一種利用電廠低溫余熱進行發(fā)電的方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
涉及一種利用電廠低溫余熱進行發(fā)電的方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
目前熱電廠的最大發(fā)電效率只有42%，而熱電廠燃煤幾乎多于60%的熱量隨著乏汽排放到了大氣或周圍環(huán)境中，這種情形不僅造成了資源浪費，而且給環(huán)境造成了熱量污染。在熱力學上，理想氣體在一個封閉系統(tǒng)內(nèi)，理想熱機效率滿足(T2-T1)/T2計算公式，其中T2是加熱后的絕對溫度，Tl是環(huán)境熱量排放溫度，由于T2不可能無限增高(溫度增高后容器壓力受不了)，或者Tl不能無限減小(環(huán)境中找不到不做功就可以排放的低于環(huán)境的溫度)，在一定客觀條件下，根據(jù)(T2-T1)/T2計算，熱機效率幾乎有一個最大值。比如熱電廠蒸汽燒到1000K時，環(huán)境排放熱量溫度約310K，理論熱機效率為69%，但這個數(shù)據(jù)是理想氣體的熱機效率，在熱發(fā)電蒸汽發(fā)電過程中，氣化潛熱所占的能量比例巨大，則不能根據(jù)這個公式計算。I克水有0° C上升到100° C熱量是418焦耳，變成同溫度同壓力的蒸汽需要熱能2200焦耳，再上升到600° C需要約2100焦耳，這個氣化潛熱變不成功，因此在600° C在假設熱能(除去氣化潛熱)全部轉(zhuǎn)變成功的情況下，蒸汽的熱機效率也只有約50%，即使到了到1100° C，除氣化潛熱全部轉(zhuǎn)變成功的理論熱機效率也不過是75%，再通過理想氣體熱機效率計算1100° C即1373K時的熱機效率為(1373-310) /1373=77.4%，這個數(shù)值與75%相乘得58%，而1100° C這個幾乎難以達到，何況在在假設除氣化潛熱外全部能量轉(zhuǎn)化的理想情況下，所以，在現(xiàn)實中，熱發(fā)電廠35%-42%的效率是較難提高的。其中的原因就是氣化潛熱占得的比例過大，因此利用氣化潛熱發(fā)電是目前熱發(fā)電的發(fā)電形式無法做到的。
[0003]如果利用了水的氣化潛熱轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，則能解決這部分熱能的利用。比如將這部分熱量轉(zhuǎn)變成水的重力勢能，則問題可以解決。這樣，問題轉(zhuǎn)到了水是否能通過某種形式轉(zhuǎn)變成重力勢能。以下我們分析自然界中“水向上流”的一種自然現(xiàn)象，這種現(xiàn)象存在能把水抽到高處，轉(zhuǎn)變成重力勢能。
[0004]在自然界，由于水的重力作用，水是向“下”流淌的，謗語“水向低處流”就是這種自然現(xiàn)象的真實寫照。但是，在自然界還存在一種“水向高處流”的反常現(xiàn)象，比如:1)滴水蓮在潮濕的環(huán)境中葉片會滴落水滴，這些水滴是由植物的根吸收土壤的水分并向“上”運輸經(jīng)莖部導管至葉片，其中又有部分葉片向下垂落，水分子在垂落的葉片下端聚集成水滴，水滴受重力影響最終向下滴落，這就形成了水分由土壤先向高處葉片“流”而后又向下滴落的現(xiàn)象。2)滴水觀音的滴水現(xiàn)象同滴水蓮無異。3)樹木，自然界所有植物的葉片都存在蒸發(fā)現(xiàn)象，直徑20_的植株最大蒸發(fā)量每秒鐘可以超過0.05毫升，一天的蒸發(fā)量可達4.3千克，而蒸發(fā)的水分是由根部吸收，莖部疏導，葉片蒸發(fā)的，因此植物的蒸騰作用也是“水向上流”的一種現(xiàn)象。針對這種現(xiàn)象，人們會解釋說:植物的導管和篩管實現(xiàn)由根部至葉片的運輸是由“毛細作用”造成的，在植物體內(nèi)存在眾多的“毛細管”，這種毛細管有疏導水分和養(yǎng)分的作用。4)人或動物的毛細血管。人們認為在人體動脈或靜脈血管內(nèi)，血液運輸?shù)膭恿碜孕呐K的搏動，心臟的收縮與擴張給血液流淌提供了動力，但是在人或動物的組織內(nèi)，毛細血管的血液流淌方向是左右上下各個方向的，人或動物體內(nèi)微循環(huán)的動力來自毛細血管壁的結(jié)構(gòu)，即通常所說通過血液的滲透作用到達身體各部分組織器官的，人們還是把這種現(xiàn)象稱作毛細血管的“毛細作用”。5)泉水。一般認為泉水是地下水，是有地下的溫水向地上山體巖石滲透后而又集中，經(jīng)過山體的狹縫流淌而出的，與植物的滴水現(xiàn)象區(qū)別是:植物的毛細作用僅僅能實現(xiàn)“滴水”，山泉形成的水流通常是汩汩涌出，有的山泉流量甚至非常大，每分鐘幾個立方水流量常有記載。6)浸水石頭。在盆栽藝術(shù)中，常見一種浸水的石頭，石頭上終年濕漉漉的，石頭上放置上泥巴，栽培上植物，石頭放入水中，只要石頭下邊有水，浸水石頭就不缺水，總結(jié)“浸水石”這種現(xiàn)象，也可以歸結(jié)為“水向上流”的一種現(xiàn)象。
[0005]如果說植物體內(nèi)“水向上流”是由于“毛細作用”造成的，那么是否可以理解浸水石頭內(nèi)部也有某些管狀組織結(jié)構(gòu)呢？進而聯(lián)想到:是否所有的符合毛細作用要求的任何材料都具備“水向上流”的功能呢？如果你認為僅僅通過“毛細作用”可以實現(xiàn)“水向上流”的功能進而去進行試驗的話，其結(jié)果或許成功也或許失敗，因為“毛細作用”僅僅是“水向上流”伴隨的一種現(xiàn)象，并不能把這種伴隨的“現(xiàn)象”當做本質(zhì)來解釋“水向上流”的原理，或者來揭示“水向上流”的規(guī)律。先前人們用“毛細作用”解釋這種“水向上流”的現(xiàn)象，這種解釋在理論上不能自圓其說，或者說是一種有缺陷的理論。因為我們并不能認為管道足夠細就一定具備“毛細作用”。相反，如果假定管道足夠粗，其結(jié)果就一定沒有“水向上流”的現(xiàn)象存在嗎？其實真實的答案令人吃驚:答案是“不是的”三個字。原來“水向上流”實質(zhì)功能并不是由管道的粗細決定的，而是管道與水存在一個接觸面，是有接觸面的大小和接觸面的形狀共同決定的。管道與水的接觸面積和管道的形狀決定水流的大小，管道的走向決定水流的方向。
[0006]在常規(guī)認識上，我們存在一個認識誤區(qū):就是我們有時只看到了水流因重力作用存在“水向下流”的現(xiàn)象，并沒有看到“水向上流”，為什么呢？因為沿著管壁向上走的水分子與向下走的水分子相比較，在較粗的管道內(nèi)是微不足道的，同時因為水分的蒸發(fā)作用，在較粗的管道內(nèi)向上的水分很快蒸發(fā)掉了，根本或者難以看到“水向上走”，因此在較粗的管道內(nèi)“水向上流”的現(xiàn)象幾乎是看不到的。但是在植物體內(nèi)，導管非常細，接近毛發(fā)的細度，并且樹皮隔開了導管與外部空氣的聯(lián)系，水分不能蒸發(fā)，在樹皮內(nèi)這種幾乎封閉的系統(tǒng)里，水由根部滲透，通過莖部眾多毛細管道，直達葉片，由葉片蒸發(fā)，從而最終形成“水向上流”的功能。具體一點講，形成“水向上流”的原因是:植物體內(nèi)眾多的毛細管道(導管)與水分子有較大的接觸面積，再加上植物體內(nèi)下部水分大，上部水分少，由于水分子的“滲透”作用，實現(xiàn)“水向上流”的功能。而滲透作用可以用滲透壓來解釋。滲透壓可以用力學來解釋，這種現(xiàn)象用力學來解釋就是:由于植物體內(nèi)部水分子在毛細管內(nèi)受重力和毛細管壁分子吸引力的雙重作用，為達到分子水平的力學平衡，在分子力的作用下，水分便由植物體的“下部”流向植物的“上部”，實現(xiàn)“水向上流”的功能。
[0007]那么，我們是否模仿植物的這種結(jié)構(gòu)制造一種設備實現(xiàn)“水向上流”的功能呢？或者模仿山泉把地下水在沒有常規(guī)能源動力消耗的情況下把地下水抽到地表面呢？有句話是:一切皆有可能。但是科學需要嚴禁。我們必須搞清楚“水向上流”的本質(zhì)原因才能通過某些手段實現(xiàn)“水向上流”的功能。
[0008]前面說過，“水向上流”的本質(zhì)原因不僅僅是因為管道粗和細，還有個原因就是水分與管道的接觸面積，準確說是單位質(zhì)量的水分與管道的接觸面積的比值大小。那么是不是任何物質(zhì)只要與水的接觸面積大就可能實現(xiàn)“水向上流”的功能呢？當然不是。在自然界，有些物質(zhì)是親水的，有些則是疏水或者是憎水的，對于憎水和疏水物質(zhì)的存在，人們很容易想到利用某些特定的物質(zhì)比如親水的材料做成毛細管道來實現(xiàn)所謂的“毛細作用”，而疏水和憎水的物質(zhì)則不能實現(xiàn)“毛細作用”，因此可以用類似親水物質(zhì)，比如用聚乙烯醇來制造纖維或毛細管道來實現(xiàn)“水向上流”的“功能”。
[0009]利用親水物質(zhì)作為毛細管道的材料實現(xiàn)“水向上流”的功能雖然新穎無比，但是可以認為“容易想到”，所以，在我國的法律界，如果通過人工方法制造“水向上流”的器件可以認為是種發(fā)明，也可以認為容易想到而否定這種小發(fā)明的“創(chuàng)造性”，是不是真的具有“創(chuàng)造性”就要看審查員對這種發(fā)明創(chuàng)造所產(chǎn)生意義的理解，或者具有“創(chuàng)造性”或者不具備創(chuàng)造性，怎么判斷就要看審查員對這種設備的社會作用或者說這種設備產(chǎn)生社會效果以及產(chǎn)生的意義進行“傾向性”的判定。
[0010]那么，實現(xiàn)“水向上流”的功能對人類究竟有哪些好處，或者說“水向上流”究竟有什么現(xiàn)實意義呢？
首先來看這種現(xiàn)象I):在夏天比較炎熱的季節(jié)，我們走進森林，瞬間有種涼爽的感覺，為什么呢？很多人會說森林有調(diào)節(jié)氣候的作用，降低了大氣溫度。那么繼續(xù)追問一句，森林為什么具有調(diào)節(jié)氣候的作用？森林調(diào)節(jié)氣候的機理是什么呢？
再來看另一種現(xiàn)象2):在春夏秋季節(jié)，我們用手摸一下植物的莖，比如秸桿、常青藤、絲瓜藤、吊瓜秧，會有一種冰涼或者嗖嗖嗖涼的刺手的感覺，敏感的老年人甚至經(jīng)受不住這種涼爽的刺激。這種現(xiàn)象說明什么呢？
以上兩種自然現(xiàn)象說明植物的根莖葉都是吸收熱量的。正是因為根莖葉吸收熱量，大批量的植物(或森林)才具有調(diào)節(jié)氣候的作用。
[0011]那么植物的根莖葉為什么會吸收熱量呢？要理解這個問題，問題好像復雜了很多，為此，我們先來談一下熱力學第一定律，即能量守恒定律。
[0012]能量守恒定律的基本意義是:能量既不能憑空產(chǎn)生也不能憑空消失，只能從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移動到另一種狀態(tài)，從一種物體轉(zhuǎn)移到另一種物體。既然能量不能消失只能轉(zhuǎn)移，那么也可以說，能量在自然界是無限循環(huán)的?！八蚋咛幜鳌睂崿F(xiàn)了水的勢能增加(水在高處積累或者蒸發(fā)都可以造成水的勢能增加)也必然是能量循環(huán)的結(jié)果，那么“水向高處流”增加的勢能是從哪里來的呢？或者說“能量”究竟是哪里循環(huán)而來的呢？上邊已經(jīng)分析過了，植物從環(huán)境吸收熱量調(diào)節(jié)了氣候，植物從環(huán)境吸收熱量在調(diào)節(jié)氣候的同時又實現(xiàn)了水的勢能增加，勢能增加可以增加能量儲存，并且這種能量儲存是有益的能量儲存