[发明专利]一种燃用铝的发电系统及其工作方法

权利要求书

1.一种燃用铝的发电系统，其特征在于：包括铝燃烧发电子系统和铝燃料电解再生子系统；

所述铝燃烧发电子系统包括制粉装置(1)、铝水燃烧装置(2)、气固分离装置(3)、混合工质透平(4)、发电机(5)、氢燃烧装置(6)、空气压缩机(7)、蒸汽透平(8)、发电机(9)和冷凝器(10)；铝燃料通过输送管路与制粉装置(1)的物料进口相连接，制粉装置(1)的出口与铝水燃烧装置(2)的燃料进口相连接，铝水燃烧装置(2)的氧化剂进口与氧化剂水输送管路相连接，在铝水燃烧装置(2)中，铝粉与水发生剧烈的燃烧反应，反应方程式为2Al+3H₂O＝Al₂O₃+3H₂，反应过程中氧化剂水是过量的，反应产物为固体Al₂O₃、蒸汽和氢气；铝水燃烧装置(2)的出口与气固分离装置(3)的进口相连通，完成气固分离后，蒸汽和氢气的混合气体经气固分离装置(3)的气体出口与混合工质透平(4)的进口相连通，高温高压的混合气体在混合工质透平(4)中膨胀做功并带动发电机(5)旋转发电，发电机(5)与混合工质透平(4)同轴连接，固体Al₂O₃经气固分离装置(3)的固体物料出口进行收集；混合工质透平(4)的工质出口与氢燃烧装置(6)的燃料进口相连接，氢燃烧装置(6)的空气进口与空气压缩机(7)的出口相连接，氢气在氢燃烧装置(6)燃烧并放出热量，产生的高温蒸汽经氢燃烧装置(6)的出口与蒸汽透平(8)的进口相连通，高温蒸汽在蒸汽透平(8)中膨胀做功并带动发电机(9)旋转发电，发电机(9)与蒸汽透平(8)同轴连接，蒸汽透平(8)的出口与冷凝器(10)的进口相连接，蒸汽在冷凝器(10)中被冷凝形成水，水被收集后进入下一个循环继续使用或用作其他用途；

所述铝燃料电解再生子系统包括运输装置(11)和氧化铝电解装置(12)；铝与水燃烧反应产生的固体Al₂O₃经运输装置(11)运送到工业电解铝工厂，固体Al₂O₃与氧化铝电解装置(12)的氧化铝物料进口相连接，氧化铝电解装置(12)的另一个物料进口与助熔剂冰晶石输送管路相连接，氧化铝电解装置(12)的电源与电网中富余的可再生能源电力供应(13)相连接，氧化铝在氧化铝电解装置(12)中发生电解反应，在氧化铝电解装置(12)的阴极上又重新生成燃料铝。

2.根据权利要求1所述的一种燃用铝的发电系统，其特征在于：所述混合工质透平(4)的进口工质中蒸汽与氢气的质量比范围为(20-45)：1。

3.根据权利要求1所述的一种燃用铝的发电系统，其特征在于：所述电网中富余的可再生能源电力供应(13)是电网中难以被利用的由可再生能源发出的电。

4.权利要求1至3任一项所述的燃用铝的发电系统的工作方法，其特征在于：所述的发电系统以氧化铝为原料，当电网系统中可再生能源发电过剩或富余时，通过氧化铝电解装置(12)对熔融的氧化铝进行电解，将可再生能源电力通过电化学反应转化成铝燃料的化学能进行储存；当电网系统中可再生能源发电不足或世界上其他某地理位置需要电力供应时，通过铝燃烧发电子系统将铝燃料的化学能转化成电能，对外实现供电；具体的将化学能转化成电能的过程为：铝燃料和水在铝水燃烧装置(2)中发生剧烈的燃烧反应，反应产物为固体Al₂O₃、高温高压的蒸汽和氢气混合气体，高温高压的混合气体在混合工质透平(4)中膨胀做功并带动发电机(5)旋转发电；此外，混合工质中的氢气在氢燃烧装置(6)燃烧并放出热量，产生的高温蒸汽在蒸汽透平(8)中膨胀做功并带动发电机(9)旋转发电；铝燃烧后的固体Al₂O₃经回收后再经氧化铝电解装置(12)重新获得燃料铝，从而实现循环利用，整个过程中氧化铝无消耗。