專利名稱：將蒸汽用作氣體介質(zhì)的封閉循環(huán)mhd法拉第發(fā)電的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及通過磁流體動力(MHD)發(fā)電機發(fā)電，更具體地涉及封閉循環(huán) MHD發(fā)電機。
背景技術(shù)：
借助礦石燃燒蒸汽發(fā)生器或汽化器的用于驅(qū)動蒸汽氣輪發(fā)電機發(fā)電已相當成 熟。借助磁流體動力(MHD)或磁液體動力(MFD)的發(fā)電已用于多種小規(guī)模應(yīng)用。
在20世紀后半期，發(fā)電領(lǐng)域中嘗試使用MHD的大規(guī)模應(yīng)用。這些應(yīng)用想辦法 用礦石燃燒發(fā)生器上游的熱廢氣來發(fā)電。目的是直接地共生電力，即沒有介入渦輪 發(fā)電機，將其作為通過傳統(tǒng)蒸汽氣輪發(fā)電機產(chǎn)生的主電力補充。
如圖l所示，磁流體動力或MHD發(fā)電發(fā)生在部分離子化的熱燃氣(等離子體) 20通過磁場而膨脹時。聚集通道10中的電極從運動氣體中獲得能量。流過由磁體 30產(chǎn)生的磁場的導電氣體20形成與通過磁場移動電線相同的電勢。這形成直流電 40。該直流電被調(diào)整并逆變?yōu)橄騻鹘y(tǒng)配電系統(tǒng)供電的交流電50。
在傳統(tǒng)MHD發(fā)電中，在將近5000F(2760。C)的溫度下在燃煤器中產(chǎn)生熱氣20。 通常認為即使在很高的氣體溫度下，也必須通過在氣體中散播易離子化的材料而增 加可獲得的氣體離子化。鉀化合物是優(yōu)選的。失去作用的種子(seed)化合物出于 經(jīng)濟和環(huán)境原因被處理和再循環(huán)。
MHD系統(tǒng)包括具有產(chǎn)生高溫等離子體20的播種能力的高溫燃煤器，所述高溫 等離子體20通過噴嘴25進入磁場。氣體通過磁場膨脹并隨后進入高溫陶瓷空氣加 熱器60。為達到等離子體20所要求的高氣體溫度，使其必須對燃燒空氣/氧氣具 有大約3000F(1649。C)的溫度。在空氣加熱器60的下游，冷卻氣體進入電站循環(huán) 的蒸汽底部。電站的底部由能夠產(chǎn)生蒸汽IOO的傳統(tǒng)蒸汽發(fā)生器組成，該蒸汽發(fā)生 器向氣輪發(fā)電機80供能。
基于圖l所示循環(huán)的研究引發(fā)出IOOOMW輸出的MHD等蒸汽電站的先進設(shè)計。
用于該研究的先進理念包括3100F(1704。C)直接燃燒陶瓷空氣預加熱器、高效率 電動機驅(qū)動軸向壓縮機、低熱量損失的高溫(1.467kPa)燃燒、超導磁體30、低 熱量損失的陶瓷通道電極、高靜電應(yīng)力設(shè)計、中等壓力[800psi(1.4Mpa)]通道冷卻 IO和高性能擴散器。相比40%左右的傳統(tǒng)循環(huán)效率，該先進理念的MHD及底循環(huán) 基于更高熱值導致60.4%凈效率的電站。MHD燃燒器的燃燒空氣預加熱計劃為 3100F (1704°C)，具有210psi (14.5巴)的燃燒器壓力。及底循環(huán)主蒸汽節(jié)流閥 壓力為5000psi (345巴)；過熱器出口蒸汽溫度為1200F (649°C);而再加熱出 口溫度為1050至1150F (566至621。C)。這種循環(huán)的環(huán)境影響在S02、 NOx、 C02、 微粒、固體廢料、冷卻熱損耗和總耗水量方面明顯優(yōu)于產(chǎn)生相同電量的傳統(tǒng)蒸汽電 站。
如上所述，實用規(guī)模發(fā)電的MHD應(yīng)用采用MHD作為與蒸汽及底循環(huán)結(jié)合的至 頂循環(huán)。該過程采用散播有在高溫下被離子化的微粒(通常為鉀微粒)的高溫氣體， 在熱氣體中形成一團帶電微粒。該高溫氣體只需要使微粒保持離子化并因此帶電， 從而形成等離子體或一團帶電微粒。在夾帶離子化微粒的管道兩側(cè)施加磁場，用與 垂直于所施加磁場的方向的蒸汽接觸的觸頭或端子取電流。該過程要求工作在高氣 體溫度下，以確保氣體中的微粒保持離子化。另外，由于種子微粒的成本，要求高 效率地從廢氣中移去種子微粒以在MHD過程中重新使用，使整個過程在經(jīng)濟上和環(huán) 境上可行。已證實為了達到必要的程度，這在經(jīng)濟上是不可能的。與蒸汽及底循環(huán) 結(jié)合的MHD至頂循環(huán)從未在經(jīng)濟上取得成功并已停止研發(fā)。
最近，日本有人研發(fā)出封閉循環(huán)或封閉循環(huán)MHD，其中氣體流過位于MHD發(fā)電 機下游的氣輪發(fā)電機。這一系統(tǒng)記載于5， 086, 234號美國專利中，該專利公開了一 種加熱稀有氣體(即惰性氣體)的加熱源以及設(shè)置在加熱器中用來將堿金屬蒸汽作 為種子媒質(zhì)以提高氣體導電性的裝置。受熱的稀有氣體和種子媒質(zhì)首先被引入MHD 發(fā)電機，并隨后排入熱交換器，在那里從空氣中去除種子媒質(zhì)。已去除種子媒質(zhì)的 稀有氣體隨后被壓縮并用來驅(qū)動氣輪發(fā)電機單元。通過這樣的種子媒質(zhì)回收，進入 氣輪發(fā)電機單元的稀有氣體基本上不夾帶種子媒質(zhì)。
4， 516， 043號美國專利公開一種開放循環(huán)MHD系統(tǒng)，其中碳微粒充當電荷載體 并在MHD過程中通過燃燒氣體傳送。主燃燒器產(chǎn)生含顯微鏡可見的碳微粒的熱氣體 流，微粒較佳地具有大約0. 02X 10—6m至0. 04X 10—6m (20-40納米)的平均直徑。
熱氣體流與所夾帶的碳微粒一起被引入到對碳微粒充正電的靜電充電裝置。該充電 裝置可與用來從煙道氣去除飛塵和其它微粒的靜電沉積器基本相似。燃燒氣體和帶
電的電荷載體被引入到MHD發(fā)電機，并隨后排至后燃器，碳微粒在那里經(jīng)燃燒從氣 流中去除。MHD發(fā)電機工作在大約150(TC和2500'C之間的溫度。燃燒氣體中的熱 量_一包括從碳微粒的燃燒得到的熱量一一用來產(chǎn)生蒸汽以在蒸汽及底循環(huán)中運 行蒸汽氣輪發(fā)電機。上述配置的目的是提供一種不需要散播堿金屬的較低成本的 MHD至頂循環(huán)。
上述MHD系統(tǒng)將高溫燃燒氣體或惰性氣體作為工作流體以通過MHD發(fā)電機傳 遞電荷載體。當與蒸汽或氣體渦輪結(jié)合以提高循環(huán)效率時，MHD發(fā)電機位于渦輪發(fā) 電機上游作為MHD至頂循環(huán)的一部分。種子材料或者從工作流體中去除并隨后返回 至封閉循環(huán)系統(tǒng)的工作流體，或者從開放循環(huán)系統(tǒng)中的系統(tǒng)排出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對一種發(fā)電的封閉循環(huán)系統(tǒng)和方法，其中將蒸汽作為工作流體以將 電荷載體傳遞通過MHD發(fā)電機。水滴、細微?；蚱浠旌衔镒鳛殡姾奢d體。所使用的 微粒足夠小以允許微?；緹o損地或無損地經(jīng)過流動路徑中的泵和其它設(shè)備。這有 利于消除去除和再注入種子材料的需要，或在排放至周圍環(huán)境之前對其進行處理。 本發(fā)明避免了現(xiàn)有技術(shù)中的MHD發(fā)電機的高工作溫度，由此允許使用更廉價和更容 易獲得的材料。該系統(tǒng)和方法還允許將MHD發(fā)電機用作單環(huán)路發(fā)電系統(tǒng)的及底循 環(huán)，將傳統(tǒng)蒸汽氣輪發(fā)電機作為至頂循環(huán)。
這些優(yōu)點和其它優(yōu)點允許以增加的熱比值(KWH/BTU燃料輸入)發(fā)電，這導致 溫室氣體、微粒和其它污染物的排放減少，降低對環(huán)境的熱損耗(從礦石燃燒蒸汽 發(fā)電產(chǎn)生的以每KWH為基礎(chǔ)的電力)以及潛在的更低成本。
因此，本發(fā)明的一個方面針對用于發(fā)電的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括排放蒸汽和電荷 載體的流體混合物的汽化器。與汽化器流體連通的充電裝置對電荷載體充電，并通 過蒸汽將帶電的電荷載體傳至磁流體動力發(fā)電機。磁流體動力發(fā)電機從充電裝置接 收蒸汽和帶電的電荷載體，并從中產(chǎn)生電力。該系統(tǒng)包括不去除電荷載體地使蒸汽 和電荷載體從磁流體動力發(fā)電機返回至汽化器的裝置。
本發(fā)明的另一方面針對具有用于排放蒸汽和電荷載體的流體混合物的汽化器
的發(fā)電系統(tǒng)，其中電荷載體包括平均直徑從大約100納米至大約5000納米的微粒。 該系統(tǒng)還具有與汽化器流體連通的充電裝置，用來對電荷載體充電。磁流體動力發(fā) 電機從充電裝置接收蒸汽和帶電的電荷載體，并從中產(chǎn)生電流。位于汽化器下游和 MHD發(fā)電機上游并與它們流體連通的蒸汽氣輪發(fā)電機產(chǎn)生附加的電力。該系統(tǒng)包括
不去除電荷載體地使蒸汽和電荷載體從蒸汽氣輪發(fā)電機返回汽化器的裝置。
本發(fā)明的又一方面針對一種發(fā)電方法。該方法包括步驟從汽化器排出蒸汽 和電荷載體的蒸汽的混合流(flowing stream);對電荷載體充電；引導混合流和 經(jīng)充電的電荷載體通過MHD發(fā)電機，由此產(chǎn)生電流，并隨后不去除電荷載體地使蒸 汽和電荷載體返回汽化器。
構(gòu)成本發(fā)明各新穎的特征特別通過本公開所附帶的并形成本公開的一部分的 權(quán)利要求書予以指明。為了更好地理解本發(fā)明和其使用所獲得的工作優(yōu)點，參照構(gòu) 成本公開的一部分的附圖和描述性事項，其中示出了本發(fā)明的一個較佳實施例。


在構(gòu)成本說明書的一部分的附圖中，相同的附圖標號在幾張圖中表示相同或 功能類似的部分。
圖1是已知MHD電站系統(tǒng)的示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的MHD法拉第發(fā)電部件的示意圖3是示出將MHD法拉第發(fā)電用作主發(fā)電機的方框圖4A是示出串聯(lián)流動路徑中的MHD法拉第發(fā)電部件的配置的方框圖4B是示出在串聯(lián)和并聯(lián)流動組合路徑中MHD法拉第發(fā)電部件的配置的方框
圖5是根據(jù)本發(fā)明的MHD法拉第及底循環(huán)的示意圖，它帶有傳統(tǒng)蒸汽至頂循環(huán)。
具體實施例方式
本發(fā)明采用被稱為MHD法拉第原理的過程來發(fā)電。
過去將通常與MHD發(fā)電關(guān)聯(lián)的高溫認為是離子化例如MHD至頂循環(huán)中的鉀 種子等分子所必需的，以使MHD過程工作(參見已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的4239996 號美國專利，該文獻就象全文闡述那樣援引包含于此)。然而，MHD中出現(xiàn)的電
學現(xiàn)象與環(huán)境溫度下出現(xiàn)于電動機和發(fā)電機的電學現(xiàn)象相同。這里，"帶電微粒" 是導線中的電子。
MHD發(fā)電過程是法拉第原理或電磁感應(yīng)法則的應(yīng)用。法拉第原理稱改變電 磁場在導體中誘發(fā)出電動勢(emf);即感應(yīng)出的電場作用于自由電子、產(chǎn)生感應(yīng) 電流。然而，即使沒有導體，改變磁場也會產(chǎn)生電場。已知法拉第原理不要求極高 的溫度以發(fā)揮作用。該原理與普通電動機和發(fā)電機中使用的原理是一樣的。
通過橫跨持有電荷的微粒的氣體施加高電勢、低電流在氣體中產(chǎn)生一團帶電 的微粒。例如，可使用高電勢在某些材料上施加靜電電荷，以橫跨該材料形成強電 場。本發(fā)明通過使蒸汽中的水滴或細微粒受高電勢(電壓)、非常低電流的電場的 作用而產(chǎn)生"帶電微粒"。這與在低于將近300F的溫度下用于靜電沉積器的過程 相似，其中廢氣首先被離子化/充電并且電荷被傳至飛塵微粒，飛塵微粒隨后轉(zhuǎn)移 至附近的聚集板。靜電沉積器通過高電勢直流電源(55000伏一75000伏左右)在 兩電極間形成想要的電場。 一個電極將氣體離子化并產(chǎn)生電荷載體，它自己附著到 漂浮微粒并對其充電。另一電極接地并吸引帶電微粒，所述微粒沉積于氣體之外。 對于靜電沉積器的設(shè)計和工作的其它細節(jié)，讀者可參見美國俄亥俄州、巴伯頓的 Babcok&Wilcox公司的Kitto和Sultz編著的第41版Stream/Its Generation and Use 的33-2至33-8頁，其文本就象全文闡述那樣被援引包含于此。
為了防止微粒的"聚集"，提供高壓電場的諸端子之間的距離需要受到限制。 或者，所施加的高電壓電場可以是交流電流(AC)而不是直流電流(DC)，由此 限制微粒轉(zhuǎn)移至任何聚集地點的時間。
現(xiàn)在參照圖2，總體表示為160的MHD法拉第發(fā)電部件預想需要從幾英寸直 徑的管子至24"左右直徑的大頭部尺寸的流動通道165。每個發(fā)電部件160所需的 長度取決于特定電學現(xiàn)象、將磁場施加于每個部件(或多個部件)所需的空間，以 及蒸汽(工作流體)中帶電"微粒"的速率。蒸汽IOO和電荷載體IIO進入由充電 系統(tǒng)和MHD發(fā)電機構(gòu)成的發(fā)電部件160，在那里高電壓電極162將電荷施加于電 荷載體IIO。帶電電荷載體110借助蒸汽100通過所施加的磁場164，由此橫跨電 輸出端子166產(chǎn)生電勢差并使電流161流過負載168。期望電流161是直流電流。 如果真是那種情況，并且要求交流電，電學領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員能給出從所提供的直流 電流產(chǎn)生交流電流所需的設(shè)備。
通過使蒸汽100流過通道或管子其中施加電勢以對電荷載體110充電并且橫 跨管道施加磁場164，可借助電氣端子166取電流。流動可在單流動通道內(nèi)實行，如圖4A所示，被分成多個平行流動通道，或被分成串聯(lián)或并聯(lián)流動兩者的組合， 如圖4B所示。電氣端子166可串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)結(jié)合地布線，從而產(chǎn)生要求的 電壓和電流。例如，MHD法拉第發(fā)電部件160可串聯(lián)地布線以增加所產(chǎn)生的電壓， 同時將通過部件160的蒸汽和電荷載體110的流動路徑設(shè)置成串聯(lián)和/或并聯(lián)的蒸 汽路徑。又如，發(fā)電部件160可并聯(lián)地布線以增加所產(chǎn)生的電流，同時將通過部件 160的流動路徑設(shè)置成串聯(lián)和/或并聯(lián)的蒸汽路徑。
發(fā)電領(lǐng)域中的當前技術(shù)包括非金屬的纖維增強的塑料(FRP)管，它在商業(yè)上 面向高于環(huán)境的中等溫度和壓力下的流體。這些溫度和壓力足以使給水加熱器下游 的渦輪排出流向冷凝器。如果要求不導電的通道，F(xiàn)RP管道系統(tǒng)中的低壓力/溫度 蒸汽將會是一個適宜的選擇。
本發(fā)明的MHD法拉第發(fā)電系統(tǒng)和方法利用許多微小的、帶電微粒而作為原發(fā) 電機直接發(fā)電，而不需要另行使用來自傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)以傳遞電荷載體的傳統(tǒng)渦輪發(fā) 電機?，F(xiàn)在參見圖3，蒸汽100產(chǎn)生于汽化器或蒸汽發(fā)生器120中，蒸汽發(fā)生器120 使用通過燃料122和空氣或氧氣124的燃燒產(chǎn)生的熱量來使供給水130汽化，如業(yè) 內(nèi)所知的那樣。這較佳地通過諸如Struthers-Wells型汽化器的直通汽化器或其變化 形式來實現(xiàn)，如下文中更為詳細討論的那樣。因燃料122和空氣124的燃燒產(chǎn)生的 廢氣126被排放至一煙囪(未示出)。
電荷載體110在蒸汽100中產(chǎn)生在或從一開始就被引入到蒸汽100中，并借 助蒸汽100流過用于產(chǎn)生電流161的MHD發(fā)電部件160。 MHD發(fā)電部件160包 括充電系統(tǒng)以及業(yè)內(nèi)公知的MHD法拉第發(fā)電機。帶電電荷載體110由充電系統(tǒng)產(chǎn) 生并借助蒸汽IOO流過MDH法拉第發(fā)電機的磁場，由此產(chǎn)生從位于MHD發(fā)電部 件160中適宜位置的端子166取得的電流161。
蒸汽100和電荷載體110從發(fā)電部件160被排至冷凝器170，在那里蒸汽冷凝 成水，并作為供給水130與電荷載體110 —起返回到蒸汽發(fā)生器120。實現(xiàn)本發(fā)明 不需要先進的熱交換器或壓縮機。
可將潮濕蒸汽中的水滴作為電荷載體110而不需要引入微粒，即在MHD法拉 第過程中單獨將水和蒸汽作為帶電氣體，飽和的水滴充當該過程所需的帶電"微 粒"。
或者，僅將所引入的微粒作為電荷載體IIO，干燥蒸汽僅作為電荷載體的傳遞 介質(zhì)。作為電荷載體引入的可供選擇的微粒包括碳、各種形式的碳化合物、鐵(Fe)、 各種鐵化合物、堿金屬或堿金屬鹽。也可使用潮濕蒸汽中帶電水滴連同所引入的帶
電微粒相結(jié)合以減少該過程中所需要的微粒數(shù)目。
盡管可將電荷載體110添加至蒸汽100并在冷凝器170重新使用前將其去除， 然而優(yōu)選的方法是使用尺寸足夠小以至能夠毫無問題地流過給水泵140、汽化器 120、過熱器、蒸汽渦輪180 (應(yīng)用時)和供給水加熱器190的微粒。已知腐蝕和 磨損是由包括微粒尺寸、質(zhì)量、硬度和棱角度的若干因素造成的。隨著微粒尺寸的 減小，磨損和腐蝕減小，部分由于質(zhì)量正比于直徑的三次冪。因此在本發(fā)明中，較 佳地將細微粒用作電荷載體110。
當懸浮在靜止氣體中的微粒尺寸足夠小時，這些微粒的動作或運動在物理上 受氣體分子的熱運動的影響，從而導致浸沒于氣體中的微粒隨機游動，這被定義為 Brownian運動或Brownian移動。這種效果可通過在室溫下空氣煙塵中發(fā)現(xiàn)的微粒 尺寸從視覺上觀察到。另外己知小于某一尺寸的微粒將夾帶于流動氣體內(nèi)，并且 如果微粒足夠小，即使當氣體改變方向時，這些微粒也會跟隨氣體的流線。
科學家和工程師正在研發(fā)納米尺寸的微粒。納米微粒被定義為尺寸小于100 納米的任何東西(一納米是十億分之一米，g卩l(xiāng)X10力米，因此100納米是100X IO-9米，1微米為1000納米，而100納米為0,1微米)。納米微粒明顯小于Brownian 運動或跟隨氣體流線的微粒所要求尺寸的微粒。
已將近研制成功并已形成納米尺寸的微粒的一種材料是碳。某些材料的微 ?！ㄌ肌杀３蛛姾?參見4,516,043號美國專禾lJ"Method & Apparatus for generating electric energy from a heated gas containing carbon particles"，該文獻就象 全文闡述那樣被援引包含于此)。
納米微粒可能足夠小以在宏觀上避免金屬表面上的任何磨損，由于這種微粒相 對金屬表面粗糙度有極小的尺寸和質(zhì)量。因此，可使裝滿納米尺寸微粒的水例如不 造成過度磨損地移動通過傳統(tǒng)的水泵。當通過系統(tǒng)和泵循環(huán)時，微粒的小尺寸也應(yīng) 當防止微粒尺寸的進一步降解。
微粒的質(zhì)量取決于其直徑的三次冪。微粒的質(zhì)量因此隨著微粒尺寸減小而急劇 減少，因此即使在諸如蒸汽渦輪機的高速下，也可用顯著大于納米范圍尺寸的微粒 使腐蝕和磨損基本停止。由于環(huán)境安全因素，中等尺寸范圍的——即大于納米微粒 (大于100納米)——但足夠小以避免磨損和腐蝕問題的微粒是最佳的。與氣體渦 輪機磨損有關(guān)的數(shù)據(jù)表示如果灰塵微粒小于5微米(5000納米)，腐蝕率實際為 零。
在使用中，本發(fā)明中釆用的微粒足夠小以避免磨損、腐蝕或?qū)υO(shè)備的其它損壞，
它足夠小以跟隨氣體(蒸汽)的流線，并且較佳地不小于必需值以避免納米微粒的 使用所導致的環(huán)境問題。
與現(xiàn)有技術(shù)中的種子媒質(zhì)和電荷載體不同，本發(fā)明的電荷載體不需要被去除并 隨后再度注入系統(tǒng)，或排放至環(huán)境中。
現(xiàn)在參照圖5，本發(fā)明也作為與傳統(tǒng)蒸汽渦輪機至頂循環(huán)配合的及底循環(huán)。除
了來自蒸汽氣輪發(fā)電機的電力，MHD法拉第及底循環(huán)在傳統(tǒng)封閉的單環(huán)路蒸汽至 頂循環(huán)中采用大量小尺寸、帶電微粒以直接發(fā)電，相比相同的傳統(tǒng)循環(huán)，幾乎不需 要或不需要額外的燃料。
在汽化器或蒸汽發(fā)生器120中形成蒸汽100，所述汽化器或蒸汽發(fā)生器120利 用由燃料122和空氣或氧氣124的燃燒產(chǎn)生的熱量來使供給水130汽化。通過燃料 122和空氣或氧氣124燃燒所產(chǎn)生的廢氣126被排放至煙囪(未示出)。
蒸汽發(fā)生器120較佳為現(xiàn)有技術(shù)中己知的直通蒸汽發(fā)生器。直通蒸汽發(fā)生器的 種類的范圍從具有高純度蒸汽產(chǎn)生的超臨界實用單元至產(chǎn)生低質(zhì)量或潮濕蒸汽的 相對低壓單元(例如Struthers-Wells型直通蒸汽發(fā)生器)。相比在蒸汽鼓室中具有 再循環(huán)水和水位的鼓式汽化器，在兩種類型的直流蒸汽發(fā)生器中，水和蒸汽一起流 動。通過將大量納米尺寸微粒，或較佳地將中等尺寸的微粒引入直通蒸汽發(fā)生器的 水中，可使那些微粒與水和水一蒸汽的"混合流"一起循環(huán)，而不將微粒從流體中 分離出來。
另一方面，鼓式汽化器經(jīng)受因蒸汽分離鼓內(nèi)腔而增強的蒸汽和水的汽化分離。 對于納米尺寸微?；蛑械瘸叽缥⒘＃⒘？梢员３衷谒?，而不是跟隨蒸汽從鼓室 中水位的表面逸出。如果發(fā)現(xiàn)微粒逸出并跟隨蒸汽，本發(fā)明也適用于鼓式汽化器。
蒸汽100和電荷載體110流過蒸汽渦輪機180，蒸汽渦輪機180驅(qū)動發(fā)電機 185，由此產(chǎn)生電流186。蒸汽100和電荷載體110隨后被引導通過MHD發(fā)電部 件160上游的供給水加熱器190，并隨后進入MHD發(fā)電部件160。參照圖3的配 置，本發(fā)明可作為發(fā)電的主要方法，藉此將蒸汽或蒸汽/水的混合流從蒸汽發(fā)生器 直接引向MHD發(fā)電部件160，在進入MHD發(fā)電部件160之前用有選擇地利用蒸 汽加熱。與圖3的配置相同，帶電電荷載體110由充電系統(tǒng)產(chǎn)生并由蒸汽100攜帶 經(jīng)過MHD發(fā)電部件160中的MHD法拉第發(fā)電機的磁場。蒸汽100和電荷載體110 從發(fā)電部件160排放至冷凝器170，在那里蒸汽冷凝成水，并作為供給水130與電 荷載體110 —起返回到蒸汽發(fā)生器120。
對比現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，MHD發(fā)電部件160充當及底循環(huán)而不是至頂循環(huán)。氣
輪機180被設(shè)置在MHD發(fā)電部件160的上游，而不是下游。
盡管前面己示出和描述本發(fā)明的具體實施和/或細節(jié)以闡述本發(fā)明的原理應(yīng) 用，然而應(yīng)當理解本發(fā)明可體現(xiàn)為在權(quán)利要求書中更完全描述的形式，或體現(xiàn)為本 領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所知的其它內(nèi)容(包括任何和所有的等效物)，而不脫離這些原理。 例如，上述系統(tǒng)和方法可改變以適應(yīng)現(xiàn)有的礦石燃燒電站。盡管本發(fā)明適用于任何 蒸汽產(chǎn)生方法，然而任何封閉循環(huán)熱動力循環(huán)、礦石燃燒發(fā)電機和廢熱汽化器也是 較佳的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電系統(tǒng)，包括汽化器，用來排放流動蒸汽和電荷載體的混合流；與所述汽化器流體連通的充電裝置，用來對電荷載體充電；磁流體動力發(fā)電機，用來從充電裝置接收蒸汽和帶電的電荷載體并從中產(chǎn)生電流；以及裝置，用于不去除電荷載體地使蒸汽和電荷載體從磁流體動力發(fā)電機回到汽化器。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括位于汽化器下游和MHD 發(fā)電機上游的蒸汽氣輪發(fā)電機。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷載體是從由水滴、細微 粒及其混合物構(gòu)成的組中選擇的。
4. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷載體是水滴。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于，所述電荷載體是平均直徑小于5000 納米的微粒。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷載體是平均直徑大于100 納米的微粒。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷載體是非碳質(zhì)微粒。
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷載體由高電壓電勢、低 電流電場的充電裝置產(chǎn)生。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高電壓電場是使用直流電和 交流電的至少其中之一來施加的。
10. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷載體是碳質(zhì)微粒。
11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)產(chǎn)生交流電流。
12. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)產(chǎn)生直流電流。
13. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述汽化器是直通汽化器。
14. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述汽化器是鼓式汽化器。
15. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括冷凝蒸汽并使蒸汽作為 供給水返回汽化器的裝置。
16. —種發(fā)電系統(tǒng)，包括汽化器，用來排放蒸汽和電荷載體的混合流； 與所述汽化器流體連通的充電裝置，用來對電荷載體充電； 磁流體動力發(fā)電機，用來從充電裝置接收蒸汽和帶電電荷載體并從中產(chǎn)生電流；蒸汽氣輪發(fā)電機，所述氣輪發(fā)電機位于所述汽化器下游和MHD發(fā)電機上游并 與兩者流體連通，用來產(chǎn)生附加的電流；裝置，用于不去除電荷載體地使蒸汽和電荷載體從蒸汽氣輪發(fā)電機回到汽化 器；以及其中所述電荷載體包括平均直徑從100至5000納米的微粒。
17. —種發(fā)電方法，包括 從汽化器排放出蒸汽和電荷載體的流動蒸汽； 對電荷載體充電；引導所述流動蒸汽和帶電的電荷載體通過MHD發(fā)電機，由此產(chǎn)生電流；以及 然后不去除電荷載體地使蒸汽和電荷載體返回到汽化器。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括步驟通過引導蒸汽和 電荷載體通過位于MHD發(fā)電機上游的蒸汽氣輪發(fā)電機而產(chǎn)生附加的電流。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述電荷載體是從由水滴、細 微粒及其混合物構(gòu)成的組中選擇的。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述電荷載體是水滴。
21. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述電荷載體是平均直徑小于 5000納米的微粒。
22. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述電荷載體是平均直徑大于 100納米的微粒。
23. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述電荷載體是非碳質(zhì)微粒。
24. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述電荷載體通過高電壓電勢、 低電流電場而充電。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述高電壓電場是使用直流電 和交流電的至少其中之一來施加的。
26. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述電荷載體是碳質(zhì)微粒。
27. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法產(chǎn)生電流。
28. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述汽化器是直通汽化器。
29. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述汽化器是鼓式汽化器。
30. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述蒸汽在MHD發(fā)電機下游 的冷凝器中被冷凝并作為供給水返回到汽化器。
全文摘要
一種發(fā)電的封閉循環(huán)系統(tǒng)和方法使用蒸汽將電荷載體傳遞通過MHD發(fā)電機。水滴、細微?；蚱浠旌衔镒鳛殡姾奢d體。細微粒足夠小以基本無損地或無損地經(jīng)過泵和流動路徑中的其它設(shè)備，由此不需要去除和重新注入種子材料或在排放至環(huán)境前對其進行處理?，F(xiàn)有技術(shù)中MHD發(fā)電機的高工作溫度得以避免，從而允許使用更為廉價和容易獲得的材料。該系統(tǒng)和方法還允許MHD發(fā)電機作為單環(huán)路發(fā)電系統(tǒng)中的及底循環(huán)，而傳統(tǒng)蒸汽氣輪發(fā)電機作為至頂循環(huán)，這導致溫室氣體和其它污染物的排放減少，單位發(fā)電量對環(huán)境的熱損耗降低所引起的加熱速率蒸高。
文檔編號H02K44/00GK101350551SQ20081013399
公開日2009年1月21日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者D·J·沃克 申請人:巴布科克和威爾科克斯能量產(chǎn)生集團公司