21世纪最伟大的发明

21世纪最伟大的发明 “低 温 发 电 系 统” ----影响人类生存和发展的能源供应问题 可望彻底而永久地解决 来自江苏省靖江市龙神一体化电热设备厂的 发 明 通 报 摘 要 ?现行高温发电系统的热-电转化效率很低，1/3的能量从烟囱跑掉,水的汽化潜热(它等于发电能量的2.72倍到3.5倍)未被利用，总的热-电转化效率只有15—18%，大于80%的能量被浪费掉。 ?低温发电系统采用多种低沸点、高饱和蒸汽压的工作介质替换高温系统的单一工作介质,采用三大措施提高热-电转化效率:第一是采用卧式烟囱，多介质分区换热法，提高锅炉的热能转移效率，让工作介质尽可能多地把锅炉煤焰气的热能传递给工作介质;第二是提高蒸汽的热量传递效率，采用多介质逐级降温液化和介质降温余热逐级反馈参予发电的办法，使蒸汽尽可能多地把所携带的能量传递给汽轮机，主要是把汽化潜热释放出来,参予发电;第三是增加环境能采集器,把大气环境中的能量收集起来参予发电。消耗等量能源低温发电系统发出的电量是现行高温系统的4倍到4.5倍;换句话说，发相等电量,低温发电系统可大幅度节能减排75%--80% 。 ?第一步是用低温发电系统对现行高温发电系统进行技术改造, 消耗等量能源多发出3倍到3.5倍的电量,相当于增加3个半地球的能源储量。 ?第二步是逐步增加环境能源的低温发电量, 逐步减少矿物能源的低温发电量。地球有丰富的环境能源:太阳能、地热能、冬夏季节地温与大气温差能、海水温差能等等,特别是 22太阳能, 太阳直射地表的能量密度为1.3KW/M,平均照射地表的能量密度为0.35KW/M,人均 2地表佔有量为10万M, 2004年世界人均电力佔有量仅为0.2 KW/人，采集太阳能进行低温发 电,足够人类使用千百万年,那时人类将全部停止地球矿物能源的开采,把人类和全部动植物赖以生存的地球全部封存保护起来，实现全球二氧化碳的零排放,人类就可千秋万代和平安定地生活下去,所以说低温发电系统可望彻底而永久地解决影响人类生存和发展的能源供应问题。 ?战略性高科技大项目，当今世界第一大课题,比阿波罗登月更伟大更实用; ?控制世界能源供应的80%,唯一可使中国在较短的时间内赶上和超过美国而成为世界第一首富、强国的大项目; ?稳拿诺贝尔奖的大项目,圆中华民族的强国梦～ 能源问题是个迫在眉睫的大问题,人一天只吃三餐饭,却每时每刻像呼吸一样地消耗着能源,全世界50多亿人每日三餐要烧火做饭,上千座电厂在烧煤、烧油发电，数亿辆汽车、火车烧着汽油、柴油在全球奔跑,地球给人类提供的资源是很有限的,近两年石油价格从30美元/桶，猛升至70多美元/桶，已经向人类敲响了能源危机的警钟～能源紧张,资源枯竭,已经直接威胁着人类自身的生存和发展,彻底解决能源供应问题是全人类的共同期盼～ 人类一方面面临能源危机和资源枯竭,另一方面确在毫不心痛地高比例地、大量地浪费着宝贵的能源资源，能源利用率低的问题,是个世界性的普遍的大问题,也是一个关系到子孙利益和人类自身生存、发展的大问题, 很多人并没有意识到这个问题的严重性和紧迫性, 这个问题已经到了必须提到日程尽快启动解决的时候了～别等到地球挖空了再行动～那就太迟了～为了你我他～为了子孙后代～赶快行动吧～ 低温发电系统(专利申请号:200510063625.3,公开号CN1837582A)采用多种具有低沸点和高饱和蒸汽压的物质作为工作介质代替高温发电系统的单一的工作介质—水; 从而实现在低于100?时也能获得推动汽轮机旋转,带动发电机发电的低温高压介质蒸汽!这一专利技术的发明,使利用环境能源来直接发电成为现实, 环境能源,特别是太阳能,是取之不尽用之不竭的能源!因而使影响人类生存和发展的能源供应问题获得彻底而永久地解决! 单纯的低温发电系统无须消耗矿物能源,无须锅炉, 系统在低于100?以下发电;其供给能源 可单纯取自大自然的环境能源,如地热、海水温差、季节能、太阳能(特别是太阳能)等,也可取自工业的废汽、废水、废热、余热等; 单纯的低温发电系统由(1)工作介质储罐;(2)恒压或调压泵;(3)环境能采集器及储能载体;(4)热交换器;(5)恒温管道;(6)工作介质汽轮机;(7)发电机等部件组成。 以太阳能低温发电系统为例, 低温发电方法是这样进行的:以水作为储能载体的太阳能采集器将太阳能采集起来,将水温提升至85?--98?;用氨作为工作介质储于氨储罐及氨汽路中;采用螺旋管型热交换器;用调压泵将氨储罐中的氨汽压入螺旋管型热交换器的螺旋管内, 用调压泵将携带太阳能的85?--98?的储能载体热水压入螺旋管型热交换器的螺旋管外壁空间进行循环式热交换, 在热交换器的螺旋管出口端,氨汽温度已被加热到85?--95?, 这时,氨汽具 255kg/cm的氨汽压力,通过恒温管道送入氨汽轮机,推动氨汽轮机旋转,带动发电机发有45kg— 电;氨汽作功释放能量后,温度下降,返回氨储罐,再经调压泵压入螺旋管型热交换器进行下一次循环;包括氨汽轮机在内的整个氨汽汽路是自成独立的封闭循环系统, 与外界空气是完全隔绝的;氨汽只起携带和转移能量的作用,发电过程中并不消耗工作介质,储能载体水也是只起携带和转移能量的作用, 水路也是自成独立的封闭循环系统, 发电过程中也不消耗水，通过工作介质氨汽和储能载体水的不断循环运行,通过热交换器将太阳能转化为工作介质氨汽的热能和动能,借助氨汽轮机的热—机转化功能和发电机的机—电转化功能,实现了太阳能的整个热—电转化过程,将太阳能源源不断地转变为电能, 对外供电;低温发电系统要解决的三大技术关键:一是防腐(有的工作介质具有较强的腐蚀性)、二是防爆(有的介质泄漏与空气混合会产生爆炸,控温失灵,急剧升温也会产生爆炸)、三是防轴漏(汽轮机是动态旋转体,必须解决工作介质的防轴漏问题)。 现行高温发电系统的热-电转化效率很低，1/3的能量从烟囱跑掉,水的汽化潜热(它等于发电能量的2.72倍到3.5倍)未被利用，总的热-电转化效率只有15—18%，大于80%的能量被浪费掉! 在低温发电系统还未广泛推开以前,在高温发电系统还能盁利经营的条件下, 高温发电系统是不会自动退出历史舞台的,但是,82% 以上的矿物能源被其吞食浪费掉,为了保护地球,需要用低温发电系统对其进行技术改造,使消耗等量能源,多发出3倍到3.5倍的电量。 征对高温发电系统进行技术改造的低温发电系统,称技改型低温发电系统,主要抓住三点:一是提高锅炉的热能转移率;二是将汽化潜热释放出来参予发电;三是增加环境能采集器,将环境能 采集起来参予发电。 目前，采用煤、石油、天然气、核能等作为热能源的热-电转化发电系统，都是使用单一物质水作为工作介质的，首先将水在锅炉中加热汽化，变成高温高压蒸汽，再将高温高压蒸汽送入汽轮机，推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机发电，而完成整个热-电转化过程。为叙述方便，我们称这一转化装置为高温发电系统或简称高温系统。高温系统热-电转化率低，主要是两个因素造成的，一个原因是锅炉能量转移率低，锅炉烟囱过高，又是立式工作，高温炉气流速过快，能量转移时间过短，一部分能量还未传递给水，锅炉气就带着较高的温度，变成废气进入大气中浪费掉;锅炉中产汽用的水管或火管，为了保证高温高压工作,安全可靠，管壁过厚，热阻过大，降低了能量传递效率，锅炉煤焰气的燃烧温度约1200?，烟囱出口温度约400?，高温系统的能量转移率约为1200—400/1200=66.7%;另一个原因是:高温高压蒸汽的汽-电转化率低，蒸汽从热源锅炉中携带出来的能量，包括三个部分，一分部是从环境温度升到100?的能量，每公斤为(100,X)千卡，X为环境温度，现假设环境温度X为0?，水升到100?吸热100千卡/kg;第二部分是100?水变成100?蒸汽的能量，539.4千卡/kg,称为水的汽化潜热;第三部分能量是100?的蒸汽升至最高工作温度的能量,假设最高温度为540?，高温蒸汽的比热为0.4至0.45千卡/kg.?，这部分能量为(540-100)×0.45千卡=198千卡，每公斤蒸汽携带的总能量为(100+539.4+198)千卡=837.4千卡。从汽轮机出来的蒸汽温度都高于100?,我们假设高温蒸气的能量198千卡100%的传给了汽轮机，汽轮机的最高热电效率为198/837.4=23.64%，总的热—电转化效率为两部分效率的乘绩:66.7%×23.64%=15.76%，较好一点的锅炉热效率达到75%,它的总的热效率为:75%×23.64%=17.7%，其它的损失,包括汽路损失和发电机的热损失，均未计算进去，汽化潜热作为能量转移的主要组成部分，从煤能中转移出来，未参予到发电中去，而白白地作为废汽被抛弃，是高温系统的极大的浪费，所以说高温发电系统的热-电转化效率是很低的，只有15—18%，大于80%的能量被浪费掉,并加速了地球的温室效应。 有人会说,余热利用也算利用呀～不错，废汽废水的热能在不能转变为电能的情况下,应该尽可能地利用余热,以减少损失。但是要知道,热电厂的能量密度是很高的,靠热电厂周围近距离的企业和居民是不可能消耗掉大部分余热的,只有把大部分的热能都转变为可远输的电能,才能从根本上提高能源的有效利用率。 低温发电系统采用多种低沸点、高饱和蒸汽压的工作介质替换高温系统的单一工作介质,采取三大措施提高热-电转化效率:第一是采用卧式烟囱，多介质分区换热法，提高锅炉的热能转移效率，让工作介质尽可能多地把锅炉煤焰气的热能传递给工作介质;第二是提高蒸汽 的热量传递效率，采用多介质逐级降温液化和介质降温余热逐级反馈参予发电的办法，使蒸汽尽可能多地把所携带的能量传递给汽轮机，主要是把汽化潜热释放出来,参予发电;第三是增加环境能采集器,把大气环境中的能量收集起来参予发电. 锅炉的功能是完成热能转移，将煤焰气的热能传递给工作介质，变成工作介质的热能和动能，在低温发电系统中，采取如下一些措施来提高能量转移率，第一，是将高温系统中的立式烟囱改为卧式烟囱，降低煤焰气的流速，增加煤焰气与工作介质的热交换时间，第二，是用多种低沸或恒沸工作介质替换高温系统中的单一介质，这些低沸或恒沸介质在工作温度区(—10?--500?)具有较高的饱和蒸汽压,可以推动汽轮机旋转。低温发电系统把卧式烟囱分为4个工作区, 锅炉的入口,炉膛温度约1200?-1500?,称为高温区,或称为第一换热区，在高温区使用水或者以水为主要成份的恒沸水作为工作介质，水在275.5?的饱和蒸汽压为 2260kg/CM, 在30?的饱和蒸汽压为0.432kg/CM,恒沸水由80%的水和20%的环己醇组成，水的沸点是100?，环己醇的沸点是161.5?，恒沸水的沸点是97.8?，采用恒沸水可加速工作介质的汽化速度，使工作介质的热传递效率提高。蒸汽的产生办法与高温系统不同，高温系统是将水在锅炉中加热升温，在高温水中含有高温蒸汽，将高温汽水混合物送到锅炉汽包中进行汽水分离，将蒸汽用蒸汽管送入锅炉回热，变为过热蒸汽再送到蒸汽轮机工作，分离出来的水再送回到锅炉继续汽化。在低温发电系统中, 不用汽水分离汽包,只用火管锅炉, 每个换热区的火管锅炉中的火管和喷淋管的布置按六角蜂窝结构,中间是喷淋管, 六个角上是六根火管，火管内走煤焰气, 火管外走蒸汽, 火管内外两个空间是完全隔离的;煤焰气在火管中向烟囱口移动，储水罐中的水通过调压泵压入水汽锅炉中的喷淋管,将水或者恒沸水喷淋在火管的外表面，直接汽化变成蒸汽,通过恒温蒸汽管直接送入蒸汽轮机，推动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机发电，从汽轮机出来的蒸汽通过恒温蒸汽管送入第一级水热交换器和第二级水热交换器中的冷凝器进行两级氨汽冷却液化,再回到储水罐,完成一次循环,在两级热交换器中,水的全部汽化潜热539.4kcal/kg及100?降至30?的含热量70kcal/kg转移给了氨汽,变成氨汽的热能和动能,送到氨汽轮机组去发电, 水的汽化潜热及100?--30?的含热量被释放了出来获得有效利用。第一段我们称为水蒸汽区，或简称为水汽区，水蒸汽的蒸汽压及蒸汽的温度通过调节调压泵的输液量和调节锅炉的加煤量调节锅炉温度来实现调节蒸汽压及其温度。在水汽区，从产汽到送入汽轮机，到冷凝液化回到储水罐，再进入锅炉汽化，整个是自成独立的封闭循环系统，水或恒沸水在低温发电系统中循环工作，不消耗工作介质，仅仅完成能量传递。在水汽区火管被水或恒沸水喷淋后，将一部分热能变为蒸汽，火管内的火焰气温度降低，进入第二换热区,在水汽区火管温度约500?--1200?, 进入汽轮机的水蒸汽的温度约300?, 蒸汽压约 262kg/cm，汽轮机出口的水蒸汽的温度约120?, 第二级热交换器出口的水温度约30?。 第二换热区的工作介质为乙醇或以乙醇为主要成份的恒沸醇或者采用二硫化碳，恒沸醇 2由95.6%的乙醇及4.4%水组成，乙醇在242?的饱和蒸汽压为60kg/CM, 在30?的饱和蒸 2汽压为0.12kg/CM,第二换热区采用醇汽锅炉,汽化方式以水汽区相同，储醇罐中的乙醇或恒沸醇通过调压泵压入醇汽锅炉中的喷淋管，将乙醇或恒沸醇喷淋在火管外壁进行汽化，而获得乙醇蒸汽，蒸汽压力通过控制调压泵的输液量进行控制，产生的醇蒸汽通过恒温蒸汽管直接进入醇汽轮机，推动醇汽轮机旋转，带动发电机发电,第二换热区称为醇汽区，醇汽区也是自成独立的封闭循环系统，火管内的煤焰气通过第二换热区后，温度进一步下降，进入第三换热区,在醇汽区,火管温度约250?--500?, 进入醇汽轮机的醇蒸汽的温度约250?, 醇蒸 2汽压约60kg/cm，推动醇汽轮机发电后,汽轮机出口的醇蒸汽的温度降到约105?, 从醇汽轮机出来的醇蒸汽也通过恒温蒸汽管送入第一级醇热交换器和第二级醇热交换器中的冷凝器进行两级氨汽冷却液化,再回到储醇罐,完成一次循环,在醇的两级热交换器中, 醇的全部汽化潜热204.26kcal/kg及78.3?--30?的含热量21.7kcal/kg转移给了氨汽,变成氨汽的热能和动 能送到氨汽轮机组去发电, 醇的汽化潜热及78.3?--30?的含热量被释放了出来获得有效利 用;第二级热交换器出口的醇的温度约30?。 第三换热区的工作介质为氨汽，或采用氯甲烷，称为氨汽区，也是自成独立的封闭循环 22系统，氨在98.3?的饱和蒸汽压为60kg/CM, 在25.7?的饱和蒸汽压为10kg/CM,储氨罐中的氨通过调压泵压入氨汽锅炉中的喷淋管，将氨喷淋在火管外壁进行汽化，而获得氨蒸汽，蒸汽压力通过控制调压泵的输液量进行控制，产生的氨蒸汽通过恒温氨汽管会同从水和醇第一级热交换器出来的被加热的氨蒸汽一道直接进入氨汽轮机，推动氨汽轮机旋转，带动发电机发电。锅炉火焰气经氨汽区后温度再进一步下降，进入第四换热;在氨汽区火管温度约50? 2--250?, 进入氨汽轮机的氨蒸汽的温度约100?, 氨蒸汽压约60kg/cm，推动氨汽轮机发电后,汽轮机出口的氨蒸汽的温度降到约50?, 从氨汽轮机出来的氨蒸汽也通过第一级氨热交换器和第二级氨热交换器两级乙炔汽热交换器冷却,再回到储氨罐,完成一次循环,在两级乙炔热交换器和水、醇热交换器中, 氨的全部汽化潜热301.5kcal/kg及50?--20?的含热量15.3kcal/kg转移给了乙炔汽,变成乙炔汽的热能和动能送到乙炔汽轮机组去发电, 氨汽的汽化潜热及50?--20?的含热量被释放了出来获得有效利用。氨汽在第二级热交换器出口的温度约20?。 第四换热区称为乙炔区,工作介质为乙炔，或用二氧化碳，乙炔区也是自成独立的封闭循环系统，乙炔储罐中的乙炔气通过调压泵压入乙炔锅炉中的喷管，将乙炔喷在火管外壁被加热而获得高压乙炔气，乙炔气压力通过控制调压泵的输气量进行控制，高压乙炔气通过恒温 管会同从氨的第一级热交换器出来的被加热的乙炔汽以及从环境采能器出来的高压乙炔气一道直接进入乙炔汽汽轮机，推动乙炔汽轮机旋转，带动发电机发电。锅炉煤焰气经过四道烟囱换热区后，温度已降得很低，煤的热能的绝大部分已转移给了工作介质，以炉堂煤焰气的初始燃烧温度1200?，烟囱出口温度为20?计算，煤的热能传递效率为1200-20/1200=98.3%，比高温系统的66.7%提高了31.6%;乙炔汽在常温下是气态, 工作过程中不发生汽液形态转化,没有汽化潜热的参与,把它作为最后的工作介质,提高了能量的利用率。 为了充分发挥系统的整体功能，可在乙炔汽轮机组中增加一组或几组环境能采集器，通过恒压或调压泵将低温区的物质乙炔汽压入热交换器，环境能采集器将高温区的物质(夏天是高温大气,冬天是地热温水)送入其内进行热交换,将乙炔加热升压，送入乙炔汽轮机入口参与发电，可将燃料之外的环境能转变为电能,供人类使用。乙炔储罐、恒压或调压泵、环境能采集器、热交换器、乙炔汽汽轮机和发电机可独立组成环境能发电系统，当环境中的两处物质的温差达到一定值后,就可以通过热交换器用低沸点和高饱和蒸汽压的物质作为工作介质的低温发电方法和低温发电装置从环境能源取得电能供人类使用。 低温发电系统由于采用卧式烟囱多介质分区换热法,减少了排入大气的热量损失,提高了燃料的利用率, 能量转移率从现在的60%--75%提高到大于95%;在蒸汽发电过程中, 由于采用多介质逐级降温液化和介质降温余热逐级反馈参予发电的办法,既释放了汽化潜热来参予发电,又减少了转移过程中的能量损失，使汽-电转化率从现在的低于22.57%,提高到大于96%,使热-电总的转化率从现在的15%--18%,大幅度提高到大于90%，消耗等量能源,发出的电量达到高温发电系统的4倍到4.5倍，换句话说，发等量电量,低温发电系统可大幅度节能减排75%--80%;热电厂低温发电改造成功后，接着是太阳能低温发电，地热低温发电，冬夏季节地温与大气温差发电，海水温差发电等等，低温发电系统的实用化和大型产业化，不仅提高地球资源煤炭、石油、天然气的有效利用率，延长地球资源的使用年限(相当于增加三个半地球的能源储量)，而且使利用大自然的环境能源来直接发电成为现实。低温发电系统的生产成本是高温系统的1/4, 没有一家能与之竞争,谁掌握了这套技术, 谁就能控制世界能源供应的80%;谁就掌握了世界经济发展的命脉。本项目是世界第一大课题,它比阿波罗登月工程更伟大，更实用,这是一项稳拿诺贝尔奖的大项目,它的发展结果是使影响人类生存和发展的能源供应问题基本获得彻底永久地解决;低温发电系统是最廉价的一种彻底解决人类能源供应的技术,从小试(1000万美元)到大型产业化(10亿美元)只需投入100 亿元人民币,只用三峡投资的1/20,效益是三峡工程的30倍;最近公布的核聚变能源国际试验计划,耗资120亿美元,还不能达到实用阶段.低温发电系统只花费其1/12,就可达到实用阶段。 低温发电系统是一项使全人类长期受益的大发明，也是一项耗资巨大的工程，必须要有党和国家领导人的直接领导和直接参予,必须要集中全民族的智慧和凝聚全民族的共同努力才能最后成功，只有社会主义的中国才具备这一条件。把低温发电系统搞成功,就是中华民族对全人类的一大贡献,是中国当代科学技术进步上的一大手笔。低温发电系统是中国人首先提出的发明,知识产权归中国所有。 热-电转化率大于90%以后,地球上的能源资源大都要通过转化为低温发电系统搞成功, 电以后才进入消费领域。生活领域全部用电已不成问题;交通领域也可全部使用电，只需将现在遍布全世界的加油站改为电瓶更换站即可;航天、航空用电解水后压缩成的液态氢、氧作为动力源;低温发电系统是运行成本最低、最环保的绿色能源,开发到一定阶段, 利用大自然的环境能源的低温发电量就已足够人类全部的能量需求,太阳直射地表的能量密度为 2221.3KW/M,平均照射地表的能量密度为0.35KW/M,人均地表佔有量为10万M, 2004年世界人均电力佔有量仅为0.2 KW/人，采集太阳能进行低温发电,足够人类使用千百万年,那时人类将全部停止地球矿物能源的开采,把人类和全部动植物赖以生存的地球全部封存保护起来，实现二氧化碳的零排放，地球处于完全的生态平衡，人类就可千秋万代和平安定地生活下去,所以说低温发电系统可望彻底而永久地解决影响人类生存和发展的能源供应问题。 人世间从来没有天上掉下馅饼的事,干任何事都要经过艰辛的努力, “低温发电系统”在研发和产业化过程中会碰到各种困难和难题,但是,只要它的原理是正确的,它就一定能成功～ 要有心怀高远，报效民族的志向;勤思好学, 不断实践的品质;有所不为,紧叮主题的胸怀，坚韧不拔，勇于攀峰的雄心才有可能在解决人类的共性问题上有所作为。首要的最关键的条件是要有解决问题的决心、勇气、智慧和坚忍不拔,不达到目的决不罢休的奋斗精神，低温发电系统发明人徐国汉教授1970年在上海吴泾热电厂作汽包汽水分离层测定现场实验时,了解到热电厂的热--电转化率很低的情况后,就立下志愿,有机会时,一定要改变它～改革开放以后, 机会出现,1985年毅然辞去公职, 专事发明创造, 心怀三步走的大目标，要用余生彻底解决影响人类生存的能源问题;二十年来，一方面维持生计，一方面始终紧盯着大目标，不断向大目标靠近～终于搞成功21世纪最伟大的发明，， “低温发电系统”的产业化要用8年到10年的时间才能完成,将分五步进行,第一步,投资5000万美元,3年完成小型样机; 第二步,投资4亿美元,第6年完成高温发电厂的技术改造样机,这时已可出售专利许可权,开始挣钱;第三步,投资10亿美元,第八到第十年完成100万KW的低温发电样板厂, 专利已可大面积推广, 用销售专利许可办法,大量回收资金;第四步,第20 年完成全世界高温发电厂的技术改造, 消耗等量能源，多发出3.5倍的电量,节能减排80%;第五步,第30年完成全世界发电厂的低温发电化,发电的供给能量全部取自环境能源(主要取自太阳能)!实现全球二氧化碳的零排放!全部停止使用矿物能源!宣布地球全部保护封存! “低温发电系统”产业化后,20年可创54万亿美元的利润,具有巨大商机!