火藥發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用

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。

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