四循环火力发电方案的制作方法
【专利摘要】本发明是一项实用性很强的火力发电的方案、方法，彻底解决了火力发电及燃烧垃圾会污染大气的困扰。特别是垃圾燃烧，令人头疼的垃圾处理，若不是污染问题，谁不想一烧了之，何况还能发电。此方案不仅解决了令人头疼的垃圾问题，同时还解决了已经大量存在的火力发电所带来的污染问题。当火力发电不在污染环境，就能提高到类似核能的清洁能源，附带还能大幅度提升粮食等农作物产量。火力发电不仅发电比重最大而且全球普及，无论是发达国家还是欠发达国家其意义都非常重大。本方案可以简单理解成，没有烟囱的火力发电厂，什么都能烧，只要烧得着的，都可以拿来发电，不用担心污染问题，而且对农业也有较大帮助。
【专利说明】四循环火力发电方案
【技术领域】
[0001]本发明方案涉及垃圾发电、火力发电、大气产品、废气净化及废气回收。回收本发明提出了垃圾或其他燃料的全封闭的四循环燃烧方案。
技术背景
[0002]燃烧垃圾会带来很严重的环境污染问题，同样火力发电也存在一些环境污染问题，这些环境问题有雾霾、烟尘、酸雨、水污染等。本发明四循环火力发电能同时解决燃烧垃圾和火力发电引起的环境污染问题。大气产品众多，比如氮、氧、氦氖氩氪氙、二氧化碳、二氧化硫、乙炔、水蒸气……等等，在通常情况下，大气分离相关公司，已经利用了价值较高的氮、氧、氦、氩进行开发，而本发明四循环火力发电，把燃烧废气连同大气一起利用，把平时其他大气相关公司遗弃的资源也利用起来，比如二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、水蒸气、氦氖氩氪氙等。其中二氧化碳，是优质的气肥，有相关实验表明，给农作物施放二氧化碳气肥，能提高农作物光合作用使农作物产量提高，蔬菜可增产90%，水稻增产70%，大豆增产60%，高粱甚至可以增产200%。作为农业大国的中国，若能给农田提供足够的气肥，其效益是非常非常可观的。(试想想，全国粮食产量增加70%，多么可观的数字，前提是要有足够多的气肥。本发明为提供如此海量的二氧化碳打下坚实基础)。
【发明内容】
[0003]本发明四循环火力发电方案，主要为四个循环。
[0004]第一个循环是朗肯循环，是常见的发电循环，如蒸汽工质发电、超临界二氧化碳工质发电。蒸汽工质发电就是最广泛的，用火加热锅炉水变蒸汽推动叶轮发电，在对蒸汽冷却成水再返回锅炉成为锅炉水的循环。当然有其他不排放且能量转化率高的方法也可以用在这里。
[0005]第二个循环是氧气废气循环，将氧气送入燃烧室燃烧后变成废气，废气经过净化吸收分馏后氧气返回燃烧室，持续循环。
[0006]第三循环是能量循环，主要伴随第一第二循环，但且至始至终贯穿所有循环。
[0007]第四个循环是废物循环，垃圾、煤炭、石油、天然气，燃烧后多多少少不同程度的都有一定量的废渣，于此同时从第二循环的对废气的净化吸收部分也产生了大量的废弃将上述两废综合起来继续利用，在整个大自然和人类社会中完成第四循环。
[0008]详细第一循环:既简单又常见，只是在蒸汽冷却部分参用余热发电步骤。
[0009]详细第二循环:将燃料和纯氧在燃烧室燃烧后变成二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮，在混合没燃烧的氧气成为高热废气，高热废气对第一循环加热实现高热发电。高热废气在完成第一发电即高热发电后，温度降低成为余热废气，将余热废气送入余热发电机组继续发电，之后余热废气的温度降低到不足100摄氏度的低热废气很难继续发电，此时用冷水继续降温到50摄氏度以下成为残气(热能被吃干榨尽的意思)回收废气进入气体冷却分馏器，将残气中不是氧气的成分通过降温(通常需要降低到-50度)，使在不同温度的气-液分馏法将各种物质分离出去，在分离所有其他气体后的残气里就只剩氧气，这就是再生的氧气。将再生的氧气再送回燃烧室，这就是第二循环氧气废气循环。(若因其他原因不能安装余热发电机组，那就加大冷水变生活用温水量，用来将废气的热能吃干榨尽)。
[0010]详细第三循环，能量循环:在第一循环中，高热蒸汽将能力传递给高热发电机实现第一次能量转变，再进入余热发电机实现第二次能量转变，在第二次能量转变后温度低于100摄氏度。在第二循环中，首先是燃烧室的燃烧把化学能转化成热能，然后高热废气将能量传递给第一循环后变成余热废气，余热废气进入余热发电机组发电成为低热废气，需要说明的是，虽然同是余热发电机组，但蒸汽和废气是分开的。低热废气再次利用用于加热冷水，冷水变成50度左右生活温水，而废气的热能被吃干榨尽后成为残气进入冷却分馏器。在此冷却分流器中还有能量转变，这个在【具体实施方式】中还有叙述。在第四循环中，也有能量变化，但没有叙述必要。
[0011]详细第四循环，废物循环:在第二循环中将废气里氧气以外物质分馏出来的废物主要是二氧化碳和常温下气态的氧化物。其中二氧化碳为主要回收对象，也就是【背景技术】中的气肥，当然二氧化碳的作用很多，除了当气肥还有很多其他用途。然后其他氧化物简称气渣，通常化学习惯上把气渣里的这些氧化物叫酸性氧化物，这些气渣是会污染环境的不能任意排放。炉渣，炉渣的成分为各种金属盐、金属氧化物、铝系衍生物、硅系衍生物，化学习惯上把这些叫碱性氧化物(除硅系衍生物)。炉渣和气渣最简单的回收方法，把酸性氧化物和碱性氧化物混合在一起，必要时加点水，就成了稳定安全无毒无害的大自然中常见的复合物，俗称泥巴。若只是草草了之，这就算完成循环了，不过还想多补充一些。无害化固定酸性氧化物用不了所有的碱性氧化物，比如化学中强酸制弱酸的方法，仅用硫酸硝酸和硅系衍生物反映生成弱酸的硅酸的反映就能把酸性氧化物进行无害化处理，然后就可以把其他的碱性氧化物提前分离出来做其他的作用，比如水泥添加剂、化肥添加剂、提炼金属等，这些未必要在火力发电厂内完成，可以把废渣卖给水泥厂、化肥厂、冶金厂等相关企业实现双赢当然更好。气渣中的酸性氧化物也并不是一定要无害化才行，比如已经有人把从废气中的酸性氧化物做成硫酸硝酸等产品出售，本方案在实施时也能这么做或卖给有相关资质的企业实现共赢。
[0012]本发明方案附带的几个明显优势:
1.大量而且纯净的二氧化碳为国家粮食等农作物增产创造条件；
2.大量而且超出现市场消费能力范围的液氮为支持国家超导事业的发展创造条件，比如全国性的超导磁浮列车；
3.氦氖氩氪氙的大产量对国家航空航天航海工业等，以及几乎所有工业的推动作用也是不能忽略的；
4.炉渣的回收利用，可对国家的冶金行业提供高纯度而且廉价的原材料，对冶金行业的发展有至关重要的帮助。发电成本问题:供给燃烧的制造纯氧成本大概为燃料成本的
0.广0.2倍(就燃煤方式计算)，垃圾发电，垃圾几乎是不要钱的可以保证赚钱，而燃油、燃煤发电面对发电成本上升虽然未必会亏但还是需要政策支持。
[0013]需要另外说明一下的有两点。
[0014]I是冷却分馏器，要把50度降低到-50度甚至-100度，其中制冷方式是多种多样的，在【具体实施方式】里发明人采用的是液氧液氮供冷的冷交换模式，但这不是唯一的方式，不排除使用其他的制冷方法。
[0015]2是纯氧的制取方式，在【具体实施方式】里发明人采用的是深冷空气分馏法制造纯氧，但这不是唯一的方式，不排除使用其他的制氧方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和具体实施对对本发明做进一步详细说明
图1:结构示意图，其中有燃烧室a，蒸汽锅炉b，蒸汽发电机组C，余热发电机组d，生活水热交换器e，冷却分馏器f，深冷空气分馏器g。
[0017]图2:管道示意图，其中燃料管I，蒸汽管2，余热蒸汽管3，回流管4，余热废气管5，低热废气管6，残气管7，再生氧气管8，冷水管9，生活温水管10，二氧化碳管11，废气其他分馏产物管12，大气其他分馏产物管13，出炉渣管14，液氧供冷管15，液氮供冷管16，液氧助燃管17，纯氧气管18
【具体实施方式】
[0018]首先是确定4件事，I供氧源的确定，2冷却分馏器的制冷方式，3余热发电机组要还是不要或着采用什么工作模式余热发电机组，4燃料采用什么燃料，垃圾还是煤炭还是原油等。
[0019]在此【具体实施方式】中，发明人设计的是:1采用深冷空气分馏法为供氧源。2采取液氮液氧为冷却液的热交换制冷方式使冷却分馏器进行废气分馏作业。3余热发电机组采用有机工质循环发电系统，能在水温80度以上进行发电。4燃料采取燃烧后产物比较复杂的垃圾当燃料。
[0020]开始操作:
首先给燃烧室a充满纯氧，随后从燃料管I送入燃料，点燃燃料并持续供氧及供燃料。燃烧室产生的高热传递给蒸汽锅炉b里面的水，水升温变成水蒸气从蒸汽管2进入蒸汽发电机组c进行发电。蒸汽发电后热量降低，从余热蒸汽管3进入余热发电机组d进行余热发电。经过余热发电机组后蒸汽的温度降低到80度左右变成水，通过回流管4再加压回到蒸汽锅炉b内，就此蒸汽工作质循环的第一循环结束。
[0021]燃烧室a的火焰持续燃烧，源源不断的产生二氧化碳等废气，燃烧室内的氧气混合着燃烧后的燃烧产物成为废气从余热废气管排出燃烧室a并进入余热发电机组d使发电机组d在余热废气的热能驱使下进行发电，与蒸汽余热发电的管道是分开的，或者如热发电机组分成两部分，一部分用于蒸汽余热回收，另一部分用于废气余热回收。余热废气经过余热发电机组b发电后，热能下降，温度约80度左右成为低热废气从低热废气管离开余热发电机组b并进入生活水热交换器e。在生活水热交换器e里，冷水从冷水管9进入生活水热交换器e，与低热废气进行热交换变成生活用温水并从生活温水管10离开生活水热交换器e，备用。在废气的热能被吃干榨尽后成为残气后从残气管7离开生活水热交换器e并进入冷却分馏器7。冷却分馏器7通过连续的阶段式的逐个温度见底的冰箱室对废气阶段性的逐步降低温度，在不同的温度的冰箱室不同气-液分相的各种成分在相应温度的冰箱室里与废气主气流分离出来，各个冰箱室分离出来的液相成分通过各自的管道排除来并收集，其中关键的二氧化碳从二氧化碳管11排除，其他成分从其他分馏产物管12排除，其他分馏产物管12是多根产物管道的总称。当废气降低到-50摄氏度时，废气中不能燃烧的部分已经基本分离完了，此时的废气不再是废气而是纯度很高的氧气，故称再生氧，再生氧从再生氧气管8离开冷却分馏器f并从新进入燃烧室a，完成废气再生的第二循环。
[0022]第三循环能源循环贯穿始终，比第一循环加第二循环多一项深冷空气分馏器g(当然第三循环牵涉部件很多，只是那更多的不见没有介绍的价值)。深冷空气分馏器g，是本【具体实施方式】的供氧源，拥有氧气纯度高、连续制氧成本低、附带产品多等常规优点，而且在冷却分馏器f的冷却作用中提供关键的制冷源，实现一次制冷全局享用，这是都是发明人青睐深冷空气分馏制氧的原因。深冷空气分馏器g，把大气深冷分馏产品一一分开，液氧通过液氧助燃管17进入燃烧室a，可作为燃烧前把燃烧室a充满纯氧，也可在后期再需要加大燃烧力度时提供氧(液氧容易爆炸，无非必要通常不参与持续燃烧)。另外液氧还通过液氧供冷管15进入冷却分馏器f并为其提供制冷源。液氧在给废气制冷的同时自身温度升高并气化成为气态氧，气态氧通过纯氧气管18离开冷却分馏器f进入燃烧室a，以支持燃烧室a里的持续燃烧(纯氧气管18里的气态氧只要是低于-50摄氏度的气态氧属于工作正常)。在废气中二氧化碳浓度低于40%的情况下，液氧能提供足够冷源用于冷却分馏器f的正常工作，假如液氧制冷力度不够或二氧化碳浓度过高，深冷空气分馏器g还能把液氮通过液氮供冷管16送达冷却分馏器f为冷却分馏提供充足的冷源(提供制冷用的液氮在丧失制冷作用后不再具有回收价值直接排放)。深冷空气分馏器g，把大气分馏产物通过各自产物的管道分别收集起来，其中包裹用不完的氧和氮，大气其他分馏产物管13是这些多根管道的总称。
[0023]第四循环，炉渣和气渣的循环利用:大量的二氧化碳作为气肥为国家粮食等农作物的增产增收创造有利条件。而且二氧化碳的其他作用也很多，可多方面利用。
[0024]然后是废气中的其他废弃物简称气渣，通常化学习惯上把气渣里的这些氧化物叫酸性氧化物这些气渣是会污染环境的不能任意排放。炉渣，炉渣的成分为各种金属盐、金属氧化物、铝系衍生物、硅系衍生物，化学习惯上把这些叫碱性氧化物(除硅系衍生物)。最简单的方法，把酸性氧化物和碱性氧化物混合在一起，必要时加点水，就成了稳定安全无毒无害的大自然中常见的复合物，俗称泥巴。
[0025]若只是草草了之，这就算完成了第四循环，不过还想多补充一些。无害化固定碱性氧化物用不了所有的酸性氧化物，比如化学中强酸制弱酸的方法，仅用硫酸硝酸和硅系衍生物反映生成弱酸的硅酸的反映就能把酸性氧化物进行无害化处理，然后就可以把其他的碱性氧化物提前分离出来做其他的作用，比如水泥添加剂、化肥添加剂、提炼金属等，这些未必要在火力发电厂内完成，可以把废渣卖给水泥厂、化肥厂、冶金厂等相关企业实现双赢当然更好。气渣中的酸性氧化物也并不是一定要无害化才行，比如已经有人把从废气中的酸性氧化物做成硫酸硝酸等产品出售，本方案在实施时也能这么做或卖给有相关资质的企业实现共赢。
[0026]另外还需补充一点，困扰垃圾发电的一个重要原因是有毒的二噁英，在本发明里，燃烧室里垃圾是在纯氧环境下燃烧，轻轻松松上千的温度，况且还是纯氧，再顽固的二噁英也免不了被燃烧分解的命运，况且本发明中的燃烧部分是全封闭，就算有没死的二噁英也逃不出无限循环燃烧分解的命运，因此本发明在垃圾处理方面的贡献也是显而易见的。[0027]已知缺点:
1.不可避免的混入燃烧的氮气怎么排除:氮气在燃烧室内会和氧气会缓慢化合成一氧化氮和二氧化氮并且能正常分离出来，需要足以的是混入氮气必须少，不能超过缓慢化合的速度；
2.混合在氧气中的氩气怎么排除:在氧气提纯时就把氩气提炼出去，必要时再生氧也可添加氩气提炼设备；
3.综合I和2原因，外加现在未知的问题困难，有必要定期执行清炉作业及更换老化设备。
【权利要求】
1.一种是火力发电在封闭环境下生产工作的方案，是结合发电机组封闭循环、燃烧全过程封闭循环、炉渣气渣半封闭循环和生产过程中能量及经济效益最大化的综合方案。
2.权利要求1中的发电机组封闭循环其特征在于，可以是朗肯循环，推动发电机的工作质无限循环，没有排放过程，也可以是其他无排放且热-电转化率高的其他发电方法，前提就是无排放和能量转化率高两个要求，在实际应用中通常采用不同种类发电设备串联协同达到这两个要求。
3.权利要求1中的燃烧全过程封闭循环其特征在于，对于燃烧废气中剩余热能和所有组成成分采取全部回收的方法实现零排放和能量利用的最大化。
4.权利要求1中的炉渣气渣半封闭循环其特征在于，对于燃烧剩下的炉渣和从废气中收集来的气渣进行最大化的综合利用，在大自然界和社会界发挥最大作用，纵使没有经济利益的部分也能在不增加成本负担的情况下进行无害化处理。
5.权利要求1中的生产过程中能量及经济利益最大化其特征在于，在燃烧过程中无排放，做到把热能被吃干榨尽，使能量利用率的最大化，所有产物全部回收利用，做到经济利益最大化。
【文档编号】F01K27/02GK103912859SQ201410087056
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】张睿强 申请人:张睿强