四循環火力發電方案的製作方法
2023-04-26 04:09:26 1
四循環火力發電方案的製作方法
【專利摘要】本發明是一項實用性很強的火力發電的方案、方法，徹底解決了火力發電及燃燒垃圾會汙染大氣的困擾。特別是垃圾燃燒，令人頭疼的垃圾處理，若不是汙染問題，誰不想一燒了之，何況還能發電。此方案不僅解決了令人頭疼的垃圾問題，同時還解決了已經大量存在的火力發電所帶來的汙染問題。當火力發電不在汙染環境，就能提高到類似核能的清潔能源，附帶還能大幅度提升糧食等農作物產量。火力發電不僅發電比重最大而且全球普及，無論是發達國家還是欠發達國家其意義都非常重大。本方案可以簡單理解成，沒有煙囪的火力發電廠，什麼都能燒，只要燒得著的，都可以拿來發電，不用擔心汙染問題，而且對農業也有較大幫助。
【專利說明】四循環火力發電方案
【技術領域】
[0001]本發明方案涉及垃圾發電、火力發電、大氣產品、廢氣淨化及廢氣回收。回收本發明提出了垃圾或其他燃料的全封閉的四循環燃燒方案。
技術背景
[0002]燃燒垃圾會帶來很嚴重的環境汙染問題，同樣火力發電也存在一些環境汙染問題，這些環境問題有霧霾、煙塵、酸雨、水汙染等。本發明四循環火力發電能同時解決燃燒垃圾和火力發電引起的環境汙染問題。大氣產品眾多，比如氮、氧、氦氖氬氪氙、二氧化碳、二氧化硫、乙炔、水蒸氣……等等，在通常情況下，大氣分離相關公司，已經利用了價值較高的氮、氧、氦、氬進行開發，而本發明四循環火力發電，把燃燒廢氣連同大氣一起利用，把平時其他大氣相關公司遺棄的資源也利用起來，比如二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、水蒸氣、氦氖氬氪氙等。其中二氧化碳，是優質的氣肥，有相關實驗表明，給農作物施放二氧化碳氣肥，能提高農作物光合作用使農作物產量提高，蔬菜可增產90%，水稻增產70%，大豆增產60%，高粱甚至可以增產200%。作為農業大國的中國，若能給農田提供足夠的氣肥，其效益是非常非常可觀的。(試想想，全國糧食產量增加70%，多麼可觀的數字，前提是要有足夠多的氣肥。本發明為提供如此海量的二氧化碳打下堅實基礎)。
【發明內容】
[0003]本發明四循環火力發電方案，主要為四個循環。
[0004]第一個循環是朗肯循環，是常見的發電循環，如蒸汽工質發電、超臨界二氧化碳工質發電。蒸汽工質發電就是最廣泛的，用火加熱鍋爐水變蒸汽推動葉輪發電，在對蒸汽冷卻成水再返回鍋爐成為鍋爐水的循環。當然有其他不排放且能量轉化率高的方法也可以用在這裡。
[0005]第二個循環是氧氣廢氣循環，將氧氣送入燃燒室燃燒後變成廢氣，廢氣經過淨化吸收分餾後氧氣返回燃燒室，持續循環。
[0006]第三循環是能量循環，主要伴隨第一第二循環，但且至始至終貫穿所有循環。
[0007]第四個循環是廢物循環，垃圾、煤炭、石油、天然氣，燃燒後多多少少不同程度的都有一定量的廢渣，於此同時從第二循環的對廢氣的淨化吸收部分也產生了大量的廢棄將上述兩廢綜合起來繼續利用，在整個大自然和人類社會中完成第四循環。
[0008]詳細第一循環:既簡單又常見，只是在蒸汽冷卻部分參用餘熱發電步驟。
[0009]詳細第二循環:將燃料和純氧在燃燒室燃燒後變成二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮，在混合沒燃燒的氧氣成為高熱廢氣，高熱廢氣對第一循環加熱實現高熱發電。高熱廢氣在完成第一發電即高熱發電後，溫度降低成為餘熱廢氣，將餘熱廢氣送入餘熱發電機組繼續發電，之後餘熱廢氣的溫度降低到不足100攝氏度的低熱廢氣很難繼續發電，此時用冷水繼續降溫到50攝氏度以下成為殘氣(熱能被吃幹榨盡的意思)回收廢氣進入氣體冷卻分餾器，將殘氣中不是氧氣的成分通過降溫(通常需要降低到-50度)，使在不同溫度的氣-液分餾法將各種物質分離出去，在分離所有其他氣體後的殘氣裡就只剩氧氣，這就是再生的氧氣。將再生的氧氣再送回燃燒室，這就是第二循環氧氣廢氣循環。(若因其他原因不能安裝餘熱發電機組，那就加大冷水變生活用溫水量，用來將廢氣的熱能吃幹榨盡)。
[0010]詳細第三循環，能量循環:在第一循環中，高熱蒸汽將能力傳遞給高熱發電機實現第一次能量轉變，再進入餘熱發電機實現第二次能量轉變，在第二次能量轉變後溫度低於100攝氏度。在第二循環中，首先是燃燒室的燃燒把化學能轉化成熱能，然後高熱廢氣將能量傳遞給第一循環後變成餘熱廢氣，餘熱廢氣進入餘熱發電機組發電成為低熱廢氣，需要說明的是，雖然同是餘熱發電機組，但蒸汽和廢氣是分開的。低熱廢氣再次利用用於加熱冷水，冷水變成50度左右生活溫水，而廢氣的熱能被吃幹榨盡後成為殘氣進入冷卻分餾器。在此冷卻分流器中還有能量轉變，這個在【具體實施方式】中還有敘述。在第四循環中，也有能量變化，但沒有敘述必要。
[0011]詳細第四循環，廢物循環:在第二循環中將廢氣裡氧氣以外物質分餾出來的廢物主要是二氧化碳和常溫下氣態的氧化物。其中二氧化碳為主要回收對象，也就是【背景技術】中的氣肥，當然二氧化碳的作用很多，除了當氣肥還有很多其他用途。然後其他氧化物簡稱氣渣，通常化學習慣上把氣渣裡的這些氧化物叫酸性氧化物，這些氣渣是會汙染環境的不能任意排放。爐渣，爐渣的成分為各種金屬鹽、金屬氧化物、鋁系衍生物、矽系衍生物，化學習慣上把這些叫鹼性氧化物(除矽系衍生物)。爐渣和氣渣最簡單的回收方法，把酸性氧化物和鹼性氧化物混合在一起，必要時加點水，就成了穩定安全無毒無害的大自然中常見的複合物，俗稱泥巴。若只是草草了之，這就算完成循環了，不過還想多補充一些。無害化固定酸性氧化物用不了所有的鹼性氧化物，比如化學中強酸制弱酸的方法，僅用硫酸硝酸和矽系衍生物反映生成弱酸的矽酸的反映就能把酸性氧化物進行無害化處理，然後就可以把其他的鹼性氧化物提前分離出來做其他的作用，比如水泥添加劑、化肥添加劑、提鍊金屬等，這些未必要在火力發電廠內完成，可以把廢渣賣給水泥廠、化肥廠、冶金廠等相關企業實現雙贏當然更好。氣渣中的酸性氧化物也並不是一定要無害化才行，比如已經有人把從廢氣中的酸性氧化物做成硫酸硝酸等產品出售，本方案在實施時也能這麼做或賣給有相關資質的企業實現共贏。
[0012]本發明方案附帶的幾個明顯優勢:
1.大量而且純淨的二氧化碳為國家糧食等農作物增產創造條件；
2.大量而且超出現市場消費能力範圍的液氮為支持國家超導事業的發展創造條件，比如全國性的超導磁浮列車；
3.氦氖氬氪氙的大產量對國家航空航天航海工業等，以及幾乎所有工業的推動作用也是不能忽略的；
4.爐渣的回收利用，可對國家的冶金行業提供高純度而且廉價的原材料，對冶金行業的發展有至關重要的幫助。發電成本問題:供給燃燒的製造純氧成本大概為燃料成本的
0.廣0.2倍(就燃煤方式計算)，垃圾發電，垃圾幾乎是不要錢的可以保證賺錢，而燃油、燃煤發電面對發電成本上升雖然未必會虧但還是需要政策支持。
[0013]需要另外說明一下的有兩點。
[0014]I是冷卻分餾器，要把50度降低到-50度甚至-100度，其中製冷方式是多種多樣的，在【具體實施方式】裡發明人採用的是液氧液氮供冷的冷交換模式，但這不是唯一的方式，不排除使用其他的製冷方法。
[0015]2是純氧的製取方式，在【具體實施方式】裡發明人採用的是深冷空氣分餾法製造純氧，但這不是唯一的方式，不排除使用其他的制氧方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和具體實施對對本發明做進一步詳細說明
圖1:結構示意圖，其中有燃燒室a，蒸汽鍋爐b，蒸汽發電機組C，餘熱發電機組d，生活水熱交換器e，冷卻分餾器f，深冷空氣分餾器g。
[0017]圖2:管道示意圖，其中燃料管I，蒸汽管2，餘熱蒸汽管3，回流管4，餘熱廢氣管5，低熱廢氣管6，殘氣管7，再生氧氣管8，冷水管9，生活溫水管10，二氧化碳管11，廢氣其他分餾產物管12，大氣其他分餾產物管13，出爐渣管14，液氧供冷管15，液氮供冷管16，液氧助燃管17，純氧氣管18
【具體實施方式】
[0018]首先是確定4件事，I供氧源的確定，2冷卻分餾器的製冷方式，3餘熱發電機組要還是不要或著採用什麼工作模式餘熱發電機組，4燃料採用什麼燃料，垃圾還是煤炭還是原油等。
[0019]在此【具體實施方式】中，發明人設計的是:1採用深冷空氣分餾法為供氧源。2採取液氮液氧為冷卻液的熱交換製冷方式使冷卻分餾器進行廢氣分餾作業。3餘熱發電機組採用有機工質循環發電系統，能在水溫80度以上進行發電。4燃料採取燃燒後產物比較複雜的垃圾當燃料。
[0020]開始操作:
首先給燃燒室a充滿純氧，隨後從燃料管I送入燃料，點燃燃料並持續供氧及供燃料。燃燒室產生的高熱傳遞給蒸汽鍋爐b裡面的水，水升溫變成水蒸氣從蒸汽管2進入蒸汽發電機組c進行發電。蒸汽發電後熱量降低，從餘熱蒸汽管3進入餘熱發電機組d進行餘熱發電。經過餘熱發電機組後蒸汽的溫度降低到80度左右變成水，通過回流管4再加壓回到蒸汽鍋爐b內，就此蒸汽工作質循環的第一循環結束。
[0021]燃燒室a的火焰持續燃燒，源源不斷的產生二氧化碳等廢氣，燃燒室內的氧氣混合著燃燒後的燃燒產物成為廢氣從餘熱廢氣管排出燃燒室a並進入餘熱發電機組d使發電機組d在餘熱廢氣的熱能驅使下進行發電，與蒸汽餘熱發電的管道是分開的，或者如熱發電機組分成兩部分，一部分用於蒸汽餘熱回收，另一部分用於廢氣餘熱回收。餘熱廢氣經過餘熱發電機組b發電後，熱能下降，溫度約80度左右成為低熱廢氣從低熱廢氣管離開餘熱發電機組b並進入生活水熱交換器e。在生活水熱交換器e裡，冷水從冷水管9進入生活水熱交換器e，與低熱廢氣進行熱交換變成生活用溫水並從生活溫水管10離開生活水熱交換器e，備用。在廢氣的熱能被吃幹榨盡後成為殘氣後從殘氣管7離開生活水熱交換器e並進入冷卻分餾器7。冷卻分餾器7通過連續的階段式的逐個溫度見底的冰箱室對廢氣階段性的逐步降低溫度，在不同的溫度的冰箱室不同氣-液分相的各種成分在相應溫度的冰箱室裡與廢氣主氣流分離出來，各個冰箱室分離出來的液相成分通過各自的管道排除來並收集，其中關鍵的二氧化碳從二氧化碳管11排除，其他成分從其他分餾產物管12排除，其他分餾產物管12是多根產物管道的總稱。當廢氣降低到-50攝氏度時，廢氣中不能燃燒的部分已經基本分離完了，此時的廢氣不再是廢氣而是純度很高的氧氣，故稱再生氧，再生氧從再生氧氣管8離開冷卻分餾器f並從新進入燃燒室a，完成廢氣再生的第二循環。
[0022]第三循環能源循環貫穿始終，比第一循環加第二循環多一項深冷空氣分餾器g(當然第三循環牽涉部件很多，只是那更多的不見沒有介紹的價值)。深冷空氣分餾器g，是本【具體實施方式】的供氧源，擁有氧氣純度高、連續制氧成本低、附帶產品多等常規優點，而且在冷卻分餾器f的冷卻作用中提供關鍵的製冷源，實現一次製冷全局享用，這是都是發明人青睞深冷空氣分餾制氧的原因。深冷空氣分餾器g，把大氣深冷分餾產品一一分開，液氧通過液氧助燃管17進入燃燒室a，可作為燃燒前把燃燒室a充滿純氧，也可在後期再需要加大燃燒力度時提供氧(液氧容易爆炸，無非必要通常不參與持續燃燒)。另外液氧還通過液氧供冷管15進入冷卻分餾器f並為其提供製冷源。液氧在給廢氣製冷的同時自身溫度升高並氣化成為氣態氧，氣態氧通過純氧氣管18離開冷卻分餾器f進入燃燒室a，以支持燃燒室a裡的持續燃燒(純氧氣管18裡的氣態氧只要是低於-50攝氏度的氣態氧屬於工作正常)。在廢氣中二氧化碳濃度低於40%的情況下，液氧能提供足夠冷源用於冷卻分餾器f的正常工作，假如液氧製冷力度不夠或二氧化碳濃度過高，深冷空氣分餾器g還能把液氮通過液氮供冷管16送達冷卻分餾器f為冷卻分餾提供充足的冷源(提供製冷用的液氮在喪失製冷作用後不再具有回收價值直接排放)。深冷空氣分餾器g，把大氣分餾產物通過各自產物的管道分別收集起來，其中包裹用不完的氧和氮，大氣其他分餾產物管13是這些多根管道的總稱。
[0023]第四循環，爐渣和氣渣的循環利用:大量的二氧化碳作為氣肥為國家糧食等農作物的增產增收創造有利條件。而且二氧化碳的其他作用也很多，可多方面利用。
[0024]然後是廢氣中的其他廢棄物簡稱氣渣，通常化學習慣上把氣渣裡的這些氧化物叫酸性氧化物這些氣渣是會汙染環境的不能任意排放。爐渣，爐渣的成分為各種金屬鹽、金屬氧化物、鋁系衍生物、矽系衍生物，化學習慣上把這些叫鹼性氧化物(除矽系衍生物)。最簡單的方法，把酸性氧化物和鹼性氧化物混合在一起，必要時加點水，就成了穩定安全無毒無害的大自然中常見的複合物，俗稱泥巴。
[0025]若只是草草了之，這就算完成了第四循環，不過還想多補充一些。無害化固定鹼性氧化物用不了所有的酸性氧化物，比如化學中強酸制弱酸的方法，僅用硫酸硝酸和矽系衍生物反映生成弱酸的矽酸的反映就能把酸性氧化物進行無害化處理，然後就可以把其他的鹼性氧化物提前分離出來做其他的作用，比如水泥添加劑、化肥添加劑、提鍊金屬等，這些未必要在火力發電廠內完成，可以把廢渣賣給水泥廠、化肥廠、冶金廠等相關企業實現雙贏當然更好。氣渣中的酸性氧化物也並不是一定要無害化才行，比如已經有人把從廢氣中的酸性氧化物做成硫酸硝酸等產品出售，本方案在實施時也能這麼做或賣給有相關資質的企業實現共贏。
[0026]另外還需補充一點，困擾垃圾發電的一個重要原因是有毒的二噁英，在本發明裡，燃燒室裡垃圾是在純氧環境下燃燒，輕輕鬆鬆上千的溫度，況且還是純氧，再頑固的二噁英也免不了被燃燒分解的命運，況且本發明中的燃燒部分是全封閉，就算有沒死的二噁英也逃不出無限循環燃燒分解的命運，因此本發明在垃圾處理方面的貢獻也是顯而易見的。[0027]已知缺點:
1.不可避免的混入燃燒的氮氣怎麼排除:氮氣在燃燒室內會和氧氣會緩慢化合成一氧化氮和二氧化氮並且能正常分離出來，需要足以的是混入氮氣必須少，不能超過緩慢化合的速度；
2.混合在氧氣中的氬氣怎麼排除:在氧氣提純時就把氬氣提煉出去，必要時再生氧也可添加氬氣提煉設備；
3.綜合I和2原因，外加現在未知的問題困難，有必要定期執行清爐作業及更換老化設備。
【權利要求】
1.一種是火力發電在封閉環境下生產工作的方案，是結合發電機組封閉循環、燃燒全過程封閉循環、爐渣氣渣半封閉循環和生產過程中能量及經濟效益最大化的綜合方案。
2.權利要求1中的發電機組封閉循環其特徵在於，可以是朗肯循環，推動發電機的工作質無限循環，沒有排放過程，也可以是其他無排放且熱-電轉化率高的其他發電方法，前提就是無排放和能量轉化率高兩個要求，在實際應用中通常採用不同種類發電設備串聯協同達到這兩個要求。
3.權利要求1中的燃燒全過程封閉循環其特徵在於，對於燃燒廢氣中剩餘熱能和所有組成成分採取全部回收的方法實現零排放和能量利用的最大化。
4.權利要求1中的爐渣氣渣半封閉循環其特徵在於，對於燃燒剩下的爐渣和從廢氣中收集來的氣渣進行最大化的綜合利用，在大自然界和社會界發揮最大作用，縱使沒有經濟利益的部分也能在不增加成本負擔的情況下進行無害化處理。
5.權利要求1中的生產過程中能量及經濟利益最大化其特徵在於，在燃燒過程中無排放，做到把熱能被吃幹榨盡，使能量利用率的最大化，所有產物全部回收利用，做到經濟利益最大化。
【文檔編號】F01K27/02GK103912859SQ201410087056
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】張睿強 申請人:張睿強