[發明專利]一種以鎂為燃料的發電系統及其工作方法

在審

• 申請號: 202011297083.7
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112282878A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 白文剛;張旭偉;喬永強;張一帆;楊玉;顧正萌;李紅智;姚明宇
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F01K25/00
• 分類號: F01K25/00;F01D15/10;C25C3/04;C25C7/06;F22B33/18
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種以鎂為燃料的發電系統，其特征在于：包括鎂燃料電解制備子系統、鎂燃燒與燃燒產物收集子系統和蒸汽朗肯循環發電子系統；

所述鎂燃料電解制備子系統包括氧化鎂電解裝置(1)、電網中富余的可再生能源電力供應(2)、冷卻器(3)和鎂粉儲罐(4)；氧化鎂電解裝置(1)的電解液進口與MgO物料進口相連接，氧化鎂電解裝置(1)的助熔劑進口與助熔劑輸送管路相連接，氧化鎂電解裝置(1)的電源與電網中富余的可再生能源電力供應(2)相連接，氧化鎂電解裝置(1)的陰極連通冷卻器(3)的熱側進口，冷卻器(3)的熱側出口與鎂粉儲罐(4)的燃料進口相連接；

所述鎂燃燒與燃燒產物收集子系統包括與鎂燃料電解制備子系統的鎂粉儲罐(4)依次連接的鎂粉燃燒器(5)、鍋爐(6)、旋風分離器(7)、換熱器(8)、除塵器(9)和煙囪(10)；鎂粉和空氣經鎂粉燃燒器(5)混和后進入鍋爐(6)中燃燒，燃燒反應放出大量熱量，一部分被鍋爐(6)四周受熱面內的做功工質吸收，另一部分熱量伴隨煙氣經旋風分離器(7)后進入換熱器(8)被工質吸收，鍋爐(6)的煙氣出口與旋風分離器(7)的物料進口相連通，煙氣中固體燃燒產物MgO經旋風分離器(7)分離后從底部予以收集，旋風分離器(7)的氣體出口與換熱器(8)的熱側入口相連通，換熱器(8)的熱側出口與除塵器(9)的進口相連通，除塵器(9)的煙氣出口與煙囪(10)的進口相連通，煙氣中剩余的少量微細MgO顆粒被除塵器(9)收集回收，煙氣最終經煙囪(10)排入大氣；

所述蒸汽朗肯循環發電子系統包括蒸汽輪機(11)、發電機(12)、冷凝器(13)和給水泵(14)；新補充的動力循環工質水與冷凝器(13)冷凝回收得到的凝結水混合后與給水泵(14)的工質進口相連接，給水泵(14)的工質出口與換熱器(8)的冷側進口相連接，換熱器(8)的冷側出口與鍋爐(6)的動力循環工質進口相連接，鍋爐(6)的動力循環工質出口與蒸汽輪機(11)的進口相連接，蒸汽輪機(11)的工質出口與冷凝器(13)的工質進口相連接，發電機(12)與蒸汽輪機(11)同軸連接；新補充的動力循環工質水與冷凝器(13)冷凝回收得到的凝結水混合后進入給水泵(14)升壓后進入換熱器(8)吸熱，吸熱升溫后的工質進入鍋爐(6)，在鍋爐(6)中繼續吸熱升溫后成為高溫過熱蒸汽，高溫過熱蒸汽在蒸汽輪機(11)中膨脹做功并帶動發電機(12)旋轉發電后進入冷凝器(13)。

2.根據權利要求1所述的一種以鎂為燃料的發電系統，其特征在于：所述氧化鎂電解裝置(1)中的助熔劑為MgF2和CaF2的共晶混合物。

3.根據權利要求1所述的一種以鎂為燃料的發電系統，其特征在于：所述電網中富余的可再生能源電力供應(2)是電網中難以被利用的由可再生能源發出的電。

4.權利要求1至3任一項所述的以鎂為燃料的發電系統的工作方法，其特征在于：所述的發電系統以氧化鎂為原料，當電網系統中可再生能源發電過剩或富余時，通過氧化鎂電解裝置(1)對熔融的氧化鎂進行電解，將可再生能源電力通過電化學反應轉化成金屬燃料鎂的化學能進行儲存；當電網系統中可再生能源發電不足或世界上其他某地理位置需要電力供應時，通過鎂燃燒與燃燒產物收集子系統和蒸汽朗肯循環發電子系統將鎂燃料的化學能轉化成電能，對外實現供電；具體的將化學能轉化成電能的過程為：通過氧化鎂電解裝置(1)得到燃料鎂粉，燃料鎂粉和空氣經鎂粉燃燒器(5)混和后進入鍋爐(6)中燃燒，燃燒反應方程式為2Mg+O2＝2MgO，燃燒反應放出大量熱量；新補充的動力循環工質水與冷凝器(13)冷凝回收得到的凝結水混合后經給水泵(14)升壓后依次經換熱器(8)和鍋爐(6)吸熱后成為高溫過熱蒸汽，然后進入蒸汽輪機(11)膨脹做功并帶動發電機(12)旋轉發電；鎂燃料燃燒后的產物MgO分別經旋風分離器(7)和除塵器(9)分離收集后，進行儲存備用，氧化鎂重新進入鎂燃料電解制備子系統，通過氧化鎂電解裝置(1)電解再次得到鎂燃料，實現循環利用，整個過程中原料氧化鎂無消耗。