[发明专利]一种利用镁能氢能发电的系统

说明书

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，特别涉及一种利用镁能氢能发电的系统，具体说是利用金属镁与水反应产生热能，同时燃烧反应所产生的氢气，共同加热工质水，使蒸汽推动汽轮机做功，进行发电的系统。将镁能氢能用作产生热能并转换成电能。是一种有发展前途和值得进一步研究和探索的新能源。

背景技术

镁属于第二主族元素，是银白色活泼金属，与钠同周期，但金属性比钠弱，与水反应生成物跟钠与水反应生成物相似，条件比钠要求高。镁遇湿易燃，遇水或潮气猛烈反应放出氢气，大量放热，引起燃烧或者可能引起爆炸。即：镁与热水(冷水)反应强烈(缓慢)，生成氢氧化镁沉淀物并置换出氢气，氢氧化镁在200℃时分解成氧化镁和水。由此看出，镁与水反应，不仅放出较多的热能，而且还能产生氢能。关键是设计一个可控的方式，以达到从化学反应中获得能量。英国不列颠哥伦比亚省白石镇MagPower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。美国帕萨迪纳加州理工学院的Andrew Kindler正在开发一种通过镁与蒸汽反应，从而为行驶在路上的燃料汽车提供氢的方法，这一反应能产生适合燃料电池的氢，而此过程中同时产生的氧化镁则是一种相对不错的副产品。虽然国外做了上述工作，但还很不成熟，而且还没有设计出大规模利用镁能氢能的工业发电系统。充分利用镁能热量及反应产物，设计出同时利用镁反应热能和所产生氢能的新型系统十分必要，是实现新能源开发的迫切要求。也是中国形成独立自主知识产权的重要任务，由此可以为我国在镁能发电领域处于领先地位奠定一定基础。

发明内容

本发明的目的是针对现在还没有利用镁能氢能发电的技术而提出的一种利用镁能氢能发电的系统，其特征在于，所述镁能氢能发电系统是利用镁金属与蒸汽反应产生热能并利用生成的氢能继续产生热能来发电。基本原理是在制氢腔中镁粒与蒸汽反应，生成氢气并产生热量。氢气与空气的混合气体被引出，到燃烧腔继续燃烧其中氢气，产生更多的热量，加热蒸汽产生过热蒸汽，过热蒸汽去推动汽轮机做功发电。

镁能氢能发电系统的具体工作流程为给水通过低压加热器22、除氧器23、给水泵24、高压加热器25，进入镁能氢能蒸汽发生装置18，在蒸汽发生装置18中吸收热量变为过热蒸汽，然后进入汽轮机19做功，汽轮机19带动发电机20发电，做过功的蒸汽通入凝汽器21变成冷凝水，之后再通过低压加热器22进行循环。

镁能氢能蒸汽发生装置18主要分为两个腔室：制氢腔和燃烧腔。在制氢腔下部装置有水冷式布风板3，布风板下部装有一次风风箱1，一次风风箱1旁边有底渣收集器2；在制氢腔壁面上装有给镁机4和二次风喷嘴5，其中给镁机4装于二次风喷嘴5下方；制氢腔四周装有制氢腔水冷壁6，制氢腔顶部安装第一换热器7；制氢腔中水冷式布风板3、制氢腔水冷壁6、制氢腔顶部的第一换热器7通过第一联箱26(水冷式布风板3和制氢腔水冷壁6之间)以及第二联箱27(制氢腔水冷壁6和第一换热器7之间)连接，使制氢腔构成通路，其中制氢腔水冷壁6给水来自汽包14。制氢腔连接有气固分离器8，气固分离器8下方装有固体收集器9，气固分离器8出口端通往燃烧腔。燃烧腔下方装有氢气燃烧器10，氢气燃烧器10下方装有三次风风箱11，氢气燃烧器10燃料入口与气固分离器8相连；燃烧腔四周装有燃烧腔水冷壁12，燃烧腔顶部安装第二换热器13；燃烧腔水冷壁12和燃烧腔顶部的第二换热器13之间通过第三联箱28连接；在燃烧腔或制氢腔上部装有汽包14，汽包14的蒸汽大部分通往汽轮机19做功，小部分通往制氢腔一次风风箱1，燃烧腔后装置有尾部通道，尾部通道中从上到下依次布置有给水预热器15、空气预热器16、脱水干燥器17；给水预热器15进口接主给水管路，出口通往汽包14，空气预热器16出口通往一次风风箱1、二次风喷嘴5、三次风风箱11。

所述燃烧腔顶部的第二换热器13可以作为过热器或再热器使用。

所述制氢腔中，由给镁机4给入的镁粒在一次风风箱1、水冷式布风板3和二次风喷嘴5的共同作用下做流化运动，并与一次风中的水蒸气发生反应。生成的氢气连同多余的空气以及部分反应产物氧化镁一起进入气固分离器8中。

所述蒸汽发生装置18产生的蒸汽中的一小部分被引往一次风风箱1，同一次风一起进入制氢腔作为制氢用蒸汽，在制氢腔中镁粒与蒸汽发生反应生成氧化镁和氢气，同时产生热量。