磁流體發(fā)電技術(shù)在海水淡化等方面的應(yīng)用

磁流體發(fā)電技術(shù)是20世紀(jì)新興的一種發(fā)電技術(shù)，它的高效節(jié)能使世界上各發(fā)達(dá)國家都在爭相開發(fā)研究，也使這一技術(shù)得到了飛速發(fā)展。但運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的這一現(xiàn)象除了在發(fā)電方面有極高的應(yīng)用價(jià)值之外，在其它領(lǐng)域也有極重要的應(yīng)用。

一、磁流體發(fā)電技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

在以原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)二者的重大進(jìn)展為標(biāo)志的20世紀(jì)，通常仍以同于19世紀(jì)的方式生產(chǎn)電能?；旧先允菍⒁慌_(tái)由熱轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的熱機(jī)用轉(zhuǎn)軸與一臺(tái)發(fā)電機(jī)相連，這樣的發(fā)電方式直接影響著機(jī)器的工作效率。

進(jìn)入20世紀(jì)，人們研究發(fā)現(xiàn)，要提高熱機(jī)的工作效率，就得提高熱機(jī)的工作溫度，但象火電廠里的發(fā)電設(shè)備汽輪機(jī)的鍋爐，其工作溫度上限有很大的限制，溫度不能太高，所以效率也不可能太高，最好的熱機(jī)效率也只有40%。為了提高熱機(jī)效率就必須提高工質(zhì)的溫度。1939年后，美國開始研究磁流體發(fā)電技術(shù)。磁流體發(fā)電與通常的熱機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電有極大的不同。它將熱機(jī)和發(fā)電機(jī)組合成一體，去掉了傳動(dòng)部件，同時(shí)要求工作氣體有2000℃以上的溫度，并且是帶電氣體。20世紀(jì)50年代以后，磁流體發(fā)電得到了許多國家的科學(xué)家的重視，磁流體發(fā)電技術(shù)也提到了飛速的發(fā)展。

磁流體發(fā)電技術(shù)與以往的火力發(fā)電技術(shù)相比，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

1、綜合效率高。傳統(tǒng)的火力發(fā)電要想得到比較高的效率，就得提高蒸汽的溫度和壓力，但這又受到汽輪機(jī)材料的限制，想使工作效率提高相當(dāng)困難。最高效率也只能達(dá)到30~40%。而磁流體發(fā)電的熱效率則可提高到50~60%，隨著技術(shù)的發(fā)展也許會(huì)更高。

2、排放物污染少，有利于保護(hù)環(huán)境。傳統(tǒng)的火力發(fā)電站，會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫和氧化氮等有害氣體以及大量的廢熱，影響環(huán)境。而磁流體發(fā)電由于高溫氣體里摻有少量的鉀、鈉和銫等物質(zhì)，這些物質(zhì)能跟硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫化物，在發(fā)電后這些物質(zhì)能被回收利用，加上熱效率高，排放的廢熱也少，對環(huán)境造成的污染也就小。

3、啟動(dòng)快。磁流體發(fā)電機(jī)能在很短的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)并達(dá)到滿功率運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)動(dòng)性好，用途大。

4、結(jié)構(gòu)簡單，建設(shè)投資低。磁流體發(fā)電因?yàn)闆]有高速旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)比較簡單，體積小，建設(shè)投資相對較少。

我國在20世紀(jì)60年代也開始研究磁流體發(fā)電技術(shù)，并先后在北京、上海和南京等地建成起試驗(yàn)基地。到2000年，我國也有燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的報(bào)道。

二、淡水危機(jī)

20世紀(jì)初，國際上就有“19世紀(jì)爭煤、20世紀(jì)爭石油、21世紀(jì)爭水”的說法。進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)，這一說法已是不爭的事實(shí)。第47屆聯(lián)合國大會(huì)將每年的3月22日定為\'世界水日\'，號(hào)召世界各國對全球普遍存在的淡水資源緊缺問題引起高度警覺。 從全球范圍來看，根據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計(jì)，全球淡水消耗量20世紀(jì)初以來增加了約6-7倍，比人口增長速度高2倍，全球目前有14億人缺乏安全清潔的飲用水，即平均每5人中便有1人缺水。估計(jì)到2025年，全世界將有近1/3的人口（23億）缺水，波及的國家和地區(qū)達(dá)40多個(gè)，中國是其中之一。

目前，我國有300個(gè)城市缺水，其中110個(gè)城市嚴(yán)重缺水。它們主要分布在華北、東北、西北和沿海地區(qū)，水已成為這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，具有關(guān)資料預(yù)計(jì)我國在2001年城市缺水達(dá)400億立方米，直接經(jīng)濟(jì)損失在2400億元。為了保證我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展，解決淡水資源問題已迫在眉睫。

為了解決淡水資源緊缺問題，許多國家都做了大量的努力。在我國，幾十年來，興建了一批大型蓄水工程和跨流域調(diào)水工程，并大力提倡和推動(dòng)污水回用和水的再利用。但這些措施并沒有從根本上增加淡水資源。20世紀(jì)70年代以來，沿海國家由于水資源匱泛而加快了海水淡化的產(chǎn)業(yè)化，海水淡化已成為各國解決水資源問題的重要方法。目前，無論是中東的石油產(chǎn)出國還是西方發(fā)達(dá)的國家都建設(shè)有相當(dāng)規(guī)模的海水淡化廠。在沙特和以色列等中東國家，70%的淡水資源來自海水淡化，并以此建立了各自的節(jié)水農(nóng)業(yè)體系，使這些缺水國家成為了糧食出口國。在我國雖然也有海水淡化廠，但從規(guī)模上和處理量上還無法與國外相比，還遠(yuǎn)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

三、海水淡化技術(shù)的發(fā)展

早在400百年前，就有人提出海水淡化問題。進(jìn)入20世紀(jì)，海水淡化技術(shù)已得到快速發(fā)展，技術(shù)已經(jīng)成熟。70年代以來，隨著世界上大多數(shù)沿海國家水資源的日益緊缺，海水淡化產(chǎn)業(yè)得到了大力發(fā)展，到20世紀(jì)末，全球日產(chǎn)100噸淡化水的淡化水設(shè)備，日產(chǎn)水量已達(dá)2300萬噸。目前世界上的海水淡化技術(shù)多達(dá)十幾種，但主要的有蒸餾法、電滲析法和反滲透法三種。

蒸餾法是一種比較老的方法，它主要是通過對水加熱使之蒸發(fā)形成水蒸氣，然后再冷卻形成不含鹽分的蒸餾水。電滲析法是使用新型的離子交換膜，在直流電場的作用下，使海水濃縮，淡水和濃縮水分離開來。反滲透法是一種膜分離淡化方法，該膜具有選擇透過性，它只允許溶濟(jì)透過而不允許溶質(zhì)透過，在一定外壓（大于23個(gè)大氣壓力）作用下，使海水得到濃縮，將海水中和淡水分離出來。三種方法相比，蒸餾法的淡化成本最高，電析法的成本是蒸餾法的1/20，反滲透法是蒸餾法的1/40。

由于海水淡化取得的水資源的成本較高，在我國還沒有得到廣泛的應(yīng)用。

四、海水淡化的新思路

在世界上，節(jié)用淡水資源較成功的例子是香港的海水沖洗廁所系統(tǒng)。據(jù)說這一做法能節(jié)約20%的淡水資源。在我國大陸，也有學(xué)者建議沿海城市采用海水沖廁系統(tǒng)，以解決淡水資源緊缺問題。

目前，我國科學(xué)家還提出利用核能作為熱源對海水進(jìn)行淡化，來大規(guī)模實(shí)現(xiàn)海水淡化，解決沿海城市缺水問題。

在1999年，我國又有人提出了海水淡化的新方法——磁流體海水淡化技術(shù)。

五、磁流體發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)及應(yīng)用

在1999年，我國有人在對磁流體發(fā)電技術(shù)進(jìn)行研究中發(fā)現(xiàn)，磁流體發(fā)電技術(shù)要求在發(fā)電過程中要有2000℃以上的高溫電離氣體，這對制作磁流體發(fā)電機(jī)的材料有極高的技術(shù)要求，能不能尋找一種在低溫下以離子形式存在的物質(zhì)來替代這種高溫的電離氣體呢？經(jīng)過查找大量的資料發(fā)現(xiàn)，液態(tài)的電解質(zhì)溶液是一種很好的替代物質(zhì)。因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶液中存在大量的離子，有很好的導(dǎo)電率，在磁場中高速流動(dòng)時(shí)將受到洛侖茲力的作用，使溶液中的正、負(fù)離子分離，在液體中形成電流，液體中正負(fù)離子的分離也形成了無離子存在的液體。若用海水替代電解質(zhì)溶液，就可達(dá)到海水淡化的目的。并且這一方法還有廣泛的用途。這就產(chǎn)生了磁流體海水淡化技術(shù)。

把磁流體發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到海水淡化上來，與其它海水淡化技術(shù)相比，有著不可比擬的優(yōu)勢。

首先，磁流體海水淡化技術(shù)降低了磁流體發(fā)電機(jī)對制作材料以及對離子源的嚴(yán)格要求，可以使用較低溫度的材料，從而使制造海水淡化設(shè)備的成本降低。

其次，由于磁流體發(fā)電技術(shù)具有很高的效率，當(dāng)把這一技術(shù)應(yīng)用到海水淡化方面來時(shí)，它同樣也有極高的淡化效率和速度；因?yàn)樗鼉H需要泵把海水加壓后通過強(qiáng)磁場，而這一壓力也低于反滲透法所需要的壓力。因?yàn)樵诔叵鹿ぷ鳎瑢Ｋ念A(yù)處理就變得更為簡單，處理過程中海水的結(jié)垢問題也就相應(yīng)減少了。在對海水進(jìn)行淡化的同時(shí)，還可以根據(jù)海水中各種化學(xué)成分的不同原子量，把它們分離開來，有利于對海水進(jìn)行綜合利用。

最重要的一點(diǎn)，磁流體發(fā)電技術(shù)用在海水淡化方面用利于降低海水淡化的成本。目前科技的發(fā)展已使人們認(rèn)識(shí)到在海水淡化方面，蒸餾法的成本最高，其次是電析法，成本較低的是反滲透法。磁流體海水淡化的成本要比反滲透法還低?？梢孕蜗蟮刂v，反滲透海水淡化法與磁流體海水淡化法相比就好比用人工選礦與電磁選礦相比，后者的效率要比前者高的多，且設(shè)備投資要前者低的多，維護(hù)也更為方便。

宏觀世界的一切變化都與電荷有關(guān)，應(yīng)用好電荷的特性才能更好的造福于人類。在海水淡化方面，磁流體海水淡化法應(yīng)該是今后海水淡化的發(fā)展方向，也只有使這一技術(shù)得到廣泛的推廣和應(yīng)用，才能以最低的成本為人民生活和社會(huì)生產(chǎn)提供更加優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的水源。

磁流體發(fā)電技術(shù)不僅在海水淡化及綜合利用上有很高的應(yīng)用價(jià)值，在污水處理、化工原料生產(chǎn)、氫氣和氧氣制備、重金屬的冶煉等方面也有很高的應(yīng)用價(jià)值，人們只有進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)它，廣泛地研究和應(yīng)用它，這一技術(shù)就能為人類創(chuàng)造出無限的財(cái)富，社會(huì)經(jīng)濟(jì)就能得到更快的發(fā)展。

河南省三門峽市石油公司高寧

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