專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)電系統(tǒng)中的α衰變放射能的利用方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用天然放射性元素的a衰變放射能謀求使用化石燃 料的發(fā)電系統(tǒng)中的燃燒效率提高和廢氣凈化的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在使用煤炭或石油類(lèi)燃料的發(fā)電系統(tǒng)中，通過(guò)釆用超臨界壓力的 鍋爐和使單機(jī)容量大型化等謀求提高發(fā)電效率的同時(shí)，通過(guò)設(shè)置電集 塵裝置、排煙脫硫-脫硝裝置等進(jìn)行排放氣體的凈化。
另外，使用液化天然氣(LNG)的高效大型燃?xì)廨啓C(jī)與回收燃?xì)?輪機(jī)高溫排熱的蒸汽輪機(jī)的復(fù)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，由于燃燒的是清潔的 天然氣，因此綜合發(fā)電效率達(dá)到50°/。左右，并且其排放的氣體也是清 潔的，但是它所排出的CC^和NOx的量是巨大的。
在常規(guī)方式的發(fā)電系統(tǒng)中，作為廢氣凈化方法或改善燃燒的對(duì)策， 一般是通過(guò)將多種方法組合在一起并使其大型化來(lái)達(dá)到目的，但是， 在LNG的使用上，由于受到LNG可利用地域或LNG消費(fèi)量等的限制， 因此不適用于中小容量的發(fā)電系統(tǒng)，并且NOx和(302的排出量也多。 最近> 隨著微型燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)進(jìn)步，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種以L(fǎng)NG作為燃 料發(fā)電的同時(shí)，利用廢氣回收鍋爐對(duì)小區(qū)住宅進(jìn)行溫控的發(fā)電系統(tǒng)， 但是還不足以作為防止廢氣污染環(huán)境的對(duì)策

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種不必 進(jìn)行超大型化的發(fā)電系統(tǒng)，這種發(fā)電系統(tǒng)不但可以達(dá)到低成本和廢氣 凈化的目的，而且通過(guò)化石燃料的完全燃燒達(dá)到了提髙燃燒效率的目 的，因此對(duì)環(huán)境保護(hù)也很有利。
為了達(dá)到上述目的，在燃料供給系統(tǒng)和給氣系統(tǒng)中分別設(shè)置燃料 活化裝置5和給氣活化裝置2,以便利用那些放出0.6貝克勒耳/g以上 a射線(xiàn)的天然放射性元素的a衰變來(lái)對(duì)使用化石燃料的發(fā)電系統(tǒng)中燃 燒裝置的燃燒所必須的供給燃料和吸八空氣進(jìn)^f亍放射線(xiàn)輻射和中子輻 射，同時(shí)使吸入空氣中所含的氧轉(zhuǎn)變成活性氧，并使吸入空氣與供給 燃料完全燃燒。另外，對(duì)于供往蒸汽發(fā)生器的給水，在其給水系統(tǒng)中設(shè)置給水活
化裝置9,而對(duì)于廢氣排放系統(tǒng)設(shè)置廢氣凈化裝置7。進(jìn)而，在給氣活 化裝置2的出口側(cè)設(shè)置中子能量輻射裝置3,并把被中于輻射過(guò)的吸入 空氣回流到給氣活化裝置2中。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明


圖1是表示本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成的方框圖2是表示給氣活化裝置結(jié)構(gòu)的概略圖3是表示燃料活化裝置結(jié)構(gòu)的概略圖4是表示排氣凈化裝置結(jié)構(gòu)的概略圖5是表示給水活化裝置結(jié)構(gòu)的概略圖6是表示中子能量輻射裝置結(jié)構(gòu)的概略圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方案
下面，結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。其中，圖1是 表示本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成的方框圖。通過(guò)燃料泵4向構(gòu)成燃燒裝置的 鍋爐燃燒室10中供入燃料，同時(shí)通過(guò)給氣風(fēng)扇1供入燃燒用空氣。在 鍋爐燃燒室10中由于燃燒而產(chǎn)生的廢氣通過(guò)排氣扇6排出。另外，通 過(guò)給水泵8向構(gòu)成燃燒裝置的蒸汽室11中供入水，并利用鍋爐燃燒室 10中的燃燒生成的蒸汽12來(lái)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)13,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)與主軸15 相連結(jié)的發(fā)電機(jī)14并產(chǎn)生電能。
在燃燒裝置的給氣系統(tǒng)中的A點(diǎn)設(shè)置有圖2所示的給氣活化裝置 2，在燃料供給系統(tǒng)中的B點(diǎn)設(shè)置有圖3所示的燃料活化裝置5。另外， 在向蒸汽室11供水的給水系統(tǒng)中的C點(diǎn)設(shè)置有圖5所示的給水活化裝 置9，在廢氣排放系統(tǒng)的D點(diǎn)設(shè)置有圖4所示的廢氣凈化裝置7。此外， 在給氣系統(tǒng)中的分流點(diǎn)E設(shè)置有圖6所示的中子能量輻射裝置3。
本發(fā)明中，由含有天然放射性元素的物質(zhì)制成的陶瓷球是一種用 凝固劑把粒狀或粉末狀的礦石固化加工成形的直徑約100 mm的球狀陶 瓷。構(gòu)成該陶瓷的礦石的組成中，含有100 ppm/g~l g/g(100%)的 a衰變性的天然放射性元素，其放射線(xiàn)劑量范圍在0.6貝克勒耳/g以 上。
燃料活化裝置5的大致結(jié)構(gòu)如圖3所示> 燃料被燃料泵4從上述 裝置5的入口供入，然后一邊與分散配置于網(wǎng)狀架板21上的陶資球20 接觸， 一邊向下流動(dòng)，在通過(guò)與配置于多層架板21上的陶瓷球20接觸之后，便從上述裝置5的出口供入鍋爐燃料室10中。由于上述裝置 5內(nèi)的燃料一邊與大量的陶瓷球20反復(fù)接觸，一邊向下流動(dòng)，因此在 此期間受到了 a衰變放射能量的輻射和中子輻射而被活化。
給氣活化裝置2、廢氣凈化裝置7和給水活化裝置9的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都 是相同的，因此在這里只以給氣活化裝置2作為例子進(jìn)行說(shuō)明。在給 氣活化裝置2的內(nèi)部設(shè)置了多層分散配置有陶瓷球20的網(wǎng)狀架板，在 各層架板的下面安裝有具有曝氣孔的曝氣管22。流入到由裝有陶瓷球 20的箱子25和曝氣用給氣扇24構(gòu)成的曝氣裝置中的曝氣用空氣，由 于在被曝氣用給氣扇24吸引的途中與陶瓷球20接觸而接受了 cx衰變 的放射能。被曝氣用給氣扇24吸入到給氣活化裝置2的曝氣用空氣， 分流入由曝氣用主管23分歧的曝氣管22，然后從多個(gè)曝氣孔噴出。從 上述裝置2的入口流入的給氣一邊與分散配置于網(wǎng)狀架板上的陶瓷球 20接觸， 一邊向下方流動(dòng)，并在這時(shí)與從曝氣管22噴出的曝氣用空氣 混合。
因此，由上述裝置2供給到鍋爐燃燒室10的給氣與流入到裝置2 中并接受了貯藏于裝置2內(nèi)的陶瓷球20的放射能量輻射和中子輻射的 給氣以及由曝氣管供給并接受了貯藏于曝氣裝置內(nèi)的陶瓷球20的放射 能量輻射和中子輻射的曝氣用空氣成為混合氣。應(yīng)予說(shuō)明，如果把從 給氣活化裝置2的出口流出的給氣中一部分分流并作為曝氣用的空氣 再循環(huán)，則可以使給氣顯著地活化。在廢氣凈化裝置7中也設(shè)置有曝 氣裝置，因此通過(guò)使廢氣再循環(huán)，也能期待獲得與給氣活化裝置2同 樣的效果。
設(shè)置在給氣活化裝置2出口側(cè)分流點(diǎn)E處的中子能量輻射裝置3 的概略構(gòu)成示于圖6中。由給氣活化裝置2的出口流入的活化給氣一 邊與分散地配置于網(wǎng)狀架板21上的陶瓷球20'接觸， 一邊向下方流動(dòng)。 陶瓷球20，是將含有100 ppm/g以上的天然放射性元素的礦石與含鈹?shù)?礦石形成的混合物加工成形為直徑約100mm的球形陶瓷，鈹在受到天 然放射性元素的a衰變放射能量輻射時(shí)會(huì)放射出中子能量，因此，與 陶瓷球20，接觸的流入給氣由于接受了中子能量的輻射而被活化。中子 能量輻射裝置3的出口與給氣活化裝置2的入口相連接，通過(guò)使給氣 回流，可以更好地促進(jìn)活化。
下面，說(shuō)明天然放射性元素的a衰變放射能量對(duì)空氣的反應(yīng)機(jī)理。
5天然放射性元素一邊放出具有放射能量的ot射線(xiàn)、P射線(xiàn)和Y射線(xiàn)， 一邊逐漸地蛻變成其他元素，最后蛻變成鉛，成為一種穩(wěn)定的元素。 當(dāng)用a衰變的放射線(xiàn)輻射空氣時(shí)，空氣中的二原于氧就接受一個(gè)電于 而被還原，成為一種氧化力強(qiáng)的活性氧。
<化學(xué)式1〉
02 + e- ~~> . 02_
另外，雖然在空氣中含有約21%的氧和約78%的氮，但是，原子 量為14的氮原子受到a射線(xiàn)的輻射后可裂變成富于反應(yīng)性的原子量為 17的氧原子和原子量為1的氫原子。
<化學(xué)式2>
';N + 24He ~"^870 + ;H
這時(shí)，也放出微量的中子，原子量為14的氮原子由于受到中子的 輻射而裂變成原子量為14的碳原子和原子量為1的氬原子。 <化學(xué)式3> ，+ > —':C + ;H 由于氛的原子核轉(zhuǎn)變而生成的一原子氧 <化學(xué)式4> ( 0 )
與一氧化碳(CO)反應(yīng)而生成二氧化碳。 CO + 0~~)>C02
也就是說(shuō)，達(dá)到了完全燃燒。 另外，活性的一原子氫
<化學(xué)式5>
(;H)
容易與碳結(jié)合，因此能與烴(HC)反應(yīng)
HC + 3H~~>CH4 生成甲烷。這時(shí)，甲炕又與空氣中的活性氧
<化學(xué)式6> ( 02-)
反應(yīng)，達(dá)到完仝燃燒。也就是說(shuō)，不完全燃燒時(shí)生成的烴(HC)由于 一原子氫的參與而轉(zhuǎn)變成烴(CnHm),作為燃料再度燃燒。
在設(shè)置于給氣活化裝置2出口側(cè)的中子能量輻射裝置3中分散地配置的陶t球20，是一種由天然放射性元素和鈹混合而成的物質(zhì)，它能 釋放出中子能量。其核反應(yīng)式如下 <化學(xué)式7〉
:Be + ;He ~>':C + >
進(jìn)而，空氣中的原子量為14的氮原子在接受了上迷放出的中子能 量的輻射后就裂變成原子量為14的碳原子和原子量為1的氫原子。
<化學(xué)式8>
';N + :n — C + ;H
在空氣取入口之后的烴的燃燒反應(yīng)為
CnHm + ( n + m/4 ) 02 + 3.76 (n + m/4 ) N2 ~~>
nC02 + (m/2 ) H20 + 3.76 ( n + m/4 ) N2 空氣中的各元素處于興奮狀態(tài)，呈強(qiáng)力的氧化反應(yīng)，另外，由于利用 顯示強(qiáng)力氧化反應(yīng)的活性氧，因此可以防止不完全燃燒，從而可以提 高燃燒裝置的燃燒效率。
在上述的各種活化裝置中，裝有大量的含有100ppm/g~l g/g (100 %) cc衰變性天然放射性元素的陶瓷球20，它們放射出的放射劑量在 0.6貝克勒耳/g以上。
因此，為了防護(hù)人體免受oc衰變產(chǎn)生的放射能量輻射和中子能量 輻射，很重要的一點(diǎn)是要將該裝置完全裝放在一個(gè)厚度為lOOmm左右 的鉛制箱子內(nèi)。另外，對(duì)于放出中子能量的中子能量輻射裝置3也采 取上述的防護(hù)對(duì)策。此外，通過(guò)把上述各種活化裝置設(shè)置成許多級(jí)并 設(shè)定再循環(huán)回路，可以進(jìn)一步地提高其活化效果。
工業(yè)實(shí)用性
如上所述，由于天然放射性元素的a衰變，使得空氣中的二原子 氧轉(zhuǎn)變成氧化力強(qiáng)的活性氧，同時(shí)使得空氣中的氮裂變成一原子氧和 一原子氫，進(jìn)而導(dǎo)致了空氣中的氧濃度增加，而且由于中子的輻射， 使得空氣中的氮的一部分裂變成一原子碳和一原子氫。另外，通過(guò)向 燃料中的烴輻射a、 P、 Y射線(xiàn)，可以促進(jìn)分解反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)。由 于上述活性氧可以使燃料完全燃燒，因此可以減少排放氣體中的有害 物質(zhì)，從而可以低成本地進(jìn)行廢氣凈化。也就是說(shuō)，本發(fā)明的發(fā)電系 統(tǒng)，設(shè)施的占地面積小，可以使化石燃料完全燃燒，因此可以提高燃 燒效率，從而可以實(shí)現(xiàn)一種有利于環(huán)保的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1. 一種α衰變放射能的利用方法，其特征在于，對(duì)供往構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)的燃燒裝置中蒸汽發(fā)生器的給水，進(jìn)行放出0.6貝克勒耳/g以上α射線(xiàn)的天然放射性元素α衰變的放射能量輻射和同時(shí)生成的中子輻射，借此使上述給水活化。
2. —種a衰變放射能的利用裝置，其特征在于，在向燃燒裝置的鍋 爐給水的給水系統(tǒng)中設(shè)置有給水的活化裝置，在該給水活化裝置中，在 形成給水的流入通路的多層網(wǎng)狀架板上分散地配置由放出0.6貝克勒耳 /g以上a射線(xiàn)的含天然放射性元素的物質(zhì)制成的陶瓷球，使一邊與該陶 瓷球接觸一邊通過(guò)的給水，與由分叉地設(shè)置于上述網(wǎng)狀架板下面的多個(gè) 曝氣管中噴出的、來(lái)自填充有由放出0. 6貝克勒耳/g以上a射線(xiàn)的含天 然放射性元素的物質(zhì)制成的陶瓷球的曝氣裝置的曝氣用空氣混合，借此 使上述給水活化。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)電系統(tǒng)中的α衰變放射能的利用方法及其裝置。本發(fā)明可用于建造一種利用天然放射性元素的放射能實(shí)現(xiàn)燃燒效率提高和廢氣凈化的發(fā)電系統(tǒng)。特別是根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置燃料活化裝置、給氣活化裝置和中子能量輻射裝置，以便利用那些放出0.6貝克勒耳/g以上α射線(xiàn)的天然放射性元素的α衰變對(duì)使用化石燃料的發(fā)電系統(tǒng)中燃燒裝置的燃燒所必需的供給燃料和吸入空氣進(jìn)行放射線(xiàn)輻射和同時(shí)生成的中子輻射，借此使吸入空氣中所含的氧轉(zhuǎn)變成活性氧，并使吸入空氣與供給燃料完全燃燒。另外，對(duì)于供往蒸汽發(fā)生器的給水，設(shè)置具有曝氣裝置的給水活化裝置，對(duì)于燃燒裝置排放的廢氣，設(shè)置具有曝氣裝置的廢氣凈化裝置。
文檔編號(hào)F23K5/02GK101439893SQ200810006868
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2001年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月4日
發(fā)明者武部正幸 申請(qǐng)人:武部正幸