一种发电的封闭循环系统和方法使用蒸汽将电荷载体传递通过ＭＨＤ发电机。水滴、细微粒或其混合物作为电荷载体。细微粒足够小以基本无损地或无损地经过泵和流动路径中的其它设备，由此不需要去除和重新注入种子材料或在排放至环境前对其进行处理。现有技术中ＭＨＤ发电机的高工作温度得以避免，从而允许使用更为廉价和容易获得的材料。该系统和方法还允许ＭＨＤ发电机作为单环路发电系统中的及底循环，而传统蒸汽气轮发电机作为至顶循环，这导致温室气体和其它污染物的排放减少，单位发电量对环境的热损耗降低所引起的加热速率蒸高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总地涉及通过磁流体动力(MHD)发电机发电，更具体地涉及封闭循环 MHD发电机。
技术介绍
借助矿石燃烧蒸汽发生器或汽化器的用于驱动蒸汽气轮发电机发电已相当成 熟。借助磁流体动力(MHD)或磁液体动力(MFD)的发电已用于多种小规模应用。在20世纪后半期，发电领域中尝试使用MHD的大规模应用。这些应用想办法 用矿石燃烧发生器上游的热废气来发电。目的是直接地共生电力，即没有介入涡轮 发电机，将其作为通过传统蒸汽气轮发电机产生的主电力补充。如图l所示，磁流体动力或MHD发电发生在部分离子化的热燃气(等离子体) 20通过磁场而膨胀时。聚集通道10中的电极从运动气体中获得能量。流过由磁体 30产生的磁场的导电气体20形成与通过磁场移动电线相同的电势。这形成直流电 40。该直流电被调整并逆变为向传统配电系统供电的交流电50。在传统MHD发电中，在将近5000F(2760。C)的温度下在燃煤器中产生热气20。 通常认为即使在很高的气体温度下，也必须通过在气体中散播易离子化的材料而增 加可获得的气体离子化。钾化合物是优选的。失去作用的种子(seed)化合物出于 经济和环境原因被处理和再循环。MHD系统包括具有产生高温等离子体20的播种能力的高温燃煤器，所述高温 等离子体20通过喷嘴25进入磁场。气体通过磁场膨胀并随后进入高温陶瓷空气加 热器60。为达到等离子体20所要求的高气体温度，使其必须对燃烧空气/氧气具 有大约3000F(1649。C)的温度。在空气加热器60的下游，冷却气体进入电站循环 的蒸汽底部。电站的底部由能够产生蒸汽IOO的传统蒸汽发生器组成，该蒸汽发生 器向气轮发电机80供能。基于图l所示循环的研究引发出IOOOMW输出的MHD等蒸汽电站的先进设计。用于该研究的先进理念包括3100F(1704。C)直接燃烧陶瓷空气预加热器、高效率 电动机驱动轴向压縮机、低热量损失的高温(1.467kPa)燃烧、超导磁体30、低 热量损失的陶瓷通道电极、高静电应力设计、中等压力[800psi(1.4Mpa)]通道冷却 IO和高性能扩散器。相比40%左右的传统循环效率，该先进理念的MHD及底循环 基于更高热值导致60.4%净效率的电站。MHD燃烧器的燃烧空气预加热计划为 3100F (1704°C)，具有210psi (14.5巴)的燃烧器压力。及底循环主蒸汽节流阀 压力为5000psi (345巴)；过热器出口蒸汽温度为1200F (649°C);而再加热出 口温度为1050至1150F (566至621。C)。这种循环的环境影响在S02、 NOx、 C02、 微粒、固体废料、冷却热损耗和总耗水量方面明显优于产生相同电量的传统蒸汽电 站。如上所述，实用规模发电的MHD应用采用MHD作为与蒸汽及底循环结合的至 顶循环。该过程采用散播有在高温下被离子化的微粒(通常为钾微粒)的高温气体， 在热气体中形成一团带电微粒。该高温气体只需要使微粒保持离子化并因此带电， 从而形成等离子体或一团带电微粒。在夹带离子化微粒的管道两侧施加磁场，用与 垂直于所施加磁场的方向的蒸汽接触的触头或端子取电流。该过程要求工作在高气 体温度下，以确保气体中的微粒保持离子化。另外，由于种子微粒的成本，要求高 效率地从废气中移去种子微粒以在MHD过程中重新使用，使整个过程在经济上和环 境上可行。已证实为了达到必要的程度，这在经济上是不可能的。与蒸汽及底循环 结合的MHD至顶循环从未在经济上取得成功并已停止研发。最近，日本有人研发出封闭循环或封闭循环MHD，其中气体流过位于MHD发电 机下游的气轮发电机。这一系统记载于5， 086, 234号美国专利中，该专利公开了一 种加热稀有气体(即惰性气体)的加热源以及设置在加热器中用来将碱金属蒸汽作 为种子媒质以提高气体导电性的装置。受热的稀有气体和种子媒质首先被引入MHD 发电机，并随后排入热交换器，在那里从空气中去除种子媒质。已去除种子媒质的 稀有气体随后被压縮并用来驱动气轮发电机单元。通过这样的种子媒质回收，进入 气轮发电机单元的稀有气体基本上不夹带种子媒质。4， 516， 043号美国专利公开一种开放循环MHD系统，其中碳微粒充当电荷载体 并在MHD过程中通过燃烧气体传送。主燃烧器产生含显微镜可见的碳微粒的热气体 流，微粒较佳地具有大约0. 02X 10—6m至0. 04X 10—6m (20-40纳米)的平均直径。热气体流与所夹带的碳微粒一起被引入到对碳微粒充正电的静电充电装置。该充电 装置可与用来从烟道气去除飞尘和其它微粒的静电沉积器基本相似。燃烧气体和带电的电荷载体被引入到MHD发电机，并随后排至后燃器，碳微粒在那里经燃烧从气 流中去除。MHD发电机工作在大约150(TC和2500'C之间的温度。燃烧气体中的热 量_一包括从碳微粒的燃烧得到的热量一一用来产生蒸汽以在蒸汽及底循环中运 行蒸汽气轮发电机。上述配置的目的是提供一种不需要散播碱金属的较低成本的 MHD至顶循环。上述MHD系统将高温燃烧气体或惰性气体作为工作流体以通过MHD发电机传 递电荷载体。当与蒸汽或气体涡轮结合以提高循环效率时，MHD发电机位于涡轮发 电机上游作为MHD至顶循环的一部分。种子材料或者从工作流体中去除并随后返回 至封闭循环系统的工作流体，或者从开放循环系统中的系统排出。
技术实现思路
本专利技术针对一种发电的封闭循环系统和方法，其中将蒸汽作为工作流体以将 电荷载体传递通过MHD发电机。水滴、细微粒或其混合物作为电荷载体。所使用的 微粒足够小以允许微粒基本无损地或无损地经过流动路径中的泵和其它设备。这有 利于消除去除和再注入种子材料的需要，或在排放至周围环境之前对其进行处理。 本专利技术避免了现有技术中的MHD发电机的高工作温度，由此允许使用更廉价和更容 易获得的材料。该系统和方法还允许将MHD发电机用作单环路发电系统的及底循 环，将传统蒸汽气轮发电机作为至顶循环。这些优点和其它优点允许以增加的热比值(KWH/BTU燃料输入)发电，这导致 温室气体、微粒和其它污染物的排放减少，降低对环境的热损耗(从矿石燃烧蒸汽 发电产生的以每KWH为基础的电力)以及潜在的更低成本。因此，本专利技术的一个方面针对用于发电的系统。该系统包括排放蒸汽和电荷 载体的流体混合物的汽化器。与汽化器流体连通的充电装置对电荷载体充电，并通 过蒸汽将带电的电荷载体传至磁流体动力发电机。磁流体动力发电机从充电装置接 收蒸汽和带电的电荷载体，并从中产生电力。该系统包括不去除电荷载体地使蒸汽 和电荷载体从磁流体动力发电机返回至汽化器的装置。本专利技术的另一方面针对具有用于排放蒸汽和电荷载体的流体混合物的汽化器的发电系统，其中电荷载体包括平均直径从大约100纳米至大约5000纳米的微粒。 该系统还具有与汽化器流体连通的充电装置，用来对电荷载体充电。磁流体动力发 电机从充电装置接收蒸汽和带电的电荷载体，并从中产生电流。位于汽化器下游和 MHD发电机上游并与它们流体连通的蒸汽气轮发电机产生附加的电力。该系统包括不去除电荷载体地使蒸汽和电荷载体从蒸汽气轮发电机返回汽化器的装置。本专利技术的又一方面针对一种发电方法。该方法包括步骤从汽化器排出蒸汽 和电荷载体的蒸汽的混合流(fl本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种发电系统，包括： 汽化器，用来排放流动蒸汽和电荷载体的混合流； 与所述汽化器流体连通的充电装置，用来对电荷载体充电； 磁流体动力发电机，用来从充电装置接收蒸汽和带电的电荷载体并从中产生电流；以及 装置，用于不去除电荷载体地使蒸汽和电荷载体从磁流体动力发电机回到汽化器。
【技术特征摘要】
US 2007-7-19 11/780,1301.一种发电系统，包括汽化器，用来排放流动蒸汽和电荷载体的混合流；与所述汽化器流体连通的充电装置，用来对电荷载体充电；磁流体动力发电机，用来从充电装置接收蒸汽和带电的电荷载体并从中产生电流；以及装置，用于不去除电荷载体地使蒸汽和电荷载体从磁流体动力发电机回到汽化器。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括位于汽化器下游和MHD 发电机上游的蒸汽气轮发电机。3. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述电荷载体是从由水滴、细微 粒及其混合物构成的组中选择的。4. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述电荷载体是水滴。5. 如权利要求1所述的系统,其特征在于，所述电荷载体是平均直径小于5000 纳米的微粒。6. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电荷载体是平均直径大于100 纳米的微粒。7. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电荷载体是非碳质微粒。8. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电荷载体由高电压电势、低 电流电场的充电装置产生。9. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述高电压电场是使用直流电和 交流电的至少其中之一来施加的。10. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述电荷载体是碳质微粒。11. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述系统产生交流电流。12. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述系统产生直流电流。13. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述汽化器是直通汽化器。14. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述汽化器是鼓式汽化器。15. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括冷凝蒸汽并使蒸汽作为 供给水返回汽化器的装置。16. —种发电系统，包括汽化器，用来排放蒸汽和电荷载体的混合流； 与所述汽化器流体连通的充电装置，用来对电荷载体充电； 磁流体动力发电机，用来从充...
【专利技术属性】
技术研发人员：DJ沃克，
申请(专利权)人：巴布科克和威尔科克斯能量产生集团公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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