[发明专利]一种利用液化天然气燃烧的双作用热声发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电系统，特别是一种利用液化天然气燃烧的双作用热声发电系统。

背景技术

液化天然气是目前我国重要的能源之一。作为一种清洁、高效、方便、安全的能源，以其热值高、污染少、储运方便等特点成为了现代社会可选择的优质能源之一。由于天然气的主要成分是甲烷，用天然气发电，完全燃烧后生成二氧化碳和水，与用煤发电、石油发电相比可大幅度地消减二氧化碳、二氧化硫、烟尘等污染物的排放量，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境和减少城市污染。

天然气经过深度冷却后变成液体，液化天然气常压下沸点温度为-162℃，因为在液化过程中杂质变成固体被排除，所以液化天然气纯度很高。液化天然气比同质量的天然气小625倍，这样可用汽车、轮船很方便地将液化天然气运到所需地方使用。然而，在供应给用户使用前需要将液化天然气进行汽化。通常天然气气化器从海水和空气中吸热，造成大量的高品位冷能的浪费。液化天然气标准气化潜热约为510kJ/kg，升温至25℃室温吸热约400kJ/kg，由此可见液化天然气含有丰富的冷能。现有技术利用液化天然气发电时通常先采用技术回收液化天然气的冷能，再采用燃气轮机进行发电。液化天然气冷能的回收利用一种方法是通过直接膨胀法或中间热载体的朗肯循环法，将液化天然气或被液化天然气冷却后的低温热载体从海水或空气等常温热源吸热，形成高压气体后采用透平膨胀机做功带动发电机产生电能。常温下的天然气再经燃气轮机进行发电。CN201110050254.0公开了另一种利用液化天然气的斯特林发动机和燃气轮机联合系统，该系统中利用斯特林机将液化天然气的冷能发电再用燃气轮机发电。这些系统都利用了两套发动机分别来实现冷热温源的利用，系统十分复杂，不利于实用。

与斯特林发动机类似，传统的热声发电系统在单台设备上也只能实现单热源利用，无法实现高低温热源的同时利用，因此也无法实现液化天然气冷能的利用；图1为传统的双作用热声发电系统结构示意图，该系统包括：

直线发电机101；所述直线发电机101由汽缸、置于所述汽缸之内的压缩活塞111、与所述压缩活塞111相连的发电机动子113、绕制于发电机动子113外围的发电机定子线圈114、与所述发电机定子线圈114电连接的发电机负载115及连接于所述发电机动子113另一端的膨胀活塞112组成；

所述第一室温换热器102、回热器105、热端换热器106、热缓冲管107、第二室温换热器108和连接管109；连接管109连接下一组双作用热声发电系统；

当热端换热器106吸收来自热源的热量形成高温端时，第一室温换热器102放出热量形成室温端，这样在回热器105的两端形成了温差，根据热声效应，当回热器达到一定温度梯度时，系统便自激起振，将热能转化成声功。声功沿着温度梯度的正方向先传递到本组的热缓冲管107和第二室温换热器108，然后由连接管109传递到下一组的直线发电机101，将一部分声功转化成电功，将剩余的声功继续传递到下一组的第一室温换热器102并通过回热器105放大声功，依次传递下去，三组系统构成环路，每台发动机都可以回收上一台的部分声功，有利于提高效率。双作用体现在每台发电机的一个活塞起到压缩活塞的作用，另一个活塞起到膨胀活塞的作用，通过调节阻抗，均可以获得较高的热电转换效率和较大的发电量。在图1所示的传统的双作用热声发电系统中，无法简单通过第一室温换热器102与低温冷源热交换来实现冷能利用，因为这样会造成大量的冷能损失，同时发电机还将工作在低温环境，性能及可靠性大大降低。原理上，在传统双作用热声发电系统中，热端换热器106也可以是冷端换热器104，用来吸收低温热源的冷能形成低温端。由于回热器两端存在温度梯度，冷能也可以转化成声功最终发电。但是由于回热器温度梯度小，系统性能较低。同样的，也不能简单通过第一室温换热器102与高温热源热交换来实现热能利用，因为这样会造成大量的热量损失，同时发电机还将工作在高温环境，性能及可靠性大大降低。

发明内容

本发明正是基于以上现有热发电技术存在的一些问题，提出一种新型的利用液氧燃烧的双作用热声发电系统，其优点在于，在单台设备上利用了天然气燃烧热量的同时还利用了液化天然气的冷能，在基本不增加系统复杂度的基础上大幅提高了能源利用率。由于回热器两端绝对温度比的升高，系统性能较之单热源发电系统也得到大幅地提高。同时，通过新的结构设计避免了发电机工作在低温或高温环境，既减少了能量的损失、提高了能量利用率又提高了发电机的可靠性。

本发明的技术方案如下：