专利名称：巨菌草热气流发电站装置的制作方法
技术领域：
本专利涉及发电设备，特别是一种利用焚烧巨菌草产生热气流来发电的装置。
背景技术：
我国人口占世界的1/4，一次性能源储量少，其中煤的储量为世界的1/10，石油储量为世界的1/40，天然气储量仅为世界的1/100。截止到2008年底，我国发电设备装机容量达到7. 9亿千瓦，社会用电量达3. 43万亿千瓦时，其中火电约占82%，年消耗煤炭约13亿吨。根据统计，按目前的增长速度，我国已探明的煤炭将在30年内被开采完。就世界而言，煤只能用230年后，石油只能用44年，天然气只能用62年。一次性能源的缺乏与不可再生性要求人类尽快找到可再生能源。以生物质再生能源供热是解决能源短缺的途径之一，巨菌草由于具有如下特点， 非常适合作为生物质能源的原材料。I.适应性强在海拔200-1500米，年降雨量800毫米，温度在零下2度至零上45度，无霜期300天以上，水源有保障的荒坡、山地、大田、堤坝、房前屋后、田边地角都可种植。2.生长速度快、产量高种下1.5个月即可收割，3个月可长到3米左右。根系发达，分蘖力强，一株苗可分蘖20-50株。一年可割6-8次，亩产20-30吨。3.环保效益改善土质，CO2零排放，减少SO2排放。由于生物质燃料是一种清洁燃料，含硫量仅为煤的O. I %，灰渣可循环利用，I万吨生物质燃料则相应减少3300吨标煤所排放的SO2。4.经济效益种植巨菌草的经济收入大大高于经济作物和普通农作物，政策电价补贴和碳交易收益。5.技术简单一次耕种收割10-20年，每年收割1-2次。分批收割保证供应，适量肥料，不用杀虫剂。6.生态效应不需要翻种，减少土壤干扰，大量腐殖质增加土地养分。适合各种鸟类和小动物繁殖。7.巨菌草每公斤热值高达3500-4000大卡，用巨菌草作燃料发电，一亩地生产巨菌草可相当5吨煤的作用。发展巨菌草业用菌草作能源草有着巨大的潜力。采用专用的生物质燃烧锅炉，按年产I万吨生物质燃料计算，相当节省标煤3500吨，节省了一次能源的消耗。如用于替代燃油锅炉，可节省柴油2500吨，节省了国家宝贵的石油资源。8.选择巨菌草为能源燃料，是目前光合作用转化太阳能效率最高的植物。巨菌草杆叶可用于发电、乙醇、纤维板、纸浆等的能源和工业原料，剩渣加工成有机肥料，钾肥，用于种植巨菌草。本循环链产出能源，并帮助政府增加收入。9.就地吸纳农村剩余劳动力，增加农民收入，帮助农民脸脱贫致富。我国人均耕地少，而非农田山坡、荒地、沙地、滩涂、盐碱地等是耕地的5倍左右，可以利用起来进行能源草种植。每亩土地可产干草5吨计算，每吨干草以200售出，种植20亩即可收入20000元。
10.种植巨菌草还可以促进退耕还林、保持水土、治理荒漠、防风护沙、改善生态环境的作用。与燃烧燃油相比，生物质燃料具有与环境保护相结合，原料可再生、资源可持续利用、可持续发展，多次综合利用的优点。正因为如此，利用太阳能转化率高、适应性广的巨菌草作为生物质燃料发电，其经济和社会效益非常可观，相关的技术也得到迅速发展
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效率无污染的巨菌草热气流发电站装置。本发明的目的是通过如下途径实现的一种巨菌草热气流发电站装置，山顶平台建造圆柱形竖井，在竖井顶部设一风筒，沿竖井下部侧壁上连通有若干L形进风洞，所述的风筒外壁设置安装有若干组风轮发电机组，L形进风洞内设有圆筒式风轮发电机组及涡轮发电机组；所述的竖井底部侧壁通过热气流通道、出气口连通若干个巨菌草焚烧室，巨菌草焚烧室的侧壁上方设有进气进料口，侧壁底部设有排渣口 ；所述的风轮发电机组、圆筒式风轮发电机组及涡轮发电机组均由外部控制装置控制。作为方案的进一步优化，所述的L形进风洞分两段，一段为水平进风洞段，另一段为垂直进风口段，水平进风洞由洞径逐渐缩小的压缩段、洞径一致的均衡段和扩散段组成，压缩段与垂直进风口段和均衡段相连接；扩散段与均衡段和竖井相连接，扩散段出风口与竖井切向连通；均衡段与扩散段之间通过设置的安全闸门连接。作为方案的进一步优化，所述的均衡段与压缩段之间设置有安全闸门。作为方案的进一步优化，所述的圆筒式风轮发电机组设在L形进风洞的压缩段，所述的涡轮发电机组设在L形进风洞的均衡段。作为方案的进一步优化，所述的竖井长度与直径比< 10，竖井底部直径与竖井顶部直径相同，竖井底部直径为风筒顶部直径的I. 3-1. 5倍，风筒长度<竖井长度的50%，风筒底部直径与竖井直径相同，风筒向上均匀收缩，呈中空锥形。作为方案的进一步优化，所述的竖井内壁设耐火保温层。作为方案的进一步优化，所述的L形进风洞的进风口口径大于出风口口径。作为方案的进一步优化，所述的热气流通道的底坡度> 5%。。作为方案的进一步优化，相邻的L形进风洞之间设有维修洞，所述维修洞与L形进风洞的压缩段间设安全闸门。作为方案的进一步优化，所述的风筒以及L形进风洞的垂直进风段为金属或砖混结构建造；所述的竖井以及L形进风洞的水平进风洞段用钢筋混凝土浇注而成。本发明专利巨菌草热气流发电装置，类似于烟囱抽吸烟尘原理，或类似于“连通器”效应原理，一旦大口径管道(竖井)内气体流动，即可引发大气柱以每平方米约10吨的重力向进风管道内压迫，迫使管道内的风轮机、涡轮机带动相应发电机转动发电。本发明专利巨菌草热气流发电装置是利用可再生巨菌草能源发电的一种新方式，不受地理、天气条件影响，应用范围广、能够全天候运行，并且发电效率高、成本低、清洁环保，应用前景广阔。与现有技术相比，本发明专利巨菌草热气流发电装置在结构上具有如下特点I.原来的热气流生成器与进风洞几乎在同一平面，如果在塔囱内焚烧巨菌草，焚烧需要的大量巨菌草及其所产生的烟气与灰渣都难以进出处理，而且热效率低(只有10-30%)，所以此装置明显不具备焚烧巨菌草功能，即不适合将巨菌草转化成热气流。2.将热气流的生成装置设置在竖井外围，通过热气流管道将净化后的热气流弓I入竖井中加热空气，才能更好地使热效率转化成绿色电能。3.将L形进风洞位置由原来的塔囱底部调整改进到热气流管道的侧上部，既减少了热气流中沉淀粉尘对电机设备的污染损害，又可更有效带动进风洞内发电机组发电；如果热气流管道设置在L形进风洞的上部，从热气流上升原理知道，竖井底部的空气无法及时得到加热，直接影响竖井、风筒内热气流运转，影响整个发电装置正常运行。4.巨菌草热气流发电站装置，简化了原来热气流发电站装置外部太阳能集热棚、垃圾处理设施等等，同时精简了竖井内部太阳能散热器、热气流发射枪、电热器及燃烧器等装置，既节约了建设投资成本，又方便巨菌草热气流发电站装置运行及维护，更有利于专利技术产业化推广发展。5.只有对原热气流发电装置进行有针对性地升级改造，才能充分发挥巨菌草热效 率高之能源草特性。与现有技术相比，本发明专利巨菌草热气流发电装置具有明显优势I.全天侯运行-本巨菌草热气流发电站装置可全天侯运行，无论是春夏秋冬、白天黑夜、还是风大风小，热气流风力发电装置均可安全顺利运转。2.可靠性强-巨菌草热气流发电站装置结构简单、操作简便，运行平稳、防护力强，运转可靠、故障率低。3.应用范围广-巨菌草热气流发电站装置几乎适应于一切需要发电的区域使用，既符合平原、山地等普通地理环境下的发电要求，也符合盆地、丘陵、戈壁滩等特殊地理环境的发电需求，甚至在战争、灾害等复杂的背景下可独立、安全地对国防、民用重大战略设施提供电源保障。4.市场庞大-巨菌草热气流发电站装置具有投资少、效益高、工作环境安静、无污染又清洁环保等优点，市场空间广阔，具有极高的经济价值和社会使用价值。5.前景广阔，成果、效益显著-巨菌草热气流发电站装置具有原理可靠，设计简单，取材方便，运动部件少，维修方便，成本低，昼夜运行稳定，使用周期长等特点，虽然前期投入与水电相当，但发展前景广阔、环境友好，后期运行成本极低，必将成为国内外发展新能源的必然选择趋势，也是完善国内外太阳能热气流发电的优化升级方案，对人类环境的改善和电力行业可持续发展具有重要的战略意义。6.巨菌草热气流发电站装置是利用可再生巨菌草作为能源发电的一种新方式，技术不受地理、天气条件影响，应用范围广、并且发电效率高、成本低、清洁环保，应用前景广阔。7.巨菌草热气流发电站装置所需要的综合技术和材料是自主的，电站的理论分析、工程设计和施工建造均无太高技术难度。同时，以该项目为龙头，可带动城镇“菌草循环产业化科技示范园区”多项目支撑、规模化发展。符合了建设资源节约型社会、环境友好型社会的特色。真正做到经济与自然、社会和谐发展。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明
图I为本发明结构示意图；图中，I.竖井，11.耐火保温层，12.竖井底部，2.风筒；31.巨菌草焚烧室，311.排渣口，312.进气进料口，313.出气口，32.热气流通道；4. L形进风洞，41.水平进风洞段，411.压缩段，4111.圆筒式风轮发电机组，42.垂直进风口段，412.均衡段，4121.涡轮发电机组，413.扩散段，414.安全闸门，5.风轮发电机组，51.风轮保护盖；6.活动顶盖系统，61.避雷装置，62.活动顶盖。
具体实施例方式如图I所示，本发明巨菌草热气流发电站装置，可以人工建造，也可以依据有利地形挖掘建造。选择高度适当的山坡地、山丘为建设平台，垂直向下凿进建一个圆柱形竖井，沿竖井I中轴线垂直向上建造一个锥形风筒2 ;所述风筒2顶部设置自动启闭的顶盖62和避雷装置61，所述竖井I下半部内侧壁上设置耐火保温层11 ;沿竖井I下部侧壁上连通有若干L形进风洞4。竖井I与L形进风洞4的开挖建造可按传统的隧道工程施工方法进行，开挖后采用钢筋混凝土浇注成型，风洞应按设计规范要求进行养护，二衬脱模后应使内壁光滑无风窝、毛刺。所述的风筒2以及L形进风洞4的垂直进风口段42为金属或砖混结构·建造；所述的竖井I以及L形进风洞4的水平进风洞段41用钢筋混凝土浇注而成。所述的L形进风洞4分两段，一段为水平进风洞段41，另一段为垂直进风口段42，水平进风洞41由洞径逐渐缩小的压缩段411、洞径一致的均衡段412和扩散段413组成，压缩段411与垂直进风口段42和均衡段412相连接；扩散段413与均衡段412和竖井I相连接。所述的压缩段411与扩散段413之间设置有安全闸门414。所述的风筒2外壁设置有若干组同轴风轮发电机组5，所述风轮发电机组5包括设置在竖井外壁周边的复数个风轮机，每个风轮机通过同轴传动方式带动发电机进行发电。这里采用同轴传动的方式带动发电机，可以减少能量损耗，提高发电效率。所述风轮发电机组5外侧还设置有风轮机叶片保护盖51。所述进风洞压缩段411的截面积由外向内缩小，气流由外界进入风洞压缩段411时，由于空间变小，气压增加，狭管效应导致风速增大。在现有技术的情况下，当进风洞压缩段411内的风速增大到9m/s以上时，即可以进行风力发电。所述的圆筒式风轮发电机组4111设在L形进风洞4的压缩段411，所述圆筒式风轮发电机组4111包括设置在圆筒内外壁的复数个风轮机，风轮机转轴位于圆筒外壁，风轮机通过扇形齿轮带动发电机，发电机位于圆筒外壁。根据所述压缩段的长度可批量安装圆筒式风轮发电机组4111。本装置可采用最新无芯稀土永磁发电机，安装调试后将进一步降低发电成本、极大提升发电效率。所述进风洞均衡段412的截面积不变，气流经过压缩段之后已经加速到比较理想的风速，可满足该段涡轮发电机组对风速的要求。在所述进风洞均衡段412内设置一定数量的涡轮发电机组4121进行发电。所述L形进风洞4的出风口设置在所述扩散段413末端；所述均衡段412与压缩段411之间设置闸门414，当圆筒式风轮发电机组4111、涡轮发电机组4121需要进行维修时，关闭压缩段411末端闸门414，方便调度和对单独的出风管道进行维护，不影响其它进风洞发电。所述的竖井I长度与直径比< 10，竖井I底部直径为风筒顶部直径的I. 3-1. 5倍，风筒2长度<竖井I长度的50%，风筒2底部直径与竖井I直径相同，风筒2向上均匀收缩，呈中空锥形。沿竖井I底部建造若干巨菌草焚烧室31，巨菌草焚烧室31是在竖井I底部侧壁通过热气流通道32、出气口 313连通巨菌草焚烧室31，巨菌草焚烧室31的侧壁上方设有进气进料口 312，侧壁底部设有排渣口 311 ;所述的竖井底部12周边热气流通道32出风口与竖井切向连通，构成热气流导向装置；巨菌草焚烧室31上侧部周围建造若干L形进风洞4，L形进风洞4与竖井I连通；所述L形进风洞4的进风口直径数倍于出风口。进风洞进风段与出风段垂直连通，进风口向上，进风洞设置一定坡度，通常底坡度< 5%。;进风口设置安全防护网，可用钢材或纤维等材料制作，预防进风口附件人、动物或其他物体被气流卷进L形进风洞4，危及生命和发电设施安全；L形进风洞4出风口同方向与竖井切向连通，使竖井I进风口来风旋转上升。相邻的L形进风洞4之间设有维修洞，所述维修洞与L形进风洞4的压缩段411间设安全闸门。所述的若干热气流通道32出气口与竖井I切向连通，加上L形进风洞4与竖井I切向连接，双重引导竖井内受热的热气流高速旋转上升，产生龙卷风效应，从而带动L形进风洞4中圆筒式风轮发电机组4111、涡轮发电机组4121和风筒外侧设置的风轮发电机组5 进行发电。所述的风轮发电机组5、圆筒式风轮发电机组4111、涡轮发电机组4121、活动顶盖系统62、巨菌草焚烧室31、竖井I内调温调速、电机调控均由外部控制装置控制，以上均可以采用现有技术中的方式实现，这里不赘述。工作时，通过计算机控制系统启动若干个巨菌草焚烧室31，加热竖井I空气，当竖井、风筒上下温度达到设定值时依次打开风筒上部的活动顶盖62，并依次逐个打开进风洞均衡段412安全闸门414，产生速度很高的风，进风洞均衡段412、进风洞压缩段411内的电机受风力驱动发电，涡轮发电机组4121和风轮发电机组5的电机所发的电力进行集中控制、升压后送出并入电网。发电机组正常工作后，可适时切换关闭部份巨菌草焚烧室31，保留一套巨菌草焚烧室31工作维持竖井风洞内温度、风速，确保各发电机组的电机高效运转。巨菌草热气流发电装置在梯度温差之自然原动力、竖井空气受热导向后旋转上升产生的龙卷风效应以及L形进风洞4内狭管效应的共同作用下实现持续运行发电。
权利要求
1.一种巨菌草热气流发电站装置，山顶平台建造圆柱形竖井(1)，在竖井(I)顶部设一风筒(2)，沿竖井(I)下部侧壁上连通有若干L形进风洞(4)，其特征在于所述的风筒(2)外壁设置安装有若干组风轮发电机组(5)，L形进风洞(4)内设有圆筒式风轮发电机组(4111)及涡轮发电机组(4121);所述的竖井(I)底部侧壁通过热气流通道(32)、出气口(313)连通若干个巨菌草焚烧室(31)，巨菌草焚烧室(31)的侧壁上方设有进气进料口(312)，侧壁底部设有排渣口(311);所述的风轮发电机组(5)、圆筒式风轮发电机组(4111)及涡轮发电机组(4121)均由外部控制装置控制。
2.如权利要求I所述的巨菌草热气流发电站装置，其特征在于所述的L形进风洞(4)分两段，一段为水平进风洞段(41)，另一段为垂直进风口段(42)，水平进风洞(41)由洞径逐渐缩小的压缩段(411)、洞径一致的均衡段(412)和扩散段(413)组成，压缩段(411)与垂直进风口段(42)和均衡段(412)相连接；扩散段(413)与均衡段(412)和竖井(I)相连接，扩散段(413)出风口与竖井⑴切向连通；均衡段(412)与扩散段(413)之间通过设置的安全闸门(414)连接。
3.如权利要求2所述的巨菌草热气流发电站装置，其特征在于所述的均衡段(412)与压缩段(411)之间设置有安全闸门(414)。
4.如权利要求I所述的巨菌草热气流发电站装置，其特征在于所述的圆筒式风轮发电机组(4111)设在L形进风洞(4)的压缩段(411)，所述的涡轮发电机组(4121)设在L形进风洞(4)的均衡段(412)。
5.如权利要求I所述的巨菌草热气流发电站装置，其特征在于所述的竖井(I)长度与直径比< 10，竖井(I)底部直径与竖井(I)顶部直径相同，竖井(I)底部直径为风筒(2)顶部直径的I. 3-1. 5倍，风筒(2)长度<竖井(I)长度的50%，风筒(2)底部直径与竖井直径相同，风筒(2)向上均匀收缩，呈中空锥形。
6.如权利要求I所述的巨菌草热气流发电站装置，其特征在于所述的竖井(I)内壁设耐火保温层(11)。
7.如权利要求I所述的巨菌草热气流发电站装置，其特征在于所述的L形进风洞(4)的进风口口径大于出风口口径。
8.如权利要求I所述的巨菌草热气流发电站装置，其特征在于所述的热气流通道(32)的底坡度彡5%0。
9.如权利要求I所述的巨菌草热气流发电站装置，其特征在于相邻的L形进风洞(4)之间设有维修洞，所述维修洞与L形进风洞(4)的压缩段(411)间设安全闸门。
10.如权利要求I所述的巨菌草热气流发电站装置，其特征在于所述的风筒(2)以及L形进风洞(4)的垂直进风段(42)为金属或砖混结构建造；所述的竖井(I)以及L形进风洞(4)的水平进风洞段(41)用钢筋混凝土浇注而成。
全文摘要
本发明涉及发电设备，特别是一种利用巨菌草可再生能源发电的巨菌草热气流发电装置。它包括竖井、L形进风洞、导风装置、发电机组、巨菌草焚烧室。此巨菌草热气流发电装置具有原理可靠，设计简单，取材方便，运动部件少，维修方便，成本低，无环境污染，昼夜运行稳定，热效率高，使用周期长等特点，将成为完善国内外太阳能热气流发电的优化升级方案，对人类环境的改善和电力行业可持续发展具有重要的战略意义。
文档编号F03D9/00GK102878020SQ20121039827
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年10月11日
发明者郭齐贵 申请人:郭齐贵