[發明專利]一種利用鎂能氫能發電的系統

有效

• 申請號: 201010293903.5
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN102003698A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 周濤;孫燦輝;樊昱楠
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F22B31/08
• 分類號: F22B31/08;F01D15/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于新能源發電技術領域，特別涉及一種利用鎂能氫能發電的系統，具體說是利用金屬鎂與水反應產生熱能，同時燃燒反應所產生的氫氣，共同加熱工質水，使蒸汽推動汽輪機做功，進行發電的系統。將鎂能氫能用作產生熱能并轉換成電能。是一種有發展前途和值得進一步研究和探索的新能源。

背景技術

鎂屬于第二主族元素，是銀白色活潑金屬，與鈉同周期，但金屬性比鈉弱，與水反應生成物跟鈉與水反應生成物相似，條件比鈉要求高。鎂遇濕易燃，遇水或潮氣猛烈反應放出氫氣，大量放熱，引起燃燒或者可能引起爆炸。即：鎂與熱水(冷水)反應強烈(緩慢)，生成氫氧化鎂沉淀物并置換出氫氣，氫氧化鎂在200℃時分解成氧化鎂和水。由此看出，鎂與水反應，不僅放出較多的熱能，而且還能產生氫能。關鍵是設計一個可控的方式，以達到從化學反應中獲得能量。英國不列顛哥倫比亞省白石鎮MagPower的工程師已經開發出一種金屬空氣電池，該電池通過使用水、空氣與作為陽極電源的鎂金屬進行反應來產生電能。美國帕薩迪納加州理工學院的Andrew?Kindler正在開發一種通過鎂與蒸汽反應，從而為行駛在路上的燃料汽車提供氫的方法，這一反應能產生適合燃料電池的氫，而此過程中同時產生的氧化鎂則是一種相對不錯的副產品。雖然國外做了上述工作，但還很不成熟，而且還沒有設計出大規模利用鎂能氫能的工業發電系統。充分利用鎂能熱量及反應產物，設計出同時利用鎂反應熱能和所產生氫能的新型系統十分必要，是實現新能源開發的迫切要求。也是中國形成獨立自主知識產權的重要任務，由此可以為我國在鎂能發電領域處于領先地位奠定一定基礎。

發明內容

本發明的目的是針對現在還沒有利用鎂能氫能發電的技術而提出的一種利用鎂能氫能發電的系統，其特征在于，所述鎂能氫能發電系統是利用鎂金屬與蒸汽反應產生熱能并利用生成的氫能繼續產生熱能來發電。基本原理是在制氫腔中鎂粒與蒸汽反應，生成氫氣并產生熱量。氫氣與空氣的混合氣體被引出，到燃燒腔繼續燃燒其中氫氣，產生更多的熱量，加熱蒸汽產生過熱蒸汽，過熱蒸汽去推動汽輪機做功發電。

鎂能氫能發電系統的具體工作流程為給水通過低壓加熱器22、除氧器23、給水泵24、高壓加熱器25，進入鎂能氫能蒸汽發生裝置18，在蒸汽發生裝置18中吸收熱量變為過熱蒸汽，然后進入汽輪機19做功，汽輪機19帶動發電機20發電，做過功的蒸汽通入凝汽器21變成冷凝水，之后再通過低壓加熱器22進行循環。

鎂能氫能蒸汽發生裝置18主要分為兩個腔室：制氫腔和燃燒腔。在制氫腔下部裝置有水冷式布風板3，布風板下部裝有一次風風箱1，一次風風箱1旁邊有底渣收集器2；在制氫腔壁面上裝有給鎂機4和二次風噴嘴5，其中給鎂機4裝于二次風噴嘴5下方；制氫腔四周裝有制氫腔水冷壁6，制氫腔頂部安裝第一換熱器7；制氫腔中水冷式布風板3、制氫腔水冷壁6、制氫腔頂部的第一換熱器7通過第一聯箱26(水冷式布風板3和制氫腔水冷壁6之間)以及第二聯箱27(制氫腔水冷壁6和第一換熱器7之間)連接，使制氫腔構成通路，其中制氫腔水冷壁6給水來自汽包14。制氫腔連接有氣固分離器8，氣固分離器8下方裝有固體收集器9，氣固分離器8出口端通往燃燒腔。燃燒腔下方裝有氫氣燃燒器10，氫氣燃燒器10下方裝有三次風風箱11，氫氣燃燒器10燃料入口與氣固分離器8相連；燃燒腔四周裝有燃燒腔水冷壁12，燃燒腔頂部安裝第二換熱器13；燃燒腔水冷壁12和燃燒腔頂部的第二換熱器13之間通過第三聯箱28連接；在燃燒腔或制氫腔上部裝有汽包14，汽包14的蒸汽大部分通往汽輪機19做功，小部分通往制氫腔一次風風箱1，燃燒腔后裝置有尾部通道，尾部通道中從上到下依次布置有給水預熱器15、空氣預熱器16、脫水干燥器17；給水預熱器15進口接主給水管路，出口通往汽包14，空氣預熱器16出口通往一次風風箱1、二次風噴嘴5、三次風風箱11。

所述燃燒腔頂部的第二換熱器13可以作為過熱器或再熱器使用。

所述制氫腔中，由給鎂機4給入的鎂粒在一次風風箱1、水冷式布風板3和二次風噴嘴5的共同作用下做流化運動，并與一次風中的水蒸氣發生反應。生成的氫氣連同多余的空氣以及部分反應產物氧化鎂一起進入氣固分離器8中。

所述蒸汽發生裝置18產生的蒸汽中的一小部分被引往一次風風箱1，同一次風一起進入制氫腔作為制氫用蒸汽，在制氫腔中鎂粒與蒸汽發生反應生成氧化鎂和氫氣，同時產生熱量。