本發(fā)明屬于燃燒發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種實(shí)現(xiàn)火焰分級(jí)利用的燃燒發(fā)電的方法。

背景技術(shù)：
燃燒技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)的核心技術(shù)，也是化石能源的主要消耗方式。目前燃燒技術(shù)的應(yīng)用最為主要的是方式是鍋爐燃燒，其燃燒效率能夠達(dá)到95％以上。但如果考慮到主要熱量用來(lái)發(fā)電，因此實(shí)際效率并不高，最為先進(jìn)的超超臨界燃燒技術(shù)的熱電轉(zhuǎn)換效率也僅為45％，且該效率已達(dá)到領(lǐng)域的瓶頸，進(jìn)一步提升難度大且空間有限。目前新式化學(xué)能利用方式有：燃料電池、化學(xué)鏈燃燒、熱光伏等。其中，光作為能量具有品級(jí)的差別，根據(jù)光能量頻率的大小分為紫外光、可見(jiàn)光與紅外光。而紫外光波長(zhǎng)小、能量大。如通過(guò)常規(guī)手段將這部分能量利用起來(lái)，需通過(guò)熱能、機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)化途徑實(shí)現(xiàn)最后的電能輸出。但在光領(lǐng)域如光伏、光催化上，高品質(zhì)的紫外光能夠直接激發(fā)半導(dǎo)體材料產(chǎn)生光生電流而不需要復(fù)雜的流程。因此對(duì)于火焰燃燒這種常規(guī)技術(shù)中使用單一方法獲取能量的方式勢(shì)必會(huì)造成能量浪費(fèi)，而同時(shí)利用火焰的光效應(yīng)和熱效應(yīng)才是未來(lái)對(duì)燃燒能量利用的有效手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)鍋爐燃燒釋放能量品質(zhì)利用不合理的缺陷，提供一種實(shí)現(xiàn)火焰分級(jí)利用的燃燒發(fā)電的方法。為解決技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是：提供一種實(shí)現(xiàn)火焰分級(jí)利用的燃燒發(fā)電的方法，包括利用燃燒器使燃油或燃?xì)獬浞秩紵龑?duì)鍋爐中的水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行發(fā)電；還在鍋爐的燃燒室內(nèi)圍繞燃燒器設(shè)置至少一組光伏電池，光伏電池通過(guò)導(dǎo)線與設(shè)于燃燒室外的光伏電池配套部件連接，光伏電池的背部設(shè)置冷卻器；光伏電池將燃燒釋放的光能直接轉(zhuǎn)換為電能，并存儲(chǔ)于光伏電池配套部件中的蓄電池組；通過(guò)對(duì)冷卻器結(jié)構(gòu)選型、燃燒器與光伏電池間距和介質(zhì)循環(huán)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，使冷卻器的換熱量占燃燒室內(nèi)總?cè)紵芰康?0～20％。本發(fā)明中，還包括在燃燒室出口的煙道中設(shè)置煙氣換熱器，冷卻器的出口端通過(guò)管路依次連接煙氣換熱器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、凝汽器和介質(zhì)泵，介質(zhì)泵的出口接至冷卻器的入口端，汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)相連；介質(zhì)在介質(zhì)泵的提升作用下流經(jīng)光伏電池背面的冷卻器，通過(guò)熱交換帶走光伏電池未能吸收的輻射能量，同時(shí)使光伏電池工作于設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，以保證光伏電池的熱電轉(zhuǎn)換效率；經(jīng)換熱的介質(zhì)經(jīng)過(guò)煙氣換熱器后進(jìn)一步升溫為過(guò)熱介質(zhì)，推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)運(yùn)行以輸出電能；在凝汽器的作用下介質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷凝和降溫，并再度由介質(zhì)泵送至冷卻器進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。本發(fā)明中，還包括在燃燒室出口的煙道內(nèi)設(shè)置空氣預(yù)熱器，由引風(fēng)機(jī)將空氣送入空氣預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱后，在燃料混合器與燃油或燃?xì)膺M(jìn)行混合，再進(jìn)入燃燒室中的燃燒器進(jìn)行燃燒。發(fā)明原理描述：本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)火焰分級(jí)利用的燃燒發(fā)電系統(tǒng)，其核心部件為燃燒器、光伏電池和冷卻器。燃料與預(yù)熱后的空氣混合，通過(guò)鍋爐的燃燒器完成燃燒，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能到光能與熱能的轉(zhuǎn)變，其中一部分的熱能通過(guò)對(duì)水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)的做功以實(shí)現(xiàn)發(fā)電，這是傳統(tǒng)技術(shù)中對(duì)熱能的應(yīng)用模式。而本發(fā)明中，還能同時(shí)通過(guò)光伏電池及冷卻器把燃燒過(guò)程釋放的一部分光能和熱能回收利用起來(lái)。光伏電池面對(duì)火焰接受光和熱輻射，其背部通過(guò)冷卻器實(shí)現(xiàn)降溫以維持正常的工作溫度。燃料經(jīng)燃燒釋放的光能，在光伏電池的作用下實(shí)現(xiàn)直接發(fā)電，而一部分熱輻射被冷卻器中循環(huán)介質(zhì)回收利用，形成高溫蒸汽帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組做功，實(shí)現(xiàn)熱能的電轉(zhuǎn)化。在介質(zhì)循環(huán)過(guò)程中，還更進(jìn)一步利用了設(shè)置在煙道中的煙氣換熱器來(lái)回收煙氣中的熱量。同時(shí)，在煙道后段還進(jìn)一步設(shè)置空氣預(yù)熱器，將空氣加熱后用于與燃料混合。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，基于半導(dǎo)體光伏效應(yīng)的光電轉(zhuǎn)化即高品質(zhì)能量利用階段，利用這一部分高品質(zhì)能量直接發(fā)電的轉(zhuǎn)化效率能夠高達(dá)90％以上，遠(yuǎn)高于目前電廠僅依靠其熱效應(yīng)的45％發(fā)電效率，因而燃燒輻射能中可利用光能的比例是本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)效率提升的重要影響因素。根據(jù)輻射分布規(guī)律，可利用光能與燃燒火焰溫度息息相關(guān)。以常見(jiàn)光伏電池GaSb半導(dǎo)體元件為例，其截止頻率為0.73eV，在光伏電池保持300K條件下，輻射溫度1700K時(shí)可利用范圍內(nèi)的高品質(zhì)能量占總輻射能約26.1％；而在輻射溫度2500K時(shí)可利用光能為53.7％，輻射溫度的提高使得可利用光能占比大大增加。本發(fā)明的系統(tǒng)中，由于半導(dǎo)體光照時(shí)的反向電壓會(huì)導(dǎo)致電能輸出受到阻礙，而這一不利因素與溫度具有明確關(guān)系，故光伏電池的保溫是決定光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素。在熱源輻射溫度1700K的條件下，電池溫度為300K情況下實(shí)際輸出電能能夠達(dá)到實(shí)際光伏電池上投射輻射能的29.4％；當(dāng)電池溫度升高到400K時(shí)，效率下降到16.9％；當(dāng)溫度繼續(xù)升高到500K時(shí)，這一效率僅為5.6％。設(shè)置換熱器設(shè)計(jì)換熱量占總?cè)紵芰康?0-20％，保證了光伏電池可以維持在低溫下工作，維護(hù)光電元件自身安全穩(wěn)定前提下保證了效率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明的創(chuàng)新部分是以光發(fā)電為核心，在能量利用本質(zhì)上區(qū)分能量?jī)?yōu)劣，有效縮短發(fā)電過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換流程，技術(shù)上易操作，與現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合方便。2、本發(fā)明核心創(chuàng)新點(diǎn)改變了目前燃燒熱量的利用方式，通過(guò)光伏電池利用對(duì)原本被浪費(fèi)掉的輻射能量直接發(fā)電；通過(guò)冷卻器實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電池降溫的同時(shí)，將燃燒產(chǎn)生的一部分熱能回收利用。3、與目前燃燒技術(shù)相比，本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)對(duì)火焰的分級(jí)利用體現(xiàn)了能量梯級(jí)利用理念，兩者結(jié)合能顯著提高現(xiàn)有系統(tǒng)發(fā)電效率。區(qū)別于目前鍋爐發(fā)電技術(shù)中對(duì)燃燒釋放能量一律以熱形式吸收的方式，本發(fā)明對(duì)能夠直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷墓饽苓M(jìn)行光電轉(zhuǎn)化作為能量轉(zhuǎn)換第一步，熱能的回收作為能量轉(zhuǎn)換第二步。通過(guò)對(duì)能量的合理利用避免了能量品質(zhì)的浪費(fèi)，提高了系統(tǒng)熱效率。附圖說(shuō)明圖1是火焰分級(jí)利用的高效燃燒發(fā)電系統(tǒng)裝置圖。圖中：1.燃料；2.燃料混合器；3.燃燒器；4.輻射能；5.光伏電池；6.低溫介質(zhì)；7.冷卻器；8.高溫介質(zhì)；9.高溫?zé)煔猓?0.煙氣換熱器；11.空氣預(yù)熱器；12.引風(fēng)機(jī)；13.預(yù)熱助燃?xì)猓?4.過(guò)熱介質(zhì)；15.介質(zhì)泵；16.汽輪機(jī)；17.發(fā)電機(jī)；18.凝汽器；19.冷卻介質(zhì)；20.光伏電池配套部件。具體實(shí)施方法下面結(jié)合附圖與實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)火焰分級(jí)利用的燃燒發(fā)電系統(tǒng)，包括設(shè)于鍋爐的燃燒室中的燃燒器3(可使用燃油或燃?xì)?，還包括與燃燒器3配合使用的鍋爐設(shè)備及發(fā)電設(shè)備。在燃燒室內(nèi)圍繞燃燒器3設(shè)置至少一組光伏電池5，光伏電池5通過(guò)導(dǎo)線與設(shè)于燃燒室外的光伏電池配套部件20連接；光伏電池5的背部設(shè)冷卻器7，冷卻器7通過(guò)管路與介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)相接。光伏電池5的導(dǎo)線和冷卻器7的管路分為位于燃燒室中和位于燃燒室外兩部分，位于燃燒室中的外側(cè)設(shè)置隔熱層，起到隔熱保護(hù)作用。光伏電池配套部件可利用市售的常規(guī)設(shè)備，但至少應(yīng)包括蓄電池組、充放電控制器、逆變器和交流配電柜，交流配電柜與發(fā)電輸出線路相接。在燃燒室出口的煙道中，依次設(shè)置煙氣換熱器10和空氣預(yù)熱器11；引風(fēng)機(jī)12通過(guò)管路依次連接空氣預(yù)熱器11和燃料混合器2，燃料混合器2與燃燒器3相連；冷卻器7、煙氣換熱器10、汽輪機(jī)16、發(fā)電機(jī)17、凝汽器18和介質(zhì)泵15共同組成了介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；其中，冷卻器7的出口端通過(guò)管路依次連接煙氣換熱器10、汽輪機(jī)16、凝汽器18和介質(zhì)泵15，介質(zhì)泵15的出口接至冷卻器7的入口端；汽輪機(jī)16與發(fā)電機(jī)17相連。本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)火焰分級(jí)利用的燃燒發(fā)電的方法，是對(duì)傳統(tǒng)鍋爐燃燒技術(shù)的一種補(bǔ)充。傳統(tǒng)鍋爐燃燒技術(shù)中，是利用燃燒器3使燃油或燃?xì)獬浞秩紵?，?duì)鍋爐中的水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行發(fā)電。除此之外，本發(fā)明還在鍋爐的燃燒室內(nèi)圍繞燃燒器3設(shè)置至少一組光伏電池5，光伏電池5通過(guò)導(dǎo)線與設(shè)于燃燒室外的光伏電池配套部件20連接，光伏電池5的背部設(shè)置冷卻器7；燃燒器3產(chǎn)生的火焰持續(xù)向外釋放輻射能4(光能和熱能)，光電池5四周環(huán)繞燃燒器，其受光面正對(duì)燃燒器3的火焰，將燃燒釋放的光能直接轉(zhuǎn)換為電能，并存儲(chǔ)于光伏電池配套部件20中的蓄電池組；通過(guò)對(duì)冷卻器7結(jié)構(gòu)選型、燃燒器3與光伏電池5間距和介質(zhì)循環(huán)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，使冷卻器7的換熱量占燃燒室內(nèi)總?cè)紵芰康?0～20％。本發(fā)明介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)中，介質(zhì)(可選用水)在介質(zhì)泵15的提升作用下流經(jīng)光伏電池5背面的冷卻器7，通過(guò)熱交換帶走光伏電池5未能吸收的輻射能量，同時(shí)使光伏電池5工作于設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，以保證光伏電池5的熱電轉(zhuǎn)換效率；經(jīng)換熱的介質(zhì)經(jīng)過(guò)煙氣換熱器10后進(jìn)一步升溫為過(guò)熱介質(zhì)，推動(dòng)汽輪機(jī)16運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)17運(yùn)行以輸出電能；在凝汽器18的作用下介質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷凝和降溫，并再度由介質(zhì)泵15送至冷卻器7進(jìn)入下一輪循環(huán)。本發(fā)明還在燃燒室出口的煙道內(nèi)設(shè)置空氣預(yù)熱器11，由引風(fēng)機(jī)12將空氣送入空氣預(yù)熱器11進(jìn)行預(yù)熱后，在燃料混合器2與燃油或燃?xì)膺M(jìn)行混合，再進(jìn)入燃燒室中的燃燒器3進(jìn)行燃燒。燃燒室排出的高溫?zé)煔?經(jīng)過(guò)煙氣換熱器10和空氣預(yù)熱器11的換熱后，轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏責(zé)煔馀懦鱿到y(tǒng)。經(jīng)過(guò)上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明能顯著提高系統(tǒng)的熱效率與電效率，減少能量損失，相對(duì)于傳統(tǒng)鍋爐系統(tǒng)有更大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ誀t溫2500K，總效率40％的600MW鍋爐系統(tǒng)為例，選用實(shí)現(xiàn)光利用最大化的匹配光電池組件，光伏電池對(duì)光能的實(shí)際轉(zhuǎn)化效率按90％計(jì)算，光電功率能夠達(dá)到594MW，熱電功率336MW，總效率62％，通過(guò)對(duì)燃燒中不同品質(zhì)能量的分級(jí)利用，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)發(fā)電效率提高22％。就這一點(diǎn)而言，對(duì)于在總效率提升空間本已無(wú)多的傳統(tǒng)燃料鍋爐而言，是技術(shù)上的極大突破。