磁流体发电
磁流体发电（magnetohydrodynamic power generation）过流动的导电流体与磁场相互作用而产生电能。磁流体发电技术就是用燃料（石油、天然气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离的气体，使之在2000℃的高温下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动时，切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直接转换成电流，由于无需经过机械转换环节，所以称之为"直接发电"，其燃料利用率得到显著提高，这种技术也称为"等离子体发电技术"。
概述
定义
磁流体发电是一种新型的高效发电方式，其定义为当带有等离子状态，是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状态存在。 磁流体的等离子体横切穿过磁场时，按电磁感应定律，等离子体的正负粒子在磁场的作用下分离，而聚集在与磁力线平等的两个面上，由于电荷的聚集，从而产生电势。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。 为使高温气体有足够的电导率，需在高温和高速下，加入总量1%左右的易电离物质——“种子”，一般为碳酸钾，以利用非平衡电离原理来提高电离度。用裂变反应堆作热源时，工作介质大多是惰性气体（例如氦），并以铯作为种子物质。由于受到反应堆固体元件材料的限制，工作介质的温度远不能使其达到电离状态。为了提高电导率，通常采取非平衡电离效应（例如用高频电场促使电离，这时电子的温度高于离子和中性粒子的温度）。此外，工作介质也可为液态金属和气体或液态金属和其蒸气的混合物。发电技术
燃煤磁流体发电技术--亦称为等离子体发电，就是磁流体发电的典型应用，燃烧煤而得到的2.6×106℃以上的高温等离子气体并以高速流过强磁场时，气体中的电子受磁力作用，沿着与磁力线垂直的方向流向电极，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，但由于其排烟温度很高，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，组成高效的联合循环氐纾总的热效率可达50%～60%，是目前正在开发中的高效发电技术中最高的。同样，它可有效地脱硫，有效地控制NOx的产生，也是一种低污染的煤气化联合循环发电技术。发电流程
在磁流体发电技术中，高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可达到3090K。 磁流体发电比一般的火力发电效率高得多，但在相当长一段时间内它的研制进展不快，其原因在于伴随它的优点而产生了一大堆技术难题。磁流体发电机中，运行的是温度在三、四千度的导电流体，它们是高温下电离的气体。为进行有效的电力生产，电离了的气体导电性能还不够，因此，还要在其中加入钾、牡冉鹗衾胱印５是，当这种含有金属离子的气流，高速通过强磁场中的发电通道，达到电极时，电极也随之遭到腐蚀。电极的迅速腐蚀是磁流体发电机面临的最大难题。另外，磁流体发电机需要一个强大的磁场，人们都认为，真正用于生产规模的发电机必须使用超导磁体来产生高强度的磁模这当然也带来技术和设备上的难题。最近几年，科学家在导电流体的选用上有了新的进展，发明了用低熔点的金属（如钠、钾等）作导电流体，在液态金属中加进易挥发的流体（如甲苯、乙烷等）来推动液态金属的流动，巧妙地避开了工程技术上一些难题，制造电极的材料和燃料的研制拿嬉灿辛诵陆展。但想一下子省钱省力地解决磁流体发电中技术、材料等方面的所有难题是不现实的。随着新的导电流体的应用，技术难题逐步解决，磁流体发电的前景还是乐观的。在美国，磁流体发电机的容量已超过32000千瓦；日本、德国、波兰等许多国家都在研制碘流体发电机。我国也已研制出几台不同形式的磁流体发电机。磁流体发电的原理
基本原理
根据电磁感应原理，用导电流体（气体或液体）与磁场相对运动而发电。 导电流体在通道中横越磁场B流过时，由于电磁感应而在垂直于磁场和流速的方向上感生出一个电场E，如把导电流体与外负载相接，导电流体中的能量就可直接转换成电能，向外输出（图1）。这样能省去普通发电机组中某些能量转换的中间过程，因此这种发电又称磁流体直接发电，在这种发电装置中主要部件是发电通道、电极和磁场。
图1 磁流体发电装置示意图 装置类型 按照电流由导电流体中引出的方式，发 电装置可分为传导式和感应式两种。在传导式发电器中，电流是通过发电通道两侧的电极引出的；在感应式发电器中，没有电极，电流直接由磁场绕组输出。按照输出 电流的类别，发电装置可分为交流和直流两种。根据工作介质在装置中是一次使用还是在系统中循环使用,发电装置可分为开式和闭式两种。根据发电通道几何形状的不同，发电兄每煞治直线型、涡旋型和径向外流型等几种。下面介绍两种装置：①开式循环直线型磁流体发电装置这种发电装置中的工作介质是温度2500~3500开的高温电离气体，即等离子体。在连续电极的直线型发电装置中（图2a),如果平均电子碰撞频率比电子写懦≈械幕匦频率大得多，则当等离子体横越磁场时，就感生出一个同磁场和流速相垂宜的电场，但当等离子体密度较低，电子在磁场中的回旋频率相当于或甚至大于平均电子碰撞频率时，电子在磁场中就沿曲线运动。这一现象称为霍耳效应，由此产生的垂直于电场的电流称为霍耳电流。凶踊匦频率ω与平均电子碰撞频率1/t之比ωt称为霍耳系数，它表征霍耳效应的大小，在物理意义上相当于存在磁场时一个电子在两次碰撞间转过的弧度，也相当于沿等离子体流动方向的霍耳电流与平行于电场方向的电流之比。在连续电极发电装置中，由于出现霍耳电流（损耗电流），平杏诘绯〉牡缌饕降低为原值的。为了减小霍耳电流，通常采用分段电极（图2b），也可直接利用霍耳电流来代替平行于电场的电流，从而成为霍耳发电装置（图2c）。近年来又在此基础上发展出斜框式通道的发电装置。使用开式循环磁流体发电装置可减少环境污染，特别对含硫较高的矿物辛希由于在燃烧室中“种子” 碳酸钾几乎完全离解，在发电装置的通道下游，通过化学反应复合成硫酸钾，从而显著降低二氧化硫的排放量。
图2 磁流体发电装置的电极连接图②闭式循环磁流体发电装置采取封闭回路，工作介质可反复使用。通常选用惰性气体（如氦）作为介质，以铯作种子物质，利用非平衡电离效应来提高电导率，或用液态金属及其蒸气的混合物作为介质。这类装置通常以裂变反应堆作热源，其工作原理与开式循环装置相同。 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。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！⒆钣芯赫力的直接发电方式。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。 从发电的机理上看，磁流体发电与普通发电一样，都是根据法拉第电磁感应定律获得电能。所不同的是，磁流体发电是以高温的导电流体（在工程技术上常用等离子体）高速通过磁场，以导电的流体切割磁感线产生电动势。这时，导电的流体起到了金属导线的作用。 磁流体发电中所采用的导电流体一般是导电的气体，也可以是液态金属。我们知道，常温下的气体是绝缘体，只有在很高的温度下，例如6000K以上，才能电离，才有较大的导电率。而磁流体发电一般是采用煤、石油或天然气作燃料，燃料在空气中燃烧时，即使把空气预热到1400K，也只能使空气达到3000K的温度，这时气体的导电率还不能达到所需的值，而且即使再提高温度，导电率也提高不了多少，却给工程带来很大困难。那么如何使气体在较低的温度下就能导电，并有较高的导电率。实际中采用的办法是在高温燃烧的气体中添加一定比例的、岩椎缋氲牡偷缋氲缥坏奈镏剩如钾、铯等碱金属化合物。这种碱金属化合物被称为“种子”。在气体中加入这种低电离电位物质的量一般以气体重量的1%为佳。这样气体温度在3000K左右时，就能达到所要求的导电率。当这种气体以约1000m/S的速度通过磁场时，就可以实现具有工业应用价训拇帕魈宸⒌纭