单独采用磁流体动力学的高效率的发电方法与发电系统技术方案

单独采用ＭＨＤ的高效率发电方法及系统，该方法包括步骤：将ＭＨＤ发电设备的ＭＨＤ发电机废气中的废热通过煤气化炉变换为煤气的化学能的热化学煤气化步骤；将经过上述煤气化炉的上述废气的废热通过燃料预热器作为上述煤气燃料的显热回收的预热步骤；将经过上述燃料预热器的上述废气的废热通过碘－硫反应转换为氢能的碘－硫反应步骤；通过上述三个阶段的步骤，ＭＨＤ发电机的高温的废气的废热可作为化学能与燃料的显热回收，同时使此回收的能量再循环到上述ＭＨＤ发电设备的燃烧器中而于纯氧中燃烧此煤气燃料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将煤炭用作发电资源，以此煤炭的燃烧等离子体为工作流体的磁流体动力学(Magnetohydrodynamics)发电的方法与系统。特是涉及仅采用磁流体动力学(MHD)的高效率的发电方法与发电系统。
技术介绍
将燃烧器发生的燃烧等离子体通过MHD发电机进行发电的MHD发电设备，是以燃烧等离子体为工作流体的有着最高温度的热机，为了生成具有通电性的等离子体状态，其工作温度的下限约2000℃。因此，为了不把2000℃以下的能量浪费而把它作为电功率有效地取出，包括有MHD发电设备及用于操作它的外围设备的已有的发电系统，是把兼用蒸气-涡轮机循环的“MHD-蒸气复合循环”作为基本设计概念而构成的。再有，以往的MHD发电系统其燃烧过程主要是以空气作为氧化剂的燃烧，而为了实现高温的燃烧温度是用MHD发电机的废热来预热空气。这就是说，在此基本上是形成把MHD发电机的废热的一部分用作预热空气再循环到燃烧器中而将余剩的部分再循环到蒸气循环中以有助于发电这样一个能量流。但在上述这种循环中存在着下述问题第一，由于蒸气循环的效率，蒸气循环中能量的一半以上被浪费地释放到冷却水中；第二，由于再循环到MHD发电设备的燃烧器中的能量少而难以获得高温，因而需要增富氧气，结果只能期待50～55％的总效率；第三，空气燃烧的生成物中含有许多的氮氧化物，处理NOx以及在同时分离回收二氧化碳是极为困难的。此外，以往的燃煤式MHD发电系统采用的是将富氧空气与煤炭直接混合燃烧的方法。这种情形下由于煤炭固体粒子而使热辐射损失增大，从而会降低等离子体的温度进而将降低电导率，由于大输出的发电需要大规模的发电机，因而在经济性上便成了问题，此外还有熔融的煤炭灰附着到发电机的机壁上而使此机壁的寿命显著降低的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术的目的在于提供这样的仅借助MHD的发电系统，它把煤炭用作发电资源，同时能消除以往的MHD发电系统难以解决的上述种种问题，同时能将二氧化碳完全液化回收，且有着比已有的MHD发电系统、新型的燃气轮机发电系统以及其他任何复合的发电系统的更高的效率。为了达到上述目的，本专利技术的一个方面，单独采用MHD的高效率发电方法，其特征在于它包括步骤将MHD发电设备的MHD发电机废气中的废热通过煤气化炉变换为煤气的化学能的热化学煤气化步骤；将经过上述煤气化炉的上述废气的废热通过燃料预热器作为上述煤气燃料的显热回收的预热步骤；将经过上述燃料预热器的上述废气的废热通过碘-硫反应转换为氢能的碘硫反应步骤；通过上述三个阶段的步骤，MHD发电机的高温的废气的废热可作为化学能与燃料的显热回收，同时使此回收的能量再循环到上述MHD发电设备的燃烧器中而于纯氧中燃烧此煤气燃料。此外，本专利技术的另一方面，单独采用MHD的高效率发电系统，其特征在于它包括通过纯氧来燃烧不含二氧化碳的煤气与氢的混合燃料的燃烧器；具有以此燃烧等离子体为工作流体发电的MHD发电机的MHD发电设备；用上述MHD发电机的高温废气的废热将煤炭与水改性为包含二氧化碳与水份的混合煤气的煤气化炉；用上述煤气化炉的混合煤气与上述MHD发电机的高温废气相混合的高温混合煤气的废热来预热上述混合燃料的燃料预热器；用上述燃料预热器的混合煤气的废热，将水通过碘-硫反应分解为混合于不含上述二氧化碳的煤气中的氢和送往上述燃烧器中的氧的碘-硫反应装置；将从上述碘-硫反应装置排出通过过滤器而除去了杂质的混合煤气进行加压与隔热膨胀，由液化除去二氧化碳而获得上述不含二氧化碳的煤气的二氧化碳/燃料的分离装置。此外，在本专利技术的仅借助MHD的高效率发电系统中，上述碘-硫反应装置最好是由上述燃料预热器的混合煤气的废热来预热上述不含二氧化碳的煤气，这样能获得更高的效率。这样，根据本专利技术的MHD发电方法与MHD发电系统，能在将煤碳用作发电资源的同时消除已往的MHD发电系统难以解决的前述种种问题，而且能将二氧化碳完全液化回收，能够提供比已有的MHD发电系统、新颖的燃气轮机发电系统以及其他任何的复合发电系统有更高效率的发电系统。据此可以预期本专利技术的MHD发电方法与MHD发电系统有以下的效果。(1)作为能量科技的效果，能导致“绿色媒”技术的发展、制氢技术的发展与气体分离技术的发展。(2)作为经济效果，由于是单机高效率发电系统，与已有的复合发电比较，能减少大量的建设费用与降低电费。(3)作为社会的效果，能减轻环境负荷、发展对处地球变暖的技术、通过有效地节约资源和利用煤炭资源而能有效地长期稳定地确保能量供应。附图说明图1是示明用于进行本专利技术的仅借助MHD的高效率发电方法-实施例的，本专利技术的仅借助MHD的高效率发电系统实施例的系统结构图。图2是示明上述实施例中MHD发电系统的MHD发电机效率与系统效果关系的曲线图。图中各标号的意义如下1，MHD发电设备；1a，燃烧器；1b，MHD发电机；1c，扩散器；2，煤气化炉；3，燃料预热器；4，IS系统；5，过滤器；6，CO2/燃料分离系统；6a，马达；6b，压缩机；6c，汽轮机；6d，发电机，6e，CO2分离器。具体实施形式下面通过实施例，根据附图详细说明本专利技术的实施形式。在此，图1是示明用于进行本专利技术的仅借助MHD的高效率发电方法-实施例的，本专利技术的仅借助MHD的高效率发电系统实施例的系统结构图。图2是示明此实施例中MHD发电系统的MHD发电机效率与系统效率关系的曲线图。图1所示的上述实施例的MHD发电系统的主要结构部件包括具有燃烧器1a与MHD发电机1b以及扩散器1c的MHD发电设备1；注水型高温煤气化炉2，蓄热式燃料预热器3；用作碘-硫反应装置的IS系统4，过滤器5；作为二氧化碳/燃料分离装置的压缩/膨胀型CO2/燃料分离系统6；制氧装置7。在此实施例的MHD发电系统中，由CO2/燃料分离系统6从二氧化碳分离出体积比约为2∶1的一氧化碳和氢为主要成分的煤气燃料，与由IS系统4经过水分解制成的氢混合后，通过蓄热室燃料预热器3加热到约2000℃后，投入MHD发电设备1的燃烧器1a内。燃烧器1a中的燃烧用的氧是由IS系统4的生成物以及由另外方法通过制氧装置7经空气分离制成的液体氧。具体地说，此实施例的MHD发电系统的上述实施例的MHD发电方法是通过下述步骤进行MHD发电。在MHD发电设备1的燃烧器1a中，将图1中最下部分所示的CO2/燃料分离系统6经蓄热式燃料预热器3送来的，由煤气燃料(一氧化碳与氢)与IS系统4的碘-硫反应过程(IS过程)生成的氢两者所成的混合燃料，用纯氧燃烧。此外，IS系统生产出的氢在进入蓄热式燃料预热器3之前的阶段，混合到不含CO2的由CO与H2组成的上述煤气燃料中。MHD发电由于是以等离子体工作，故在燃烧气体中为使之具有导电性而以粉粒形式添加碳酸钾(K2CO3)。此碳酸钾粉粒于高温下热分解(离解)，进而钾电离成为电子与K离子。在燃烧器1a内，成为燃烧等离子体的燃烧气体在通过MHD发电机1b内时进行MHD发电。从MHD发电机1b排出的高温燃烧气体(MHD的废气)经扩散器1c恢复压力，同时将适量的热分给未图示的蒸气循环。在由汽轮机与由其驱动的发电机等组成的蒸气循环中，若不对此蒸气循环进行热分配则燃烧温度有时会变得过高，因而需附加热分配的措施，其主要目的虽为控制燃烧温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单独采用ＭＨＤ的高效率发电方法，其特征在于它包括下述步骤：将ＭＨＤ发电设备的ＭＨＤ发电机废气中的废热通过煤气化炉变换为煤气的化学能的热化学煤气化步骤；将经过上述煤气化炉的上述废气的废热通过燃料预热器作为上述煤气燃料的显热回收的预热步骤；将经过上述燃料预热器的上述废气的废热通过碘－硫反应转换为氢能的碘－硫反应步骤；通过上述三个阶段的步骤，ＭＨＤ发电机的高温的废气的废热作为化学能与燃料的显热回收，同时使此回收的能量再循环到上述ＭＨＤ发电设备的燃烧器中，在纯氧中燃烧此煤气燃料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：粥川尚之，王永明，
申请(专利权)人：北海道大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]