CN1223355A - 无烟气排放、节能的火力发电技术与装置 - Google Patents

Abstract

本发明无烟气排放、节能的火力发电技术与装置,适用于建设0.6万～60万千瓦机组的火力发电厂(站)。是一种绝无污染的清洁新能源。其原理特征:(1)用特殊催化剂和助催化剂,将CO₂转换成能燃烧发电的CO;(2)CO燃烧生成CO₂,再返回转换装置又成CO……如此封闭循环,无排放物;(3)CO₂先经电磁激励成等离子状态,以提高转换速度和转换效率。主要技术性能:(1)CO₂→CO转换效率98～100%;(2)发电运行费用为燃煤发电的3～10%;(3)新添专用设备费用为同容量发电设备总费用的10～15%,该专用设备投资半年可收回。适用于建设0.6万～60万千瓦机组的火力发电厂(站)。

Description

无烟气排放、节能的火力发电技术与装置

本发明无烟气排放、节能的火力发电技术与装置。适用于建设0.6万～60万千瓦机组的火力发电厂(站)。

目前世界上大多数国家都是以燃煤发电为主，中国燃煤发电占总电量的75～80％，这些发电锅炉烟气，排放大量的二氧化硫和二氧化碳。二氧化硫形成有害的酸雨，而二氧化碳气体大量排放释入大气层中，全世界每年排放量为154～2250亿吨，象温室一样将地球的热量捂住，使地球温度上升、海平面升高，导致沿海岸地区淹没，地球气候异常和生态环境变坏，近年来越加明显。并且CO₂在大气层中能滞留数十年之久而不消失，而各国还在不断继续大量排放，这就是灾难性的全球温室效应。

联合国于1992、1997年分别在巴西和日本召开国际会议，专门研究解决办法，但尚未找到有效的措施，只是磋商限制各国的二氧化碳排放量，并莶署了国际专门条约。

本发明的目的，在于设计一种无烟气排放(无CO₂无SO₂)的清洁新能源用于火力发电，并且投资、运行费用很低，适合于发展中国家0.6万～60万千瓦的热电站需要。

本发明的原理特征：[1]用特殊的催化剂和助催化剂，将燃烧产物烟气的CO₂转换成能燃烧发电的CO,[2]CO燃烧生成的CO₂再返回转换装置又成CO……，虽属火力发电，但无烟气排放，[3]CO₂先经电磁激励成等离子状态，再进行转换反应，以提高转换速度和转换效率。

本发明的主要技术性能：(1)CO₂→CO转换效率98～100％,(2)发电运行费用为燃煤发电的3～10％,(3)新添专用设备投资为同容量发电设备总费用的10～15％，该专用设备投资半年可收回。

本发明经国内外专利检索，未发现相关技术。

图1为本发明循环工作示意框图，图2为成套装置部件组成图，图3为晶体石墨催化装置，图4为图3的B-B剖视，图5为图2的A-A剖视。

本发明装置由转换装置1、催化剂网笼2、轴流风机3、循环管道4、余热锅炉5、小型汽轮发电机6、气体燃烧器10和燃气锅炉7、大型汽轮发电机8和等离子微波装置11等组成(图2)。

在火力发电中，采用燃煤(或燃气)，有燃烧反应： ……(1)这是一个不可逆的化学反应，只有正向(从左至右)反应生成CO₂及放出热量；而没有(或极难)反方向(从右至左)反应，即CO₂很难(或不可能)可逆又变回CO，到目前为止，前人和现有技术，还没有造成这种可逆反应。

本发明的贡献，在于实现这个反向反应，并且工艺较简单，运行费用很低，特别重要之处是应用在工业火力发电，创立一种清洁新能源：

这反应式②是本发明的运行原理，是在一定的条件下才有可能进行。所述的反应式(2)，实质上是一种分解反应(或称离解)，必需先使CO₂气体处于活跃状态(即容易离解状态)-气体等离子状态。

等离子体是物质的气、液、固三态外的第四态，许多化合或分解反应，在分子、原子状态时很难进行，但在等离子状态时却能瞬间快速反应完成。对于气体CO₂尤其如此，有催化剂时更快。

所述的CO₂呈等离子状态，是应用微波放电技术，令CO₂流过微波电磁中，CO₂的自由电子被加速到具有足以将气体解离的高能量，气体被微波放电所击穿，形成等离子体。微波电场的形成是由微波装置11(图2、图3)产生，它的核心元件是磁控管(大功率时采用速调管)。

所述的特殊催化剂，为晶体石墨15(图3～5)，令其呈粒状(φ10左右)，所述的特殊助催化剂，为含稀土元素钇的铁铬铝合金，成带状(截面15×1)19或丝状(φ2)2，还有呈短柱状(φ10×10)14。

晶体石墨转换装置(图3)，中央有一个中心电极16，其外围有圆圈电极13，这两个电极为空腔水冷却，各自有进出水管及电源引线17，加上24～80伏交流工作电压，工作在900℃恒温(自控)，在电级底部有栅格和筛网18(图3)，其材质为含钇的铁铬铝。在两电极之间的空间装满晶体石墨15和助催化剂14，它采用条状(φ10)的含钇铁铬铝截成长10的短柱状，15和14的体积比为10∶1。12为保温耐火砖。

铁铬铝转换装置(图2、图5)，在耐火砖12上固定带状的铁铬铝(含钇)19，在其底部有栅格18,18上放有用φ2丝条编成的网笼2(材质为含钇的铁铬铝)，2内装满晶体石墨15,2的网孔5×5。发热元件19是按星形联接，工作电压为三相380伏。使转换装置工作在恒温900℃(自动控温)。

所述的转换装置有两种型式拱选择使用：(1)晶体石墨转换装置(气流由上至下)，(2)铁铬铝转换装置(气流由下至上)。

所述的CO₂→CO转换循环发电，全过程如下：

1．起动阶段：由气体燃烧器10送入预先准备好的气体燃料(天然气或煤气)和助燃空气(见图2)经点火后，高温火焰9对燃气锅炉加热并准备发电，气体CO燃烧产生的CO₂经循环管道4和轴流风机3被送至转换装置1(图2),CO₂便转换成CO，此气流有900℃高温，CO气流将该热量传给余热锅炉5，并驱动小型气轮发电机6工作，它所发出的电量，主要是供给转换装置1所用，多余的电量供车间其它用，在起动开始时，转换装置由外电网供电，起动运行一段时间后，则由6供电给转换装置1，不需用外界电能，由设备系统内部自行供给解决。

2．正常循环运行阶段：设备经起动运行一段时间后，当燃气锅炉7进入正常工作状态，它和大型汽轮发电机8便开始发电，强大的电力经外电网输出，不同规格为0.6万～60万千瓦机组，当多台并联运行时，还能扩容输出。

进入正常运行时，在7的炉膛内，CO燃烧发热变成CO₂，经轴流风机3和循环管道4，CO₂被送转换装置1，又变回成CO,900℃的高温气流将热传给余热锅炉5进行发电(供给1用)。CO继续流动，经气体燃烧器10进入7炉膛燃烧，在10的侧面有助燃空气入口。CO燃烧又成CO₂,CO₂转换又变回CO……，如此不断无限期的循环，无限期的进行发电输出。因为是封闭循环，无烟气排放，绝无污染。运行费用很低。

所述的特殊催化剂晶体石墨，是一种高强度石墨，基本成分是碳素，它只起催化和诱发作用，本身并不参加化学反应：

等离子体 其中，有个别碳分子参加起诱发作用，可逆反应为：

而特殊的助催化剂含钇的铁铬铝，纯粹是起协助石墨碳的催化作用，本身也不参加反应(无消耗)。

所述的无限期长久循环反应发电，只是在起动开始时送入一次性的气体燃料，正常运行时，就不用再送入任何燃料，就能永久循环发电，但是，它并不是能源永动机。

在长期运行后，气流中的CO含量也会有所下降，这是由于管道接口泄漏，或设备渗透吸附等等原因，会造成不能永久循环下去，但是，由于大气成分中含有0.4％的CO₂，在CO燃烧器10侧面所加入的少量助燃空气中就带入这些CO₂，每循环一次就增加一些外来的CO₂，经转换便成了新增加的CO，举例说明：运行开始时，气流中CO为30％，经一年循环运行，CO成份提高到34～38％即CO增加4～8％，因此在管道系统中设置一个CO存储大气罐，经加压后用钢瓶灌装CO，作为付产品上市出售，将进一步降低运行费用。而重要的意义在于：不但没有CO₂排放，还能消耗在大气层中的CO₂，对减轻温室效应有利。

由于所述的反应式(2)的进行：

生成物除了CO外尚有相应数量的O₂(氧)，这种混合气体到达燃烧器10时，已具备有氧的燃烧条件，所需另加入的助燃空气量△Q1为数不大，所以每循环一次管道系统中所增加的气体量也不大。所述的系统中输出的CO，并不是纯CO，而是管道中的混合气体(成份为CO34～38％,O₂17～19％,N₂43～49％)所输出的气体量为△Q₂，在管道中自动控制令△Q1≈△Q2，则该系统就能正常无限期运行，并保持平衡的稳定状态。这种成份的气体其着火点为800℃左右，而从转换装置1出来的气体虽然有900℃高温，但气流立即进入余热锅炉5的水冷却管道，气流温度马上便降至300～400℃，故气流在管道内不会自燃，只有到达燃烧器10经高温点火后才会开始燃烧发热。

原有燃煤发电厂只要将原锅炉改造成燃气锅炉7，便可使用本发明技术。

本发明技术应用在垃圾焚烧处理最合适。因垃圾中可燃成份少，烧不起来，必须不断加入大量固体或气体液体燃料，费用很高，应用本技术设备，运行系统中能无限循环燃烧，越烧越旺，为垃圾焚烧处理提供用之不尽的清洁能源，还能获得CO付产品(瓶装)。

Claims (4)

1．无烟气排放、节能的火力发电技术与装置，主要包括转换装置、催化剂、助催化剂、微波等离子装置、余热锅炉、燃气锅炉、小型及大型汽轮发电机、轴流风机和循环管道等。其特征是：

1)所述的转换装置1，内装有晶体石墨催化剂15和含稀土元素钇的铁铬铝的助催化剂14，在转换装置电源引线接上工作交流电。

2)所述的CO₂等离子状态，是由微波磁控管11产生电场使气体电离。以提高CO₂→CO的转换速度和转换效率。

2．根据权利要求1所述的无烟气排放、节能的火力发电技术与装置，其特征是：

1)在运行开始时，只要一次性送入气体燃料到燃气锅炉7进行燃烧发电，燃烧烟气CO₂经循环管道4被送到转换装置进CO₂→CO转换，再去燃烧再次转换，如此无限循环发电，不需再加入燃料，无烟气排放。

2)经气体燃烧器10进入的助燃空气中带入的大气中CO₂成份，以补充设备循环时CO(或CO₂)的损失，而使设备能永久循环下去不断发电。

3．根据权利要求1和2所述的无烟气排放、节能的火力发电技术与装置，其特征是：

1)从转换装置1出来的CO气流具有900℃高温，它将热量传给余热锅炉5，并驱动小型汽轮发电机6，所发出的电量供给转换装置1使用，以实现能量自给。

2)所述的转换装置1，结构形式有两种：晶体石墨转换装置和铁铬铝(含钇)转换装置。

4．根据权利1、2、3所述的无烟气排放、节能的火力发电技术与装置，其特征是：

1)原有燃煤发电厂只要将原锅炉改造成燃气锅炉7，便可使用本发明技术。

2)所述的本发明技术在垃圾焚烧中的应用，只要开始点火时，在气体燃烧器送入一次性气体燃料，点火后便能无限循环下去焚烧越烧越旺。

Images