火藥發電系統的研發及應用

梅萬倫

摘 要：本文基于對火藥性能，全套設備的理論研究和現場實踐，提出一種用傳統的火藥原料經過優化合成。以硝酸、農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、老舊森林報廢代謝植物等做原料，為一種新能源，用于發電的應用系統。對火藥發電技術的原料、設備設計、能量指標等進行分析論證，力求為火藥發電系統提供有效的技術參數，為火藥發電在實際應用中的推廣做出技術參考。

關鍵詞：火藥；適時合成；塑化成型；燃燒轉換、發電；系統設備

中圖分類號：TQ565 文獻標識碼：A

火藥是古老的發明，在槍、炮、火箭發射中是應用成熟的能源；還用于飛機起飛火箭的推進劑；驅動渦輪，推動活塞，剪切螺栓和金屬線，推動火箭葉輪，開動導彈中的燃料泵，飛機的彈射座椅等。現代火藥能量密度高，主要原料均為地表可再生資源。典型的常規火藥是由多種原料經過理化組合而成。單質的原料在生產，運輸，儲藏過程中都是安定、普通的化工原料，它不具有危險性。

一、火藥原料發電系統的基本原理

用于配置火藥的單質原料在生產，運輸，儲藏過程中是安定、普通的化工原料，它不具有危險性，一旦合成具備可燃條件，經外力點燃它自身就能反應，化學能通過燃燒迅速而有規律地釋放出來，生成大量高壓高溫燃氣，其體積能增加萬倍。燃燒反應速度與環境壓力成正比，單位能量巨大，可以發出火藥力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、能量轉換、發電等設備組合集成為一條聯合系統；將安全的原料，適當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換為高壓高溫氣體，再將高壓高溫氣體轉換為動力發電；由于可燃火藥成品儲藏量小，完全可以保障全系統安全。主要原料是自然界中取之不盡用之不竭的可再生資源；是對廢棄物或是用處不大的資源開發利用，是變廢為寶、節約資源、開辟農作物副產物新用途徑，可以清潔地球表面。受自然環境的影響較大，用本文提出的火藥原料作燃料可以作為發電的新模式。

二、火藥發電系統的構成

（一）主要原料

1.硝酸。雙加壓法從空氣中提取，礦物質加工過程中的副產物可以獲得硝酸。

2.植物纖維、木碳。用農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、老舊森林報廢代謝植物。

3.硝化甘油。化工合成。

4.硝酸鉀。化工合成。

（二）發電系統設備

1.系統組成

硝化纖維素驅水機，缸式塑化機提升機、柱塞式壓伸機、風力輸送噴射器、轉筒篩選機、浸水池、筒柱澆鑄機、轉筒預烘機、盆式烘干機、鈍感光澤機、斜面篩選機、轉筒二次烘干吸濕機、混合器、火藥發電系統，主要由兩大主機設備（軌跡輪機系統、發電系統）與三大輔助系統（原料制備系統、無害處理循環系統、控制系統）組成。

其項目工作系統框圖如圖1所示。

主要設備與結構簡介：

（1）原料倉1：鋼結構封閉式料倉，計量稱，計量后原料進入螺旋輸料管道。

（2）原料倉2：鋼結構封閉式料倉，計量稱，計量后原料進入螺旋輸料管道。

（3）原料倉3：鋼結構封閉式料倉，計量稱，計量后原料進入螺旋輸料管道。

（4）原料倉4：鋼結構封閉式料倉，計量稱，計量后原料進入螺旋輸料管道。

（5）硝化纖維素驅水機，缸式塑化機提升機、柱塞式壓伸機、風力輸送噴射器、轉筒篩選機、浸水池、筒柱澆鑄機、轉筒預烘機、盆式烘干機、鈍感光澤機、斜面篩選機、轉筒二次烘干吸濕機、混合器、拌混設備：玻璃鋼材料，對計量后按比例進入此設備的原料進行拌混。

（6）計量傳感控制系統：計算機編程控制計量稱控制原料配比。

（7）燃燒沖擊輪機：包括燃燒機和燃沖輪機。

（8）氣力除塵、過濾除渣系統。

（9）冷卻水循環。

（10）消聲設備：排氣消聲設備。

（11）脫硝脫硫分離設備：廢氣冷卻系統氣體過濾。

（12）潤滑系統：冷卻系統循環泵冷卻水循環系統。

（13）發電機設備、輸変電設備。

2.主機設備設計構造

（1）軌跡輪機系統

軌跡輪機系統，包括燃燒機和沖擊輪機。其中，燃燒機的一端與綜合拌混機連接，另一端與沖擊輪機連接，沖擊輪機的另一端與發電輸電系統相連接。將配置好的燃料按比例由電腦按各傳感系統發出指令，進行綜合匹配，生產出的所有成品立即循環送入燃燒機，燃燒機將不同數量、密度連續階段性送往所設計指定的燃燒腔內在電火花、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，對軌跡葉輪機進行沖擊，在連續脈沖噴射力的作用下，軌跡葉片輪機輸出旋轉動力，帶動發電機系統，對外輸出電能，所述沖擊輪機上有潤滑系統和冷卻循環系統。

（2）發電機系統

采用成熟的發電及輸變電系統。包括發電機和輸變電設備。其中，發電機一端與沖擊輪機連接，另一端與輸變電設備連接；除塵過濾系統包括并聯的氣力除灰系統和過濾除塵器；脫硫脫硝設備的一端與排氣冷卻系統連接，另一端與氣體除塵過濾系統連接；控制系統包括與計量循環系統連接的信號傳感器、中央處理器和執行機構；發電機與輸變電設備之間設置一個冷卻裝置。

3.3個輔助系統設計構造

（1）原料制備，調節系統。原料制備系統，包括多個并排布置的原料儲存倉，每一原料儲存倉分別與綜合拌混機連通；計量調節系統，與綜合拌混機連接。

（2）無害處理循環系統。包括依次連接的排氣冷卻系統、消聲系統、除塵過濾系統。

（3）控制系統，與所述原料儲存倉以及計量調節系統連接；控制系統包括與計量循環系統連接的信號傳感器、中央處理器和執行機構。

三、火藥發電的實現

1.火藥原料制備、混合料合成、工藝與設備；

2.火藥原料發電系統發電流程；

3.工作原理

硝基新能源在一定的空間與可控燃燒過程能夠高效地轉換為有效功，推動輪機旋轉帶動發電機組，向外輸出電能。

硝化反應自身能實現無氧燃燒，反應過程放熱、高速釋放的氣體、聯合沖擊波能對沖擊輪機進行沖擊推動。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節器的作用下再次緩慢地對各齒狀拉侖切面進行沖擊，轉換輸出動能。

結語

采用該系統進行火藥原料發電，實現了原料的實時配置和生產，原料實時配置前，不存在爆炸危險，讓它短時間數量適當才成為可燃燒的火藥，并立即燃燒轉換為有效功率，其安全性和穩定性得到保障。根據需要調整火藥燃燒產生的威力，做到安全控制，功能轉化率達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；是對廢棄物或是用處不大的資源開發利用；相對于用煤發電輸出相同電量，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（揮發性有機化合物）的排放量減小91%。

目前，本系統已申請發明專利，專利名稱：用火藥進行發電的系統及方法，申請號201510434893.5，公開號CN105089783A進入實質審查階段，制作了小功率樣機。

綜合評價，本技術切實可行，可成為新的發電模式，于實踐中推廣。

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