CN103401475A - 一种中低温热能直接发电装置 - Google Patents

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李克文
刘昌为
陈平云
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Abstract

本发明是一种能广泛应用于油田、地热田或其它热源的热能直接发电系统，该系统不需要经过机械功的转换，可以直接将热能转换成电能，它包括热能直接发电装置、储液罐、循环泵等；所述的热能直接发电装置的热源入口与热源端通过法兰连接，而流经发电装置后流体的出口则与后续管线或管道(输油、输液或集输管线)连通；所述的储液罐的出口与循环泵的入口连通，循环泵的出口与热能直接发电装置冷却系统的入口连接，热能直接发电装置冷却系统的出口则与储液罐的入口连接，形成一个完整的冷却系统。它不仅可用于油田井口采油树端以及油田计量站和联合站等有热源流体的出口端，同时也可以用于常规的地热井出口端以及工业废热管道处。另外，该发电装置可作为模块，通过法兰连接可组成更大规模的发电系统。这是一种基于半导体温差发电技术的系统，具有无噪音、无污染，维护费用较低等优点。

Description

一种中低温热能直接发电装置
技术领域
本发明涉及中低温热能直接发电技术，尤其涉及一种以油田废(余)热、油田伴生地热(与油水或油气同时从油气田通过油井、水井或气井产出的热能)及其它中低温地热资源作为热源的热能直接发电系统，属于半导体热能直接发电技术领域。 
背景技术
现在全球每日生产的60％的能源被作为废热损失掉，用这些热能产出的电力比全世界所有煤电厂、天然气发电厂和核电厂生产的电力还要多，而油田存在大量废热或伴生地热，例如油田联合站污水罐、联合站发电机组循环水及烟道气、计量站水套加热炉等；油(气)田伴生地热在油(气)田广泛存在，温度大部分在100℃左右。如果将这些热能加以利用，将可以获得额外的经济收益并能够较大幅度地减排二氧化碳、保护环境。热能直接发电(半导体温差发电)技术可以将大量废热回收转化为电能，且具有设备简单、无传动部件、无噪音、无污染、安全可靠、维护费用低等优点。 
目前，还没有用于油田废热及油田伴生地热的热能直接发电系统。 
现有的地热发电系统存在如下问题：不具备普适性，不同地质条件需要不同设计发电系统；由于存在高速的机械运动，系统的维护费用较高，安全隐患较大；部分发电系统中使用的工质费用昂贵且有毒。 
现有的其他用途的热能直接发电系统存在如下问题：由于热源不稳定而造成的发电输出起伏波动；由于冷却端降温效果不好而造成的两面温差减小，功率输出降低，效率较低；开放性的热源对系统损坏较大，维护成本高；不容易模块化，不利于大规模发电。 
发明内容
本发明的目的是：克服现有的技术中的不足之处，研制出一种能适合于油田废热及油田伴生地热资源进行较大规模发电，同时又不影响正常生产的热能直接发电系统。 
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。如图2、3、4所示，它主要包括热能直接发电装置、储液罐、循环泵等；所述的热能直接发电装置具有一对热源入口和出口，还有一对冷却液入口和出口。热能直接发电装置的入口通过法兰与热源(高温流体的生产井井口或产出端)连接，高温流体流经热能直接发电装置为其热端提供热量，然后热源流体从出口进入原始管道或管线(输油、输液或集输管线)。所述的储液罐的出口与循环泵的入口连通，循环泵的出口与热能直接发电装置冷却系统的入口连接，热能直接发电装置冷却系统的出口则与储液罐的入口连接，并且在储液罐所在的循环给水主管路上设置阀门， 控制循环冷却的进程，从而形成一个完整的冷却系统，通过液冷循环或自然冷却方式为热能直接发电装置冷端进行降温，最终利用温差进行发电。 
所述的热能直接发电装置的四个接口端都安装有法兰，通过法兰或其它类似装置可以便捷地与油田各类设备相连接，热源流体由发电设备热源入口进入，而后继续进入原来的生产管道(输油、输液或集输管线)，不影响油田或地热田的生产活动。 
所述的热能直接发电装置的热源入口可以与油田或地热田的井口装置通过法兰或其它类似装置连接，当在油田井口使用的时候需要注意的是油藏具有高含水特征。 
所述的热能直接发电装置可以用在油田计量站的水套加热炉之后，在水套加热炉的烟囱上安装过滤器后，可以与热能直接发电装置的热端入口相连接，通过高温烟气的废热来进行温差发电。 
所述的热能直接发电装置可以用在油田计量站的水套加热炉之后，在水套加热炉的烟囱上安装热交换器，得到的高温流体可以与热能直接发电装置的热端入口相连接，通过热能直接发电装置利用温差发电。 
所述的热能直接发电装置可以用在油田联合站的天然气发电机组处，通过改造发电机组烟囱将其与发电装置热源入口连接，使高温废气或采用换热器得到的高温流体进入热能直接发电装置即可进行发电；同时还可以运用在发电机组的循环冷却水的出口端，将其与发电装置热源入口端用法兰连接，升温后的冷却水温度可以达到70℃以上，足以驱动热能直接发电装置进行发电。 
所述的热能直接发电装置可以作为一个模块，多个模块可以法兰进行组装成为具有更大发电规模的热能直接发电装置。 
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。 
附图说明
图1热电半导体工作装置原理图 
图2油田或地热田井口热能直接发电系统原理图 
图3油田或地热田计量站热能直接发电系统原理图 
图4油田或地热田联合站热能直接发电系统原理图 
图5热能直接发电装置组装示意图 
1-油田或地热田井口装置，2-热源流体进入热能直接发电装置所流经管线，3-冷却流体流经管线，4-储液罐，5-循环泵，6-热源流体出口管线(与原来生产管线连接)，7-油田计量站水套加热炉，8-分离器及换热装置，9-油田联合站发电机组，10-油田联合站污水罐，11-半导体热电芯片，12-水套加热炉烟囱，13-热能直接发电装置，14-油田联合站发电机组烟囱， 15-油田联合站发电机组冷却液出水口，16-热能直接发电装置进、出口法兰。 
具体实施方式
本发明是一种能广泛应用于油田或地热田的热能直接发电系统，如图2、3、4所示，它包括热能直接发电装置13、储液罐4、循环泵5等；所述的热能直接发电装置13具有一对热源入口2和出口6，还有一对冷却液入口3和出口3，热源入口2与热源端通过法兰或其它类似装置连接，而热源出口6则与后续的原始管线连通；所述的储液罐4与循环泵5连通，同时循环泵5另一端与热能直接发电装置冷却液入口3连接，而储液罐的另一端与热能直接发电装置冷却液出口3相连接，形成个一个完整的冷却循环系统，并且要在储液罐4所在的循环给水主管路上设置阀门，控制循环冷却的进程。 
所述的热能直接发电装置是基于半导体温差发电技术，冷热交换器交错排列，在内部半导体模块两端形成稳定的温差，从而进行温差发电。 
所述的热能直接发电装置的四个接口端都有安装有法兰16，通过连接法兰可以便捷地与油田各类设备相连接，热源流体由发电设备热源入口2进入，而后继续进入原来后续生产设备6，不影响油田或地热田的生产活动。 
所述的热能直接发电装置的热源入口2可以与油田或地热田的井口装置1通过连接法兰连通，当在油田井口使用的时候需要注意的是油藏具有高含水特征。 
所述的热能直接发电装置可以用在油田计量站的水套加热炉7之后，在水套加热炉的烟囱12上安装过滤器8后，高温烟气或经过热交换后得到的高温流体可以与热能直接发电装置热端入口2相连接，热能直接发电装置利用温差进行发电。 
所述的热能直接发电装置可以用在油田联合站的发电机组9处，通过改造发电机组烟囱14构造将其与发电装置热源入口2连接，使高温废气或经过热交换后得到的高温流体进入热能直接发电装置既可进行发电；同时还可以运用在发电机组的循环冷却水的出口端15，将其与发电装置热源入口端法兰16连接，让升温后的循环水进入热能直接发电装置中，提供稳定热量进行发电。 
所述的热能直接发电装置13可以作为一个模块，多个模块可以连接法兰进行组装成为具有更大发电规模的热能直接发电装置。 
本发明的重点在于： 
该热能直接发电系统可以较好的适应油田或地热田的各类设备，具有较好的普适性，任何高温流体类型均可进行有效发电，并且发电过程并不影响油田或地热田正常生产。同时，热能直接发电系统具有无机械功转换、无噪音、无污染、维护费用较低、可分布式发电、可便捷地扩展发电规模等优点。 
以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳的实施例表述如上，然而并非以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述技术内容做出些许更改或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (8)

1.油田(井)伴生地热或地热田(井)热能直接发电(半导体温差发电)装置，包括专门设计的热能直接发电装置，储液罐，循环泵等。其特征在于，热能直接发电装置的入口通过法兰与热源(高温流体的生产井井口或产出端)连接，高温流体流经热能直接发电装置为其热端提供热量，然后热源流体从出口进入原始管道或管线(输油、输液或集输管线)。所述的储液罐的出口与循环泵的入口连通，循环泵的出口与热能直接发电装置冷却系统的入口连接，热能直接发电装置冷却系统的出口则与储液罐的入口连接，形成一个完整的冷却系统，通过液冷循环或自然冷却方式为热能直接发电装置冷端进行降温，最终利用温差进行发电。
2.根据权利要求1所述的油田或地热田热能直接发电装置，其特征在于，所述的热源为油田或地热田井下的地热资源，将井口装置出液口通过法兰与热能直接发电装置连接，热源流体流经热能直接发电装置为其热端提供热量。
3.根据权利要求1所述的油田或地热田热能直接发电装置，其特征在于，所述的热源为油田计量站水套加热炉经分离器后产出高温污水，将分离器出液口通过法兰与热能直接发电装置连接，热源流体流经热能直接发电装置为其热端提供热量。
4.根据权利要求1所述的油田或地热田热能直接发电装置，其特征在于，所述的热源为油田联合站发电机组产出的高温烟气，安装过滤器后将烟气出口或安装换热器后得到的高温流体通过法兰与热能直接发电装置连接，热源流体流经热能直接发电装置为其热端提供热量。
5.根据权利要求1所述的油田或地热田热能直接发电装置，其特征在于，所述的热源为油田联合站发电机组冷却用循环水，将升温后的热水通过出液口法兰与热能直接发电装置连接，热源流体流经热能直接发电装置为其热端提供热量。
6.根据权利要求1所述的油田或地热田热能直接发电装置，其特征在于，所述的热源为油田联合站污水罐高温污水，将出液口用法兰与热能直接发电装置连接，热源流体流经热能直接发电装置为其热端提供热量。
7.根据权利要求1所述的油田或地热田热能直接发电装置，其特征在于，所述的热能直接发电装置是由半导体温差发电机(片)，热端循环装置，冷端循环装置组成，半导体通过冷热两端形成的温差直接将热能转化为电能。
8.根据权利要求7所述的油田或地热田热能直接发电装置，其特征在于，所述的热能直接发电装置可以作为单个模块，通过法兰连接可以很便捷地组成更大发电规模的热能直接发电装置。
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