磁流体发电技术在海水淡化等方面的应用

磁流体发电技术在海水淡化等方面的应用

2010-06-09 16:05:25 阅读10 评论0 字号:

 


磁流体发电技术是20世纪新兴的一种发电技术,它的高效节能使世界上各发达国家都在争相开发研究,也使这一技术得到了飞速发展。但运动电荷在磁场中产生偏转的这一现象除了在发电方面有极高的应用价值之外,在其它领域也有极重要的应用。
一、磁流体发电技术的产生和发展
在以原动机和发电机二者的重大进展为标志的20世纪,通常仍以同于19世纪的方式生产电能。基本上仍是将一台由热转换为机械功的热机用转轴与一台发电机相连,这样的发电方式直接影响着机器的工作效率。
进入20世纪,人们研究发现,要提高热机的工作效率,就得提高热机的工作温度,但象火电厂里的发电设备汽轮机的锅炉,其工作温度上限有很大的限制,温度不能太高,所以效率也不可能太高,{zh0}的热机效率也只有40%。为了提高热机效率就必须提高工质的温度。1939年后,美国开始研究磁流体发电技术。磁流体发电与通常的热机带动发电机发电有极大的不同。它将热机和发电机组合成一体,去掉了传动部件,同时要求工作气体有2000℃以上的温度,并且是带电气体。20世纪50年代以后,磁流体发电得到了许多国家的科学家的重视,磁流体发电技术也提到了飞速的发展。
磁流体发电技术与以往的火力发电技术相比,有以下几个优点。
1、综合效率高。传统的火力发电要想得到比较高的效率,就得提高蒸汽的温度和压力,但这又受到汽轮机材料的限制,想使工作效率提高相当困难。{zg}效率也只能达到30~40%。而磁流体发电的热效率则可提高到50~60%,随着技术的发展也许会更高。
2、排放物污染少,有利于保护环境。传统的火力发电站,会产生大量的二氧化硫和氧化氮等有害气体以及大量的废热,影响环境。而磁流体发电由于高温气体里掺有少量的钾、钠和铯等物质,这些物质能跟硫发生化学反应,生成硫化物,在发电后这些物质能被回收利用,加上热效率高,排放的废热也少,对环境造成的污染也就小。
3、启动快。磁流体发电机能在很短的时间内启动并达到满功率运转。机动性好,用途大。
4、结构简单,建设投资低。磁流体发电因为没有高速旋转部件,结构比较简单,体积小,建设投资相对较少。
我国在20世纪60年代也开始研究磁流体发电技术,并先后在北京、上海和南京等地建成起试验基地。到2000年,我国也有燃煤磁流体发电技术进入实际应用的报道。
二、淡水危机
20世纪初,国际上就有“19世纪争煤、20世纪争石油、21世纪争水”的说法。进入21世纪时,这一说法已是不争的事实。第47届联合国大会将每年的3月22日定为\"世界水日\",号召世界各国对全球普遍存在的淡水资源紧缺问题引起高度警觉。 从全球范围来看,根据联合国统计,全球淡水消耗量20世纪初以来增加了约6-7倍,比人口增长速度高2倍,全球目前有14亿人缺乏安全清洁的饮用水,即平均每5人中便有1人缺水。估计到2025年,全世界将有近1/3的人口(23亿)缺水,波及的国家和地区达40多个,中国是其中之一。
目前,我国有300个城市缺水,其中110个城市严重缺水。它们主要分布在华北、东北、西北和沿海地区,水已成为这些地区经济发展的瓶颈,具有关资料预计我国在2001年城市缺水达400亿立方米,直接经济损失在2400亿元。为了保证我国经济的可持续性发展,解决淡水资源问题已迫在眉睫。
为了解决淡水资源紧缺问题,许多国家都做了大量的努力。在我国,几十年来,兴建了一批大型蓄水工程和跨流域调水工程,并大力提倡和推动污水回用和水的再利用。但这些措施并没有从根本上增加淡水资源。20世纪70年代以来,沿海国家由于水资源匮泛而加快了海水淡化的产业化,海水淡化已成为各国解决水资源问题的重要方法。目前,无论是中东的石油产出国还是西方发达的国家都建设有相当规模的海水淡化厂。在沙特和以色列等中东国家,70%的淡水资源来自海水淡化,并以此建立了各自的节水农业体系,使这些缺水国家成为了粮食出口国。在我国虽然也有海水淡化厂,但从规模上和处理量上还无法与国外相比,还远不能满足经济发展的需要。
三、海水淡化技术的发展
早在400百年前,就有人提出海水淡化问题。进入20世纪,海水淡化技术已得到快速发展,技术已经成熟。70年代以来,随着世界上大多数沿海国家水资源的日益紧缺,海水淡化产业得到了大力发展,到20世纪末,全球日产100吨淡化水的淡化水设备,日产水量已达2300万吨。目前世界上的海水淡化技术多达十几种,但主要的有蒸馏法、电渗析法和反渗透法三种。
蒸馏法是一种比较老的方法,它主要是通过对水加热使之蒸发形成水蒸气,然后再冷却形成不含盐分的蒸馏水。电渗析法是使用新型的离子交换膜,在直流电场的作用下,使海水浓缩,淡水和浓缩水分离开来。反渗透法是一种膜分离淡化方法,该膜具有选择透过性,它只允许溶济透过而不允许溶质透过,在一定外压(大于23个大气压力)作用下,使海水得到浓缩,将海水中和淡水分离出来。三种方法相比,蒸馏法的淡化成本{zg},电析法的成本是蒸馏法的1/20,反渗透法是蒸馏法的1/40。
由于海水淡化取得的水资源的成本较高,在我国还没有得到广泛的应用。
四、海水淡化的新思路
在世界上,节用淡水资源较成功的例子是香港的海水冲洗厕所系统。据说这一做法能节约20%的淡水资源。在我国大陆,也有学者建议沿海城市采用海水冲厕系统,以解决淡水资源紧缺问题。
目前,我国科学家还提出利用核能作为热源对海水进行淡化,来大规模实现海水淡化,解决沿海城市缺水问题。
在1999年,我国又有人提出了海水淡化的新方法——磁流体海水淡化技术。
五、磁流体发电技术的改进及应用
在1999年,我国有人在对磁流体发电技术进行研究中发现,磁流体发电技术要求在发电过程中要有2000℃以上的高温电离气体,这对制作磁流体发电机的材料有极高的技术要求,能不能寻找一种在低温下以离子形式存在的物质来替代这种高温的电离气体呢?经过查找大量的资料发现,液态的电解质溶液是一种很好的替代物质。因为电解质溶液中存在大量的离子,有很好的导电率,在磁场中高速流动时将受到洛仑兹力的作用,使溶液中的正、负离子分离,在液体中形成电流,液体中正负离子的分离也形成了无离子存在的液体。若用海水替代电解质溶液,就可达到海水淡化的目的。并且这一方法还有广泛的用途。这就产生了磁流体海水淡化技术。
把磁流体发电技术应用到海水淡化上来,与其它海水淡化技术相比,有着不可比拟的优势。
首先,磁流体海水淡化技术降低了磁流体发电机对制作材料以及对离子源的严格要求,可以使用较低温度的材料,从而使制造海水淡化设备的成本降低。
其次,由于磁流体发电技术具有很高的效率,当把这一技术应用到海水淡化方面来时,它同样也有极高的淡化效率和速度;因为它仅需要泵把海水加压后通过强磁场,而这一压力也低于反渗透法所需要的压力。因为在常温下工作,对海水的预处理就变得更为简单,处理过程中海水的结垢问题也就相应减少了。在对海水进行淡化的同时,还可以根据海水中各种化学成分的不同原子量,把它们分离开来,有利于对海水进行综合利用。
最重要的一点,磁流体发电技术用在海水淡化方面用利于降低海水淡化的成本。目前科技的发展已使人们认识到在海水淡化方面,蒸馏法的成本{zg},其次是电析法,成本较低的是反渗透法。磁流体海水淡化的成本要比反渗透法还低。可以形象地讲,反渗透海水淡化法与磁流体海水淡化法相比就好比用人工选矿与电磁选矿相比,后者的效率要比前者高的多,且设备投资要前者低的多,维护也更为方便。
宏观世界的一切变化都与电荷有关,应用好电荷的特性才能更好的造福于人类。在海水淡化方面,磁流体海水淡化法应该是今后海水淡化的发展方向,也只有使这一技术得到广泛的推广和应用,才能以{zd1}的成本为人民生活和社会生产提供更加优质廉价的水源。
磁流体发电技术不仅在海水淡化及综合利用上有很高的应用价值,在污水处理、化工原料生产、氢气和氧气制备、重金属的冶炼等方面也有很高的应用价值,人们只有进一步地认识它,广泛地研究和应用它,这一技术就能为人类创造出无限的财富,社会经济就能得到更快的发展。

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