篼的。同樣，它可有效地脫硫，有效地控制NO的產(chǎn)生，也是一種低污染的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)。

　　3磁流體發(fā)電的開發(fā)過稚及其難點(diǎn)最早提出磁流體發(fā)電原理的是法拉弟，他曾設(shè)想利用海流通過地球磁場發(fā)電的構(gòu)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(yàn)，但未獲成功。后于20世紀(jì)50年代受到宇航技術(shù)的啟發(fā)，即當(dāng)人造衛(wèi)星返回地球所形成篼溫圈內(nèi)的塵埃具有磁流體的作用而對衛(wèi)星的下落起控制作用，從而產(chǎn)生用篼溫?zé)煔庵屑逾浀葔A金屬種晶以提篼磁流體電離度的思路，于1959年進(jìn)行原理試驗(yàn)取得成功。

　　隨著超導(dǎo)技術(shù)、等離子技術(shù)和高溫陶瓷技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，使磁流體發(fā)電的實(shí)用化步伐逐步向前推進(jìn)。目前盡管由在液氦溫度下的超導(dǎo)材料制成的核聚變和加速器用電磁鐵和超導(dǎo)發(fā)電機(jī)等尚處于開發(fā)試驗(yàn)階段，但在醫(yī)療機(jī)械和半導(dǎo)體領(lǐng)域等應(yīng)用已很普遍并形成一定規(guī)模，故一旦技術(shù)上突破，便可形成一定的規(guī)模。同時(shí)液氮溫度下的超導(dǎo)材料已研制成功，一旦加工技術(shù)有所突破，將導(dǎo)致超導(dǎo)電磁鐵裝置的簡化和造價(jià)大幅降低。等離子技術(shù)對磁流體發(fā)電的關(guān)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(yīng)用技術(shù)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(yīng)用均為將電能轉(zhuǎn)換為等離子體的能量，而磁流體發(fā)電則是將等離子體的能量轉(zhuǎn)換為電能。

　　篼溫陶瓷不僅關(guān)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(fā)電系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵，目前高溫陶瓷的耐受溫度最高已能達(dá)到3090K. 4磁流體發(fā)電的類型和備主要國家研究開發(fā)現(xiàn)狀4.1環(huán)磁流體發(fā)電進(jìn)展較快的為原蘇聯(lián)。它以科學(xué)院篼溫研究所為中心，按照長期研究開發(fā)計(jì)劃工作。首先在20世紀(jì)70年代利用該所的U-02，U-25機(jī)組（出力各為2MW和25MW），用天然氣進(jìn)行了多次試驗(yàn)，已達(dá)到累計(jì)運(yùn)行250小時(shí)的經(jīng)驗(yàn)。蘇聯(lián)解體后俄羅斯經(jīng)過認(rèn)真比較后認(rèn)為這種形式不如燃?xì)�、蒸氣�?lián)合循環(huán)經(jīng)濟(jì)，今后的發(fā)展重點(diǎn)是燃煤磁流體發(fā)電機(jī)組。為此，先在Y-25M（MHD10MW，蒸氣發(fā)電15MW）機(jī)組上以燒天然氣做燃煤條件試驗(yàn)。并于1993年建Y-25G做燃煤發(fā)電試驗(yàn)，重點(diǎn)做大型盤式磁流體發(fā)電試驗(yàn)和理論研究。

　　美國的磁流體發(fā)電試驗(yàn)研究工作在50年代末至60年代時(shí)處于世界領(lǐng)先地位。第一次石油危機(jī)后始由能源部在蒙大那州建成CDIF裝置，集中研究燃煤開環(huán)磁流體發(fā)電試驗(yàn)，取得了諸多單項(xiàng)成果。如阿芙科研究所的磁流體發(fā)電機(jī)電極壽命已超過1300小時(shí)，預(yù)計(jì)可達(dá)數(shù)千小時(shí)；TRW公司的高負(fù)荷煤燃燒器的開發(fā)成果；CDIF裝置進(jìn)行燃煤模擬試驗(yàn)時(shí)證明，通過變流器可直接向現(xiàn)電網(wǎng)供電等。到1993年已將上下兩部合在一起完成有關(guān)50MW的工程試驗(yàn)，下一步計(jì)劃在蒙大那州建工業(yè)示范電站，總功率76MW，投資4.6億美元。

　　日本的磁流體發(fā)電試驗(yàn)始于20世紀(jì)60年代，東芝公司的磁流體發(fā)電輸出功率達(dá)100kW后，被工業(yè)技術(shù)院列入大型試驗(yàn)研究計(jì)劃；1976年石油危機(jī)后轉(zhuǎn)向燃煤磁流體發(fā)電試驗(yàn)，重點(diǎn)研究燒油煤漿的磁流體發(fā)電試驗(yàn)。但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)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(jì)劃中的先行技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目，重點(diǎn)進(jìn)行單項(xiàng)技術(shù)研究，工業(yè)性開發(fā)試驗(yàn)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(lián)的協(xié)助下亦進(jìn)行了試驗(yàn)研究。波蘭的煤燃燒器開發(fā)和印度的水煤氣磁流體發(fā)電均取得一定成果。澳大利亞等國亦在進(jìn)行基礎(chǔ)研究。

　　4.2閉環(huán)磁流體發(fā)電和開環(huán)式的工質(zhì)最后排入大氣不同，閉環(huán)磁流體發(fā)電的工質(zhì)（稀有氣體和液體金）則進(jìn)行閉循環(huán)使用，使用稀有氣體的叫非平衡磁流體發(fā)電；使用液體金屬的叫液體金屬磁流體發(fā)電。美國潔爾貝特公司研究用磁流體發(fā)電做前級，對現(xiàn)有125MW火電廠改造后，電廠的功率可達(dá)190MW，效率達(dá)38%，比原來提高3-5%.但由于高溫?fù)Q熱器和氦壓縮機(jī)昂貴，致使單位投資和成本較高，故其實(shí)用化發(fā)展研究落后于開環(huán)系統(tǒng)。各國又轉(zhuǎn)人了單項(xiàng)研究，并取得了一定成果。

　　液體金屬磁流體發(fā)電方面，通過合理選擇工質(zhì)可用于450~1600K的溫度范圍和利用各種能源發(fā)電。液體金屬的導(dǎo)電率為一般燃燒氣和稀有氣體的1萬倍以上，從而可使發(fā)電裝置輕型化和占地減少，并有可能采用交流發(fā)電以便于輸入現(xiàn)有電網(wǎng)，現(xiàn)考慮同時(shí)采用氣體和液體兩種工質(zhì)，由氣體擔(dān)任熱力學(xué)任務(wù)，液體金屬擔(dān)任電工學(xué)任務(wù)，以充分提篼綜合發(fā)電效率。

　　我國早從20世紀(jì)60年代即開展開環(huán)磁流體發(fā)電研究，并逐步形成中科院電工所、南京工學(xué)院和上海電機(jī)成套所的聯(lián)合研究群體，已取得部分單項(xiàng)成果，自列人“863高科技”計(jì)劃以來進(jìn)展不錯。

　　5小結(jié)燃煤開環(huán)磁流體發(fā)電，目前已有示范工程，預(yù)計(jì)在2010內(nèi)可局部商業(yè)化，其將對節(jié)能和減少C02排放實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的綠色生產(chǎn)做出重大貢獻(xiàn)。

　　非平衡電離式閉環(huán)磁流體發(fā)電，由于工作溫度較低，又適合于100~300MW中型機(jī)組和配合發(fā)展以煤為燃料的燃?xì)獍l(fā)電行業(yè)具有巨大的潛力。液體金屬式閉環(huán)磁流體發(fā)電，從工作溫度范圍和能源種類的適應(yīng)性大及高導(dǎo)電率可適用于小型發(fā)電裝置看，發(fā)展前途廣闊，但各國尚在基礎(chǔ)研究階段�？�