[发明专利]一种二氧化碳低温朗肯循环发电系统

说明书

本发明公开了一种二氧化碳低温朗肯循环发电系统，该发电系统以二氧化碳为循环工质，环境空气为热源，高压的液态LNG在使用过程中压力降低，其温度降低到‑162℃，从而形成冷源环境，透平排出的二氧化碳在冷凝器中被低温LNG冷却至液态，经工质泵加压后再从环境中吸收热量至过热态，随后进入透平做功带动电机发电。该系统具有冷源温度低，环境为热源，工质泵耗功小的特点，直接以环境空气为热源，无需消耗额外的能源为发电系统提供热量。

技术领域

本发明涉及能源发电领域，具体为一种二氧化碳低温朗肯循环发电系统。

背景技术

天然气因其具有高效清洁的优点而被广泛使用，在能源结构中占据越来越重要的位置。天然气一般以高压液态形式储存，在使用过程中，高压LNG随着压力的降低，其温度降低很多，达到-162℃的低温，从而形成冷源环境。LNG与环境之间存在巨大温差，若这部分冷能不回收利用，将导致能量的大量浪费。

回收利用LNG冷能的途径包括：空气分离、冷能发电、制取液态CO2或干冰、冷藏仓库或制冰、轻烃分离和海水淡化等；但是冷能回收的用途有限，且冷能能量使用范围受到限制，难以充分回收利用；而将冷能作为冷源，直接利用环境温度或者工业废热作为热源，采用CO2作为工质进行发电则可以全面利用LNG冷能，是一种合理的不受限制的冷能利用方法。根据理论估算，LNG气化过程中释放的冷能大约为850kJ/kg。如果能回收这部分冷能用于发电，将获得240kWh/t的电力输出，因此LNG冷能发电得到广泛关注。

LNG作为冷源已经广泛应用于各种类型的发电系统中，如冷却燃气轮机进口空气及联合循环中的蒸汽等。多数利用方式需要依赖于其他工程项目的建设，如朗肯循环系统采用燃气轮机排气作为热源，虽然循环的效率较高，但朗肯循环本身依赖于其他项目的建设。因此以环境为热源的低温朗肯循环系统具有建址独立、热源经济的优势，但缺点也较为明显：比以高温排气为热源的朗肯循环发电系统效率低。此外，以环境为热源建立的发电系统属于分布式能源范畴，能有效提高能源利用率、减少环境污染、加强能源安全和优化能源结构，在我国大力发展分布式能源的背景下具有良好的应用前景。

近年来，化石燃料的大量消耗已经导致了越来越多的环境问题，控制温室气体二氧化碳的排放受到全球的高度关注。各种工业排气含有大量二氧化碳，废气温度一般不高，采用常规利用方式效率低下，且难以有效减少二氧化碳的排放。近年来二氧化碳作为发电工质在全球范围引起研究热潮，如跨临界二氧化碳朗肯循环发电和制冷系统。二氧化碳化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本、循环系统简单、结构紧凑、效率高，二氧化碳循环被认为在火力发电、第四代核能发电、聚光型太阳能热发电、余热发电、地热发电等领域具有广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种以环境为热源、LNG为冷源的二氧化碳低温朗肯循环发电系统。该系统具有冷源温度低、环境为热源以及工质泵耗功小的特点，直接以环境为热源，无需消耗额外的能源为系统提供热量。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种二氧化碳低温朗肯循环发电系统，包括透平、冷凝器、工质泵、空气加热器、LNG储液罐和发电机；

其中，空气加热器的冷侧出口与透平的入口连接，透平的出口与冷凝器的热侧入口连接，透平的输出轴与发电机连接，冷凝器的热侧出口与工质泵连接，冷凝器冷侧入口与LNG储液罐连接，工质泵与空气加热器冷侧入口连接；空气加热器采用环境空气对二氧化碳升温。

优选的，所述透平排出的气态二氧化碳经过冷凝器转化为液态二氧化碳，二氧化碳经过工质泵升压后进入空气加热器中升温并转化为气态二氧化碳，气态二氧化碳进入透平中进行热功转换，透平带动发电机发电，透平排出的气态二氧化碳再次进入冷凝器中。

优选的，还包括预热器，所述预热器与空气加热器串联，预热器的冷侧入口与工质泵连接。