[发明专利]一种双模多级液态金属磁流体发电系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种双模多级液态金属磁流体发电系统及其工作方法，属于能源综合利用领域。该系统可将生物质能、核反应堆等作为热源，首先加热某种液态金属，使之先发生部分汽化，以自推动的方式流经发电通道发电；接着以发电后的液态金属为热源，与低沸点工质混合使之蒸发，继续推动液态金属流经下一级发电通道发电，直至液态金属温度降至不再适合用作低沸点工质的热源。本发明通过采用双模多级的液态金属磁流体发电方式，可将各类能源以梯级利用的策略更充分地转化为高品位电能，形成节能环保、经济性好的发电技术路线，有利于实现能源的高效利用。

技术领域

本发明涉及一种液态金属磁流体发电的系统及其工作方法，尤其涉及一种双模多级液态金属磁流体发电系统及其工作方法，属于能源综合利用领域。

背景技术

磁流体发电机主要有两种形式，高温等离子气体磁流体发电机和液态金属磁流体(Liquid Metal MagnetoHydroDynamics，简称LMMHD)发电机，前者以高温电离的导电气体为工质，对热源温度要求很高，通常在3000℃以上。液态金属相比高温电离气体，具有导电率高，比热大，对热源温度要求相对较低等优点，因此可适用的热源更加广泛。

而由于液态金属有一定的粘度，因此需要在液态金属中相变产生气泡，膨胀的气泡像多级活塞泵一样推动液态金属快速流过发电通道切割磁感线发电。目前，常见的解决方案是采用液态低沸点工质与高温液态金属接触混合，前者受热汽化推动后者进入发电通道发电。但这种方案在流体经过发电通道后需要对液态金属和气态低沸点工质进行两相分离，分离后再经各自的回路重新进入混合器，增加了系统的复杂性。

发明人提出，当热源温度高于液态金属沸点时，可采用液态金属自身受热蒸发产生气泡作为推动力，系统可以只有一条回路，不需要分离器，结构简单紧凑，稳定性好；且由于没有低沸点工质的渗入，液态金属流体的导电率较高，发电效果更好。此方案的热源选择性也是相对广泛的，既可以是太阳能、生物质能等可再生能源，也可以是煤炭、石油、核能等不可再生能源。比如生物质经不同的燃料制备技术可产生甲烷、乙醇或柴油等产品，产品燃烧后的烟气温度可达到近2000℃；又比如以石墨作慢化剂、氦气作冷却剂、铀作核燃料的核反应堆，其堆芯温度很高，氦气出口温度可达1000℃。而一些液态金属沸点较低，如钾的沸点只有800℃左右，上述热源足以将其汽化或部分汽化。但在这种方案中，流体经过发电通道后仍然具有较高的温度，有较多的热能并没有达到充分利用。

发明内容

发明目的：

针对上述技术中的不足，特别是液态金属自蒸发自推动流经发电通道发电后，温度仍然较高，本发明提出一种双模多级液态金属磁流体发电系统及其工作方法，可将各类热源以梯级利用的策略更充分地转化为高品位电能，形成节能环保、经济性好的发电技术路线，有利于实现能源的高效利用。

技术方案：

一种双模多级液态金属磁流体发电系统(如图1)，包括零级液态金属自蒸发自推动发电子系统、一级低沸点工质蒸发推动发电子系统、冷凝子系统，所述零级液态金属自蒸发自推动发电子系统包括液态金属受热蒸发器、零级磁流体发电通道和零级MHD泵，所述一级低沸点工质蒸发推动发电子系统包括一级混合器、一级阀门、一级磁流体发电通道和一级分离器，所述冷凝子系统包括冷凝器、工质泵；所述零级MHD泵的出口和所述液态金属受热蒸发器的入口连接，所述液态金属受热蒸发器的出口和零级磁流体发电通道的入口连接，零级磁流体发电通道的出口和一级混合器的金属气液两相流入口连接，一级混合器的出口和一级磁流体发电通道的入口连接，一级磁流体发电通道的出口和一级分离器的入口连接；一级分离器的液态金属出口和零级MHD泵的入口连接，一级分离器的气态低沸点工质出口和冷凝器的气态低沸点工质入口连接；冷凝器的液态低沸点工质出口和工质泵的入口连接，工质泵的出口经一级阀门和一级混合器的液态低沸点工质入口连接，冷凝器的冷却介质入口用以输入冷却介质，冷却介质出口用以输出冷却介质。