一种镁能光热发电系统技术方案

本发明专利技术公开了属于新能源发电技术领域的一种镁能光热转化发电装置。该镁能光热发电系统利用超导热管、热管换热器等组成的吸热吸光系统，特别利用外表面镀有镁光选择性吸收镀膜的耐高温玻璃管连续不断地吸收光能将之转化为热量传递给超导热管，利用超导热管及热管换热器将工质水加热成高温高压蒸汽做功发电；同时，系统利用送风口、送料口及火势调节装置实现负荷可控具有冗余性；并利用分离装置、灰渣输送带收集具有市场价值的燃烧产物。该镁能光热发电系统基本结构由镁粉燃烧及燃烧产物收集回路和给水到高温蒸汽的工质传热回路共同构成，将金属镁燃烧生成的热能和光能转化为电能，实现了镁的价值，不仅充分利用了燃烧过程释放的光和热且燃烧产物得到提取回收利用。因此实施方便，控制简单，可靠性高，安全稳定，经济性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新能源发电
，特别涉及一种利用金属镁燃烧发出的光和热进 行发电的一种镁能光热发电系统。具体说，是通过金属镁在相应容器里燃烧，放出大量的光 和热，利用光吸收原理和热吸收原理，尤其利用具有吸光和吸热功能较强的超导热管，将其 转换成电能。同时，收集具有较高价值的燃烧产物。镁能是一种亟待开发和值得进一步探 索的新能源。
技术介绍
镁在地壳中的含量约为2.5%，是第8个最丰富的元素。金属镁燃烧化学反应强 烈，可放出其储藏的巨大能量。在空气中点燃，与氧气合成氧化镁(MgO)放出大量热量，并 使其灼热，放出强烈耀眼的白光，产生白烟；且也可与氮气反应生成氮化镁(Mg3N2)15镁的燃 烧热为24900kJ/kg 25200kJ/kg，且燃烧过程释放巨大的光能，可见燃烧很少质量的镁 就能释放出足够多的能量。另外燃烧产物(MgO、Mg3N2)具有较高的经济价值。关键是设计 一个可控的方式，以达到从镁燃烧中获得能量。英国不列颠哥伦比亚省白石镇的工程师已 经开发出一种金属空气电池，该电池通过使用水、空气与作为阳极电源的镁金属进行反应 来产生电能。以色列巴伊兰大学的Doron Aurbach教授制造了世界上第一个镁锂充电电池， 该电池寿命长，并且性能稳定。然而，目前世界上并没有一个以镁为燃料的发电厂，除了镁 来源的代价问题之外，如何充分利用镁的燃烧热，特别是如何有效利用其强烈的光能，是一 个有待解决的问题。设计出同时利用镁的光能和热能的新型装置十分必要，是实现新能源 开发的迫切要求。也具有形成独立自主知识产权的重要价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种镁能光热发电系统。其特征在于，所述镁能光热发电系 统是一种利用超导热管、热管换热器组成的吸热吸光系统，该系统的基本结构由镁粉燃烧 及燃烧产物收集回路和给水到高温蒸汽的工质传热回路共同构成；由镁粉燃烧及燃烧产物 收集回路将金属镁燃烧生成的热能和光能转化为电能，通过进风口 2、进料口 3及火势调节 装置20实现负荷可控，并利用分离装置6、灰渣输送带18实现将燃烧产物(MgO、Mg3N2)收 集利用；所述镁粉燃烧及燃烧产物收集回路为进料口 3及进风口 2固定在炉膛4左壁上、尾 部烟道7连接在炉膛4右上面、分离装置6和落渣仓5连接在炉膛4右边、灰渣输送带18 在落渣仓5下面、火势调节装置20在炉膛4上部，净化装置8装在尾部烟道7下面组成；给 水到高温蒸汽的工质传热回路分别为装在炉膛4内的超导热管15、分离器超导热管19、下 热管换热器9、上热管换热器13、烟道热管换热器11、换热器12、第二换热器14与上热管换 热器13顺序连接、联箱10分别连接下热管换热器9和烟道热管换热器11、净化装置8连接 鼓风机1和进风口 2、第二换热器14出口连接至汽轮机16、汽轮机连接发动机17所组成； 该系统的基本功能为将镁燃烧的光热能转化为电能且收集具有较高价值的氧化镁和氧化 氮燃烧产物。所述超导热管15位于炉膛4内，吸收燃烧过程中释放的光能和热能。超导热管是 一种高效的传热元件，满足高温高热流密度条件下的传热，由多种无机活性金属及其化合 物混合而成，具体原料配比在去离子水或高纯水IOOOg中含重铬酸钾30 50g、过硼酸钠 10 15g、硼酸3 5g、过氧化钠1 3g、氢氧化铝0. 5 1. 5g、三氧化二钴0. 2 0. 5g、 二氧化锰0. 2 0. 5g ；在外因热的激发下利用微粒子的高频率振动传递热量，具有超常的 热活性和热敏感性，超强导热性能使其导热系数能达纯银的32000倍；在传导方向上几乎 没有温度的衰减并能以超音速传递的速度传递热量，在很宽的温度变化范围内运行。所述超导热管15主要用来吸收镁燃烧的光能和热能；包括两种类型，其中类型一 为超导热管外套有耐高温玻璃管，耐高温玻璃管外表面采用磁控溅射法制备具有镁光选择 性吸收特性的Ni-NiOx薄膜，高选择性吸收镀膜将镁燃烧产生的耀眼白光转化为热能，转化 后的热能随之被内置的超导热管所吸收；类型二为独立的超导热管，外部不设置耐高温玻 璃管，主要吸收镁燃烧直接产生的大量热量；两种结构类型的超导热管交错布置，充分吸收 光能和热能。所述分离器超导热管19为独立的超导热管，其外部不需设置耐高温玻璃管，位于 分离装置所在的腔体内，主要有效地将分离装置分离出的燃烧产物的热量进行回收。所述烟道热管换热器11位于尾部烟道内，主要回收未参与燃烧的空气中的热量， 热管的蒸发段处于烟道热管换热器11烟气流通道内，未参与燃烧的高温空气流过此处将 热量传给该热管；该热管的冷凝段处于烟道热管换热器11工质流通通道中，工质流过此处 被加热。所述下热管换热器9位于炉膛下部，主要有效地将下落的燃烧产物中的热量进行 回收，并保护落渣仓，此热管的蒸发段处于灰渣范围内，冷凝段处于下热管换热器9水流通 道，给水流过此处被加热。所述上热管换热器13位于炉膛4上部，主要吸收烟气中的热量及部分镁燃烧热 量，烟气流过上热管换热器13的烟气通道将热量传递给热管蒸发段，工质在上热管换热器 13的工质流通通道内被热管冷凝段加热。所述联箱10连接下热管换热器9和烟道热管换热器11，目的是使通过下热管换 热器9的工质进行均勻混合后再进入烟道热管换热器11，减少不同通道内的工质的不均勻性。所述第一换热器12连接烟道热管换热器11和上热管换热器13，其中利用分离器 超导热管19对其内部工质进行加热，既起到加热工质的作用，又使来自烟道热管换热器11 的工质得到充分的混合。所述第二换热器14连接上热管换热器13和汽轮机16，由于来自炉膛4的超导热 管15的工质的温度最高，利用第二超导热管14在其内部对工质进行进入汽轮机16前的最 后加热，既起到加热工质的作用，又使来自上热管换热器13的工质得到充分的混合。所述分离装置6依据旋风除尘原理，使携带燃烧产物(MgO、Mg3N2)的烟气流做旋转 运动，使烟气流中的燃烧产物颗粒因受离心力作用从空气流中分离出来，与炉膛中镁粉燃 烧过程中落下的燃烧产物一起经过灰渣口由灰渣输送带收集起来。所述进料口 3将一定量的镁粉输送到炉膛，且具有根据负荷需要调节镁粉输送量 的作用，另外，要保证进料口 3的密封性，控制空气温度和湿度，防止镁粉自燃与氧化。所述进风口 2具有控制送风量的作用，从而控制镁的燃烧，达到调节负荷的目的。 送风一方面来自外界经过干燥处理的新空气；另一方面来自尾部烟道未经燃烧的空气，其 经过净化装置除去细微颗粒等杂质，具有一定的热量的空气，实现热量的充分利用。两方面 空气混合后经过进风口送入炉膛使镁粉悬浮燃烧。悬浮燃烧范围大，使炉膛内热管吸光能 力得到强化。所述火势调节装置20利用三甲氧基硼氧六环(7150)对金属镁燃烧火势进行调 节，实现负荷可控；并在事故下处理镁粉火灾。本装置设置在炉膛上部，7150灭火药剂以雾 状的形式喷射到燃烧着的金属镁表面，高温作用下在金属镁表面形成一层硼酐隔膜，使与 空气隔绝而使之熄灭。控制7150灭火药剂量可达到实现负荷调节的效果。所述净化装置8将来自尾部烟道未经燃烧的空气中含有的细微燃烧产物颗粒及 少量的碳、水蒸气等净化除去达到一定指标与新空气混合共同送入炉膛。所述落渣仓5收集在炉膛内直接的镁燃烧产物和由分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁能光热发电系统，其特征在于，所述镁能光热发电系统是一种利用超导热管、热管换热器组成的吸热吸光系统，该系统的基本结构由镁粉燃烧及燃烧产物收集回路和给水到高温蒸汽的工质传热回路共同构成，将金属镁燃烧生成的热能和光能转化为电能，通过进风口（２）、进料口（３）及火势调节装置（２０）实现负荷可控，并利用分离装置（６）、灰渣输送带（１８）实现将燃烧产物收集利用；所述镁粉燃烧及燃烧产物收集回路为进料口（３）、进风口（２）固定在炉膛（４）的左壁上、尾部烟道（７）连接在炉膛（４）右上面、分离装置（６）和落渣仓（５）连接在炉膛（４）右边、灰渣输送带（１８）在落渣仓（５）下面、火势调节装置（２０）在炉膛（４）上部，净化装置（８）装在尾部烟道（７）下面组成；给水到高温蒸汽的工质传热回路由装在炉膛（４）内的超导热管（１５）、分离器超导热管（１９）、下热管换热器（９）、上热管换热器（１３）、烟道热管换热器（１１）、换热器（１２）、第二换热器（１４）与上热管换热器（１３）顺序连接、联箱（１０）分别连接下热管换热器（９和烟道热管换热器（１１）、净化装置（８）连接鼓风机（１）和进风口（２）、第二换热器（１４）出口连接至汽轮机（１６）、汽轮机连接发动机（１７）所组成；该系统的基本功能为将镁燃烧的光热能转化为电能，且收集具有较高价值的氧化镁和氧化氮燃烧产物；其中分离装置（６）依据旋风除尘原理，使携带氧化镁和氧化氮燃烧产物的烟气流做旋转运动，使烟气流中的燃烧产物颗粒因受离心力作用从空气流中分离出来，与炉膛中镁粉燃烧过程中落下的燃烧产物一起经过灰渣口由灰渣输送带收集起来。...

【技术特征摘要】
一种镁能光热发电系统，其特征在于，所述镁能光热发电系统是一种利用超导热管、热管换热器组成的吸热吸光系统，该系统的基本结构由镁粉燃烧及燃烧产物收集回路和给水到高温蒸汽的工质传热回路共同构成，将金属镁燃烧生成的热能和光能转化为电能，通过进风口(2)、进料口(3)及火势调节装置(20)实现负荷可控，并利用分离装置(6)、灰渣输送带(18)实现将燃烧产物收集利用；所述镁粉燃烧及燃烧产物收集回路为进料口(3)、进风口(2)固定在炉膛(4)的左壁上、尾部烟道(7)连接在炉膛(4)右上面、分离装置(6)和落渣仓(5)连接在炉膛(4)右边、灰渣输送带(18)在落渣仓(5)下面、火势调节装置(20)在炉膛(4)上部，净化装置(8)装在尾部烟道(7)下面组成；给水到高温蒸汽的工质传热回路由装在炉膛(4)内的超导热管(15)、分离器超导热管(19)、下热管换热器(9)、上热管换热器(13)、烟道热管换热器(11)、换热器(12)、第二换热器(14)与上热管换热器(13)顺序连接、联箱(10)分别连接下热管换热器(9和烟道热管换热器(11)、净化装置(8)连接鼓风机(1)和进风口(2)、第二换热器(14)出口连接至汽轮机(16)、汽轮机连接发动机(17)所组成；该系统的基本功能为将镁燃烧的光热能转化为电能，且收集具有较高价值的氧化镁和氧化氮燃烧产物；其中分离装置(6)依据旋风除尘原理，使携带氧化镁和氧化氮燃烧产物的烟气流做旋转运动，使烟气流中的燃烧产物颗粒因受离心力作用从空气流中分离出来，与炉膛中镁粉燃烧过程中落下的燃烧产物一起经过灰渣口由灰渣输送带收集起来。2.根据权利要求1所述一种镁能光热发电系统，其特征在于，所述超导热管(15)位于 炉膛4内，吸收燃烧过程中释放的光能和热能。超导热管是一种高效的传热元件，满足高温 高热流密度条件下的传热，由多种无机活性金属及其化合物混合而成，具体原料配比在去 离子水或高纯水IOOOg中含重铬酸钾30 50g、过硼酸钠10 15g、硼酸3 5g、过氧化钠 1 3g、氢氧化铝0. 5 1. 5g、三氧化二钴0. 2 0. 5g、二氧化锰0. 2 0. 5g ；在外因热的 激发下利用微粒子的高频率振动传递热量，具有超常的热活性和热敏感性，超强导热性能 使其导热系数能达纯银的32000倍；在传导方向上几乎没有温度的衰减并能以超音速传递 的速度传递热量，在很宽的温度变化范围内运行。3.根据权利要求1所述一种镁能光热发电系统，其特征在于，所述超导热管15主要用 来吸收镁燃烧的光能和热能；包括两种类型，其中类型一为超导热管外套有耐高温玻璃管， 耐高温玻璃管外表面采用磁控溅射法制备具有镁光选择性吸收特性的M-NiOx薄膜，高选 择性吸收镀膜将镁燃烧产生的耀眼白光转化为热能，转化后的热能随之被内置的超导热管 所吸收；类型二为独立的超导热管，外部不设置耐高温玻璃管，主要吸收镁燃烧直接产生的 大量热量；两种结构类型的超导热管交错...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，刘平，周蓝宇，张记刚，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]