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      火藥發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用

      2017-03-20 19:13:21梅萬(wàn)倫
      關(guān)鍵詞:火藥發(fā)電

      梅萬(wàn)倫

      摘 要:本文基于對(duì)火藥性能,全套設(shè)備的理論研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐,提出一種用傳統(tǒng)的火藥原料經(jīng)過(guò)優(yōu)化合成。以硝酸、農(nóng)作物秸稈和快速再生植物、稻殼、稻草、麥秸、玉米秸稈、棉花稈、木屑、竹屑、老舊森林報(bào)廢代謝植物等做原料,為一種新能源,用于發(fā)電的應(yīng)用系統(tǒng)。對(duì)火藥發(fā)電技術(shù)的原料、設(shè)備設(shè)計(jì)、能量指標(biāo)等進(jìn)行分析論證,力求為火藥發(fā)電系統(tǒng)提供有效的技術(shù)參數(shù),為火藥發(fā)電在實(shí)際應(yīng)用中的推廣做出技術(shù)參考。

      關(guān)鍵詞:火藥;適時(shí)合成;塑化成型;燃燒轉(zhuǎn)換、發(fā)電;系統(tǒng)設(shè)備

      中圖分類號(hào):TQ565 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

      火藥是古老的發(fā)明,在槍、炮、火箭發(fā)射中是應(yīng)用成熟的能源;還用于飛機(jī)起飛火箭的推進(jìn)劑;驅(qū)動(dòng)渦輪,推動(dòng)活塞,剪切螺栓和金屬線,推動(dòng)火箭葉輪,開(kāi)動(dòng)導(dǎo)彈中的燃料泵,飛機(jī)的彈射座椅等?,F(xiàn)代火藥能量密度高,主要原料均為地表可再生資源。典型的常規(guī)火藥是由多種原料經(jīng)過(guò)理化組合而成。單質(zhì)的原料在生產(chǎn),運(yùn)輸,儲(chǔ)藏過(guò)程中都是安定、普通的化工原料,它不具有危險(xiǎn)性。

      一、火藥原料發(fā)電系統(tǒng)的基本原理

      用于配置火藥的單質(zhì)原料在生產(chǎn),運(yùn)輸,儲(chǔ)藏過(guò)程中是安定、普通的化工原料,它不具有危險(xiǎn)性,一旦合成具備可燃條件,經(jīng)外力點(diǎn)燃它自身就能反應(yīng),化學(xué)能通過(guò)燃燒迅速而有規(guī)律地釋放出來(lái),生成大量高壓高溫燃?xì)?,其體積能增加萬(wàn)倍。燃燒反應(yīng)速度與環(huán)境壓力成正比,單位能量巨大,可以發(fā)出火藥力280000kg·cm/kg~ 1204000kg·cm/kg、爆熱720kcai/kg~1041kcai/kg、比容 280L/kg~830L/kg。將化工、理化合成、能量轉(zhuǎn)換、發(fā)電等設(shè)備組合集成為一條聯(lián)合系統(tǒng);將安全的原料,適當(dāng)少量按需要智能化合成為火藥,由管道隨流水線輸送至燃燒器立即燃燒轉(zhuǎn)換為高壓高溫氣體,再將高壓高溫氣體轉(zhuǎn)換為動(dòng)力發(fā)電;由于可燃火藥成品儲(chǔ)藏量小,完全可以保障全系統(tǒng)安全。主要原料是自然界中取之不盡用之不竭的可再生資源;是對(duì)廢棄物或是用處不大的資源開(kāi)發(fā)利用,是變廢為寶、節(jié)約資源、開(kāi)辟農(nóng)作物副產(chǎn)物新用途徑,可以清潔地球表面。受自然環(huán)境的影響較大,用本文提出的火藥原料作燃料可以作為發(fā)電的新模式。

      二、火藥發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

      (一)主要原料

      1.硝酸。雙加壓法從空氣中提取,礦物質(zhì)加工過(guò)程中的副產(chǎn)物可以獲得硝酸。

      2.植物纖維、木碳。用農(nóng)作物秸稈和快速再生植物、稻殼、稻草、麥秸、玉米秸稈、棉花稈、木屑、竹屑、老舊森林報(bào)廢代謝植物。

      3.硝化甘油。化工合成。

      4.硝酸鉀?;ず铣?。

      (二)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備

      1.系統(tǒng)組成

      硝化纖維素驅(qū)水機(jī),缸式塑化機(jī)提升機(jī)、柱塞式壓伸機(jī)、風(fēng)力輸送噴射器、轉(zhuǎn)筒篩選機(jī)、浸水池、筒柱澆鑄機(jī)、轉(zhuǎn)筒預(yù)烘機(jī)、盆式烘干機(jī)、鈍感光澤機(jī)、斜面篩選機(jī)、轉(zhuǎn)筒二次烘干吸濕機(jī)、混合器、火藥發(fā)電系統(tǒng),主要由兩大主機(jī)設(shè)備(軌跡輪機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng))與三大輔助系統(tǒng)(原料制備系統(tǒng)、無(wú)害處理循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng))組成。

      其項(xiàng)目工作系統(tǒng)框圖如圖1所示。

      主要設(shè)備與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介:

      (1)原料倉(cāng)1:鋼結(jié)構(gòu)封閉式料倉(cāng),計(jì)量稱,計(jì)量后原料進(jìn)入螺旋輸料管道。

      (2)原料倉(cāng)2:鋼結(jié)構(gòu)封閉式料倉(cāng),計(jì)量稱,計(jì)量后原料進(jìn)入螺旋輸料管道。

      (3)原料倉(cāng)3:鋼結(jié)構(gòu)封閉式料倉(cāng),計(jì)量稱,計(jì)量后原料進(jìn)入螺旋輸料管道。

      (4)原料倉(cāng)4:鋼結(jié)構(gòu)封閉式料倉(cāng),計(jì)量稱,計(jì)量后原料進(jìn)入螺旋輸料管道。

      (5)硝化纖維素驅(qū)水機(jī),缸式塑化機(jī)提升機(jī)、柱塞式壓伸機(jī)、風(fēng)力輸送噴射器、轉(zhuǎn)筒篩選機(jī)、浸水池、筒柱澆鑄機(jī)、轉(zhuǎn)筒預(yù)烘機(jī)、盆式烘干機(jī)、鈍感光澤機(jī)、斜面篩選機(jī)、轉(zhuǎn)筒二次烘干吸濕機(jī)、混合器、拌混設(shè)備:玻璃鋼材料,對(duì)計(jì)量后按比例進(jìn)入此設(shè)備的原料進(jìn)行拌混。

      (6)計(jì)量傳感控制系統(tǒng):計(jì)算機(jī)編程控制計(jì)量稱控制原料配比。

      (7)燃燒沖擊輪機(jī):包括燃燒機(jī)和燃沖輪機(jī)。

      (8)氣力除塵、過(guò)濾除渣系統(tǒng)。

      (9)冷卻水循環(huán)。

      (10)消聲設(shè)備:排氣消聲設(shè)備。

      (11)脫硝脫硫分離設(shè)備:廢氣冷卻系統(tǒng)氣體過(guò)濾。

      (12)潤(rùn)滑系統(tǒng):冷卻系統(tǒng)循環(huán)泵冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。

      (13)發(fā)電機(jī)設(shè)備、輸変電設(shè)備。

      2.主機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)構(gòu)造

      (1)軌跡輪機(jī)系統(tǒng)

      軌跡輪機(jī)系統(tǒng),包括燃燒機(jī)和沖擊輪機(jī)。其中,燃燒機(jī)的一端與綜合拌混機(jī)連接,另一端與沖擊輪機(jī)連接,沖擊輪機(jī)的另一端與發(fā)電輸電系統(tǒng)相連接。將配置好的燃料按比例由電腦按各傳感系統(tǒng)發(fā)出指令,進(jìn)行綜合匹配,生產(chǎn)出的所有成品立即循環(huán)送入燃燒機(jī),燃燒機(jī)將不同數(shù)量、密度連續(xù)階段性送往所設(shè)計(jì)指定的燃燒腔內(nèi)在電火花、激光或撞擊以及回火的作用下,迅速燃燒,所形成的高溫高壓氣體和沖擊波,對(duì)軌跡葉輪機(jī)進(jìn)行沖擊,在連續(xù)脈沖噴射力的作用下,軌跡葉片輪機(jī)輸出旋轉(zhuǎn)動(dòng)力,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng),對(duì)外輸出電能,所述沖擊輪機(jī)上有潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻循環(huán)系統(tǒng)。

      (2)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

      采用成熟的發(fā)電及輸變電系統(tǒng)。包括發(fā)電機(jī)和輸變電設(shè)備。其中,發(fā)電機(jī)一端與沖擊輪機(jī)連接,另一端與輸變電設(shè)備連接;除塵過(guò)濾系統(tǒng)包括并聯(lián)的氣力除灰系統(tǒng)和過(guò)濾除塵器;脫硫脫硝設(shè)備的一端與排氣冷卻系統(tǒng)連接,另一端與氣體除塵過(guò)濾系統(tǒng)連接;控制系統(tǒng)包括與計(jì)量循環(huán)系統(tǒng)連接的信號(hào)傳感器、中央處理器和執(zhí)行機(jī)構(gòu);發(fā)電機(jī)與輸變電設(shè)備之間設(shè)置一個(gè)冷卻裝置。

      3.3個(gè)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)造

      (1)原料制備,調(diào)節(jié)系統(tǒng)。原料制備系統(tǒng),包括多個(gè)并排布置的原料儲(chǔ)存?zhèn)},每一原料儲(chǔ)存?zhèn)}分別與綜合拌混機(jī)連通;計(jì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng),與綜合拌混機(jī)連接。

      (2)無(wú)害處理循環(huán)系統(tǒng)。包括依次連接的排氣冷卻系統(tǒng)、消聲系統(tǒng)、除塵過(guò)濾系統(tǒng)。

      (3)控制系統(tǒng),與所述原料儲(chǔ)存?zhèn)}以及計(jì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接;控制系統(tǒng)包括與計(jì)量循環(huán)系統(tǒng)連接的信號(hào)傳感器、中央處理器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

      三、火藥發(fā)電的實(shí)現(xiàn)

      1.火藥原料制備、混合料合成、工藝與設(shè)備;

      2.火藥原料發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電流程;

      3.工作原理

      硝基新能源在一定的空間與可控燃燒過(guò)程能夠高效地轉(zhuǎn)換為有效功,推動(dòng)輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組,向外輸出電能。

      硝化反應(yīng)自身能實(shí)現(xiàn)無(wú)氧燃燒,反應(yīng)過(guò)程放熱、高速釋放的氣體、聯(lián)合沖擊波能對(duì)沖擊輪機(jī)進(jìn)行沖擊推動(dòng)。沖擊能量分別作用在各齒拉侖切面上和容積通道中,在含有壓力的容積里,由于速度和加速度差,容積中的能量壓力在調(diào)節(jié)器的作用下再次緩慢地對(duì)各齒狀拉侖切面進(jìn)行沖擊,轉(zhuǎn)換輸出動(dòng)能。

      結(jié)語(yǔ)

      采用該系統(tǒng)進(jìn)行火藥原料發(fā)電,實(shí)現(xiàn)了原料的實(shí)時(shí)配置和生產(chǎn),原料實(shí)時(shí)配置前,不存在爆炸危險(xiǎn),讓它短時(shí)間數(shù)量適當(dāng)才成為可燃燒的火藥,并立即燃燒轉(zhuǎn)換為有效功率,其安全性和穩(wěn)定性得到保障。根據(jù)需要調(diào)整火藥燃燒產(chǎn)生的威力,做到安全控制,功能轉(zhuǎn)化率達(dá)75%~86%。主要原料是自然界中取之不盡用之不竭的可再生資源;是對(duì)廢棄物或是用處不大的資源開(kāi)發(fā)利用;相對(duì)于用煤發(fā)電輸出相同電量,二氧化碳排放量可以減少81%。二氧化硫排放量減少85%,氮氧化物排放量減少86%,PM2.5的排放量減少90%,VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)的排放量減小91%。

      目前,本系統(tǒng)已申請(qǐng)發(fā)明專利,專利名稱:用火藥進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)及方法,申請(qǐng)?zhí)?01510434893.5,公開(kāi)號(hào)CN105089783A進(jìn)入實(shí)質(zhì)審查階段,制作了小功率樣機(jī)。

      綜合評(píng)價(jià),本技術(shù)切實(shí)可行,可成為新的發(fā)電模式,于實(shí)踐中推廣。

      參考文獻(xiàn)

      [1]周起槐,任務(wù)正.火藥物理化學(xué)性能[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2010.

      [2]烏爾班斯基.T,孫榮康.火炸藥的化學(xué)與工藝學(xué)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1976.

      [3]任全彬,胡建新,等.固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒基礎(chǔ)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2016..

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