[实用新型]一种基于热声技术的冷能梯级利用系统

说明书

本实用新型涉及一种基于热声技术的冷能梯级利用系统，包括热声发电子系统，燃烧动力子系统，节流膨胀子系统、末端冷能回收子系统、室温端循环子系统。所述热声发电子系统包括前后至少三级热声发动机及其负载直线电机组；燃烧动力子系统包括燃烧动力装置和排气设备；节流膨胀子系统包括多级节流膨胀装置；末端冷能回收子系统包括一级或多级末端冷能回收换热器；室温端循环子系统包括室温端介质换热器和室温端介质循环泵；各子系统之间通过管路连接，以热声发动机为核心换能器，结合其他动力循环及冷能回收方法实现冷能的高效梯级利用，具有结构紧凑，高效可靠，成本低等优点。

技术领域

本实用新型涉及冷能回收领域，具体涉及一种基于热声技术的冷能梯级利用系统。

背景技术

近年来，以液化天然气为主的低温流体在我国的使用量大幅度提升，并广泛应用于化工、发电、医疗、交通运输、供暖等领域。在国际范围内，液化天然气在各国的产能快速提升，据估计,到2030年天然气用量将跃至一次能源第二位。2017年，我国液态天然气进口已达3800万吨，且仍保持上升趋势。依据国家能源战略规划，到2020年，天然气在我国一次能源中的占比将提高到10％以上。当前的天然气交易中，交易总量的近三分之一以液化天然气的形式进行运输，这部分天然气需在当地液化天然气汽化站中经过再汽化才能投入使用或输送至用户端。在该过程中，液化天然气将释放约830-860kJ/kg的冷量。在传统液化天然气汽化站中，这部分冷量通常被海水带走，造成极大浪费。

液化天然气冷能的利用方式主要包括冷能发电、空气分离、冷库、空调以及低温养殖、栽培等。在诸多的液化天然气冷能回收形式中，冷能发电是最有希望实现大规模工程应用的冷能回收方式。冷能发电技术根据其原理不同可分为两大类，一是将其用于改善现有动力循环系统，提高效率以增加发电量，另一类是采用相对独立的低温动力循环。最早的冷能发电方式主要包括：直接膨胀法、低温朗肯循环的二次冷媒法、燃气轮机循环以及各类联合发电方法。

部分专利采用将液化天然气再汽化过程与接收站周边的燃气电站相结合，回收燃气轮机排气中低品位热能的同时利用冷能降低燃气轮机循环的吸气温度，提高燃气轮机效率的方法。值得注意的是，如ZL201010123728.5等专利中直接抽取低温蒸汽作为热源的方法能够有效回收冷能，却对原燃气轮机循环效率造成了影响。燃气轮机循环的吸气冷却可利用110-260K以下各温区冷能，对冷源品质要求较低。如美国专利US6367258B1等，将110K左右的冷能直接用于燃气轮机循环的进气冷却的方法容易造成冷量的极大浪费。

我国的天然气输送距离较远，管网输送压力较高。中国专利200710027943.3和中国专利ZL201010123728.5等专利中，以直接膨胀法作为主要的冷能回收方式，同时利用了液化天然气中的冷量和压力，但经直接膨胀法处理的天然气不具备直接进入高压管网的条件，不符合现阶段我国的天然气接收站的应用背景。

以朗肯循环及其联合循环为核心的冷能回收系统在国际范围内应用广泛。中国专利201810693128.9介绍了一种应用于大型液化天然气接收站的冷能发电系统，其本质为混合工质低温朗肯循环，通过实时监控和调整混合工质的成分以应对不同冷端温度工况。中国专利201710235556介绍了一种基于朗肯循环的冷能发电与剩余冷量输出系统，采用了三级不同的朗肯循环，其创新性体现在不同循环中多元混合工质的使用。在基于朗肯循环的梯级冷能回收方式中，若要充分利用各温区冷能，对工质的选用与控制提出了严苛的要求，且往往难以规避可燃工质的使用。这种回收方式流程复杂，初期投入大，投资回报周期过长，不适用于中小型液化天然气接收站。