CN105484812A

CN105484812A - 一种利用超低温液态气体发电的方法和装置

Info

Publication number: CN105484812A
Application number: CN201610014163.4A
Authority: CN
Inventors: 苟仲武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2016-04-13

Abstract

本发明提供了一种利用超低温液态气体发电的方法和装置，装置包括第一发电系统、第二发电系统、第三发电系统，其中第二、第三发电系统是工作在超低温和低温温段的标准郎肯循环系统。超低温液态气体作为第二发电系统的冷凝冷源，在冷凝器中吸热沸腾膨胀为高压气体，带动膨胀机发电实现第一发电过程；做功后降温的气体，又成为第三发电系统的冷凝冷源。本发明利用超低温液态气体作为冷源先后两次推动环境热源的郎肯循环实现发电输出，液态气体也吸收热能后膨胀成为高压气体推动膨胀机做功发电，做功之后温度、压力降低的气体还采用分离设备升降温分流处理，降温后气体进行再次推动发电循环，升温之后的气体通过管路输出。

Description

一种利用超低温液态气体发电的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种利用超低温液态气体发电的方法和装置。

背景技术

目前，超低温、低温液体气体经过储存、运输后，使用前均需要气化。超低温、低温液态气体包括液态LNG、二氧化碳、液氮等，液态LNG沸点大约为-160-170℃、液氮沸点是-196℃，二氧化碳在-50℃--70℃发生沸腾、气化状态的变化，上述超低温、低温液态气体吸收空气源、水源、地热源、废热源等的热量气化，气化后体积膨胀到600-1000倍左右，气化膨胀过程中输出的巨大动力势能均白白浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用超低温液态气体发电的方法和装置，采用郎肯循环的工作原理，工作温段下移，利用超低温液态气体吸收环境热能后膨胀得到的高压气体推动膨胀机做功，膨胀机带动发电机发电，有效利用了液态气体的“冷量”，将环境常温的热量转化为了电能，做功之后的高压气体可以采用分离设备降温处理后进行再次利用；分离设备利用乏汽的余压产生涡旋，使得冷量进一步提升，从而对余压进行直接利用；再次发电，升温之后的气体通过管路输出。

为解决上述技术问题，本发明提供一种利用超低温液态气体发电的方法，采用超低温液态气体作为冷源推动第二发电系统的膨胀机II做功发电，超低温液态气体吸收热能后膨胀成为高压气体并推动第一发电系统的膨胀机I做功发电，做功之后温度、压力降低的气体采用分离设备升降温分流处理，降温后的气体作为冷源再次推动第三发电系统的膨胀机III做功发电，升温之后的气体通过管路输出。

优选的是，所述分离设备为旋流器。

上述方案中优选的是，所述超低温液态气体为液态天然气、液态空气、液氮、液态二氧化碳、氨、液氧中的至少一种。

上述方案中优选的是，所述第二发电系统利用环境热源作为工质沸腾汽化、气化的热源，超低温液态气体作为第二发电系统冷凝环节的冷源。第二发电系统是一个典型的工作在超低温温段的郎肯循环。

上述方案中优选的是，所述第二发电系统的系统循环工质为和超低温液态气体温度接近的液态空气、液氮、液态甲烷中的一种。

上述方案中优选的是，所述第三发电系统利用环境热源作为工质沸腾汽化、气化的热源，旋流器输出的低温气体作为第三发电系统冷凝环节的冷源。第三发电系统是一个典型的工作在低温温段的郎肯循环。

上述方案中优选的是，所述第三发电系统的系统循环工质为和低温气体温度接近的液氨、液态二氧化碳、低温制冷冷媒中的一种。

本发明还提供一种利用超低温液态气体发电的装置，包括第一发电系统、第二发电系统和第三发电系统，第二发电系统包括超低温冷凝器和超低温气化器，低温泵I的一端连接液态气体入口，低温泵I的另一端连接高压低温管路，高压低温管路进一步连接超低温冷凝器，超低温冷凝器的另一端分别和低温高压气管路和液态工质管路I连接，低温泵II的一端和液态工质管路I连接，低温泵II的另一端连接超低温气化器，超低温气化器的另一端连接膨胀机II，膨胀机II能够带动发电机II发电，膨胀机II通过乏气管路I连接超低温冷凝器构成回路；

低温高压气管路进一步连接第一发电系统，第一发电系统包括补热换热器、膨胀机I和发电机I，补热换热器的一端连接低温高压气管路，补热换热器的另一端连接膨胀机I，膨胀机I能够带动发电机I发电，膨胀机I通过低温低压气体管路连接旋流器，旋流器的一侧设有高温气体管路和气体输出管路；

旋流器的另一侧通过低温气体管路连接第三发电系统，第三发电系统包括低温冷凝器、膨胀机III和低温气化器，低温冷凝器的一端和低温气体管路连接，低温冷凝器的另一端分别和中温气体管路、液态工质管路II连接，中温气体管路的另一端进一步连接高温气体管路，低温泵III的一端连接液态工质管路II，低温泵III的另一端连接低温气化器，低温气化器的另一端连接膨胀机III，膨胀机III能够带动发电机III发电，膨胀机III通过乏气管路II连接低温冷凝器构成回路。

本发明还提供一种利用超低温液态气体发电的装置，包括第一发电系统、第二发电系统，第二发电系统包括超低温冷凝器和超低温气化器，低温泵I的一端连接液态气体入口，低温泵I的另一端连接高压低温管路，高压低温管路进一步连接超低温冷凝器，超低温冷凝器的另一端分别和低温高压气管路和液态工质管路I连接，低温泵II的一端和液态工质管路I连接，低温泵II的另一端连接超低温气化器，超低温气化器的另一端连接膨胀机II，膨胀机II能够带动发电机II发电，膨胀机II通过乏气管路I连接超低温冷凝器构成回路；

低温高压气管路进一步连接第一发电系统，第一发电系统包括补热换热器、膨胀机I和发电机I，补热换热器的一端连接低温高压气管路，补热换热器的另一端连接膨胀机I，膨胀机I能够带动发电机I发电，膨胀机I的一端设有气体输出管路。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：提供一种利用超低温液态气体发电的装置，包括第一发电系统、第二发电系统，第二发电系统包括超低温冷凝器和超低温气化器，低温泵I的一端连接液态气体入口，低温泵I的另一端连接高压低温管路，高压低温管路进一步连接超低温冷凝器，超低温冷凝器的另一端分别和低温高压气管路和液态工质管路I连接，低温泵II的一端和液态工质管路I连接，低温泵II的另一端连接超低温气化器，超低温气化器的另一端连接膨胀机II，膨胀机II能够带动发电机II发电，膨胀机II通过乏气管路I连接超低温冷凝器构成回路；低温高压气管路进一步连接第一发电系统，第一发电系统包括补热换热器、膨胀机I和发电机I，补热换热器的一端连接低温高压气管路，补热换热器的另一端连接膨胀机I，膨胀机I能够带动发电机I发电，膨胀机I的一端设有气体输出管路，本发明提供一种利用超低温液态气体发电的装置和方法，利用超低温液态气体吸收环境热能后膨胀得到的高压气体推动膨胀机做功，膨胀机带动发电机发电，做功之后温度降低的高压气体采用分离设备降温处理后进行再次发电，升温之后的气体通过管路输出。

附图说明

图1为本发明的一种利用超低温液态气体发电装置的一实施例整体结构示意图。

图2为本发明的一种利用超低温液态气体发电装置的另一实施例整体结构示意图。

［1、液态气体入口；2、低温泵I；3、高压低温管路；4、超低温冷凝器；5、低温高压气管路；6、补热换热器；7、膨胀机I；8、发电机I；9、低温低压气体管路；10、旋流器；11、高温气体管路；12、低温气体管路；13、低温冷凝器；14、中温气体管路；15、气体输出管路；16、超低温气化器；17、膨胀机II；18、发电机II；19、乏气管路I；20、液态工质管路I；21、低温泵II；22、低温气化器；23、膨胀机III；24、发电机III；25、乏气管路II；26、液态工质管路II；27、低温泵III；28、第一发电系统；29、第二发电系统；30、第三发电系统］

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

如图1所示，本发明的实施例，一种利用超低温液态气体发电的方法，采用超低温液态气体作为冷源，环境热能作为能量来源，推动第二发电系统29郎肯循环的膨胀机II17做功发电，超低温液态气体吸收热能后膨胀成为高压气体并推动第一发电系统28的膨胀机I7做功发电，做功之后温度、压力降低的气体采用分离设备升降温分流处理，降温后的气体作为冷源再次推动第三发电系统30郎肯循环的膨胀机III23做功发电，升温之后的气体通过管路输出。

本发明进一步优化的技术方案，所述分离设备为旋流器10。

本发明进一步优化的技术方案，所述超低温液态气体为液态天然气、液态空气、液氮、液态二氧化碳、氨、液氧中的至少一种。

本发明进一步优化的技术方案，所述第二发电系统29是一个典型的工作在超低温温段的郎肯循环，第二发电系统29利用环境热源作为工质沸腾汽化、气化的热源，超低温液态气体作为第二发电系统冷凝环节的冷源。

本发明进一步优化的技术方案，所述第二发电系统29的系统循环工质为和超低温液态气体温度接近的液态空气、液氮、液态甲烷中的一种。

本发明进一步优化的技术方案，所述第三发电系统30是一个典型的工作在低温温段的郎肯循环，第三发电系统30利用环境热源作为工质沸腾汽化、气化的热源，低温气体作为第三发电系统30冷凝环节的冷源。

本发明进一步优化的技术方案，所述第三发电系统30的系统循环工质为和低温气体温度接近的液氨、液态二氧化碳、低温制冷冷媒中的一种。

本发明进一步优化的技术方案，所述超低温气化器16、补热换热器6、低温气化器22可以采用空温气化器、液源气化器，气化热源可以来源于环境空气或环境水源或环境地热源所含热量。

本发明还提供一种利用超低温液态气体发电的装置，包括第一发电系统28、第二发电系统29和第三发电系统30，第二发电系统29包括超低温冷凝器4和超低温气化器16，低温泵I2的一端连接液态气体入口1，低温泵I2的另一端连接高压低温管路3，高压低温管路3进一步连接超低温冷凝器4，超低温冷凝器4的另一端分别和低温高压气管路5和液态工质管路I20连接，低温泵II21的一端和液态工质管路I20连接，低温泵II21的另一端连接超低温气化器16，超低温气化器16的另一端连接膨胀机II17，膨胀机II17能够带动发电机II18发电，膨胀机II17通过乏气管路I19连接超低温冷凝器4构成回路。

低温高压气管路5进一步连接第一发电系统28，第一发电系统28包括补热换热器6、膨胀机I7和发电机I8，补热换热器6的一端连接低温高压气管路5，补热换热器6的另一端连接膨胀机I7，膨胀机I7能够带动发电机I8发电，膨胀机I7通过低温低压气体管路9连接旋流器10，旋流器10的一侧设有高温气体管路11和气体输出管路15。

旋流器10的另一侧通过低温气体管路12连接第三发电系统30，第三发电系统30包括低温冷凝器13、膨胀机III23和低温气化器22，低温冷凝器13的一端和低温气体管路12连接，低温冷凝器13的另一端分别和中温气体管路14、液态工质管路II26连接，中温气体管路14的另一端进一步连接高温气体管路11，低温泵III27的一端连接液态工质管路II26，低温泵III27的另一端连接低温气化器22，低温气化器22的另一端连接膨胀机III23，膨胀机III23能够带动发电机III24发电，膨胀机III23通过乏气管路II25连接低温冷凝器13构成回路。

本发明的工作原理如下：

第一发电系统是第一发电循环，利用汽化的气体本身作为冷源，在超低温冷凝器4吸收凝结热来升温、沸腾、汽化、气化成高压气体以后推动膨胀机I7做功带动发电机I8发电；先利用膨胀成气态的高压气体势能推动膨胀机I7做功，释放内能温度大幅度下降之后的气体利用余压在旋流器10内高速旋转，气旋中心气体密度下降，压力下降，温度进一步降低，再次成为第三发电系统冷源；升温之后的气体可以直接输出，第一发电系统输出功率最大。

第二发电系统，利用超低温液体气体吸热的能力作为冷源，超低温气化器16吸收常温的环境介质的热量作为热源，两者存在冷热温差，可以推动第二发电系统实现第一发电循环即朗肯循环工作，促使第一发电循环28工作的温度从超低温到常温范围进行循环；液态气体作为冷源经第二发电系统超低温冷凝器4汽化、气化，经第一发电系统补热换热器6继续吸收环境热量升温后，达到常温、高压状态，推动第一发电系统膨胀机I7做功；做功之后，气体温度虽然大幅度下降，但较液态气体初始温度高约50~150℃，通过旋流器10分离成冷热不同温度两股气流，进一步降温后的冷气流得到再次利用，作为冷源，帮助第三发电系统实现利用环境热源作为能量来源的第二个发电循环即郎肯循环工作。

第三发电系统为第二发电循环，第二发电循环发电量最小，工作温度相对较高，输出功率相对第一发电系统、第二发电系统较小。

本发明的工作过程如下：

液态气体从液态气体入口1进入低温泵I2，通过高压低温管路3进入超低温冷凝器4，在超低温冷凝器4吸收第二发电系统29发电循环过程中的循环工质的冷凝热量，液态气体升温膨胀成高压气体，经过低温高压气管路5进入第一发电系统，低温的高压气体进入补热换热器6，补热换热器6对通过与环境介质热量交换实现对低温高压气体进行升温补热，升温后的高压气体推动膨胀机I7做功，带动发电机I8发电，膨胀机I7做功之后气体温度、压力下降，低温气体经过低温低压气体管路9进入旋流器10，尚有余压的气体从侧面进入旋流器10在旋流器内部形成涡旋，气体高速旋转，转速可以达到百万转，由于离心力的作用，气漩涡中心的气体压力、温度降低，气漩涡周边的气体密度增加，压力增加而升温，因此，漩涡中心低温气体温度进一步降低，利用低温气体管路12输出，作为第三个发电系统的冷源，满足低温冷凝器13的工作需求；温度相对较高的高温气体则通过高温气体管路11输出，没有利用价值后排出，从气体输出管路15输出作为最终气态产品，实现了从超低温液态气体变为常温气体的相变气化过程。

本发明还提供一种旋流器10的应用方法，利用做功之后乏汽的余压推动旋流器10转动产生涡旋，从而把气体一分为二，即分为高温气体和低温气体，对余压进行直接利用。

第二发电系统即第一个发电循环，是标准的朗肯循环，系统内循环中的液态工作介质一般为液氮，由于液氮安全环保，不会造成环境灾难，使用安全性高；循环中的液态工作介质从低温泵II21打入超低温气化器16,超低温气化器16内部的超低温液氮和环境空气热交换后排出时，变成高压常温气体推动膨胀机II17做功，带动发电机II18发电输出，膨胀做功以后的气体压力、温度降低，压力、温度降低以后的乏汽通过膨胀机II17排出进入超低温冷凝器4，进入超低温冷凝器4以后进行冷凝，由于从高压低温管路3进入超低温冷凝器4提供冷源的介质温度很低，因此使工作介质冷凝再次变成液体；系统内的循环工作介质在超低温气化器16吸热汽化、气化，推动膨胀机II17做功，超低温冷凝器4冷凝放热液化；低温泵II21工作压力范围为3-60MPa，低温泵II21推动实现了从液态、汽化、做功、乏汽再冷凝的发电循环。工作介质沸点和冷源的沸点应该接近，两者相差50~150℃，环保介质为液氮或液态空气（液态空气沸点-191℃，虽然经济，但是内含有氧气，存在安全隐患），，一般为液氮。

第三发电系统即第二个发电循环，也是一个典型的郎肯循环过程，与第二个发电系统设备和原理相同，不再赘述。排出的气体，经中温气体管路14与高温气体管路11汇合，最终气体产品，经气体输出管路15输出。

本发明充分利用液态气体气化过程中吸热的能力，撬动环境常温热量膨胀做功，资源得到充分利用，实现节能、减排、增效。

实施例2

同实施例1不同的是，本发明提供的一种利用超低温液态气体发电的装置，如图2所示，包括第一发电系统28、第二发电系统29，第二发电系统29包括超低温冷凝器4和超低温气化器16，低温泵I2的一端连接液态气体入口1，低温泵I2的另一端连接高压低温管路3，高压低温管路3进一步连接超低温冷凝器4，超低温冷凝器4的另一端分别和低温高压气管路5和液态工质管路I20连接，低温泵II21的一端和液态工质管路I20连接，低温泵II21的另一端连接超低温气化器16，超低温气化器16的另一端连接膨胀机II17，膨胀机II17能够带动发电机II18发电，膨胀机II17通过乏气管路I19连接超低温冷凝器4构成回路。

低温高压气管路5进一步连接第一发电系统28，第一发电系统28包括补热换热器6、膨胀机I7和发电机I8，补热换热器6的一端连接低温高压气管路5，补热换热器6的另一端连接膨胀机I7，膨胀机I7能够带动发电机I8发电，膨胀机I7的一端设有气体输出管路15，本实施方式中的超低温液态气体为液态二氧化碳。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用超低温液态气体发电的方法，其特征在于，采用超低温液态气体作为冷源推动第二发电系统（29）的膨胀机II（17）做功发电，超低温液态气体吸收热能后膨胀成为高压气体并推动第一发电系统（28）的膨胀机I（7）做功发电，做功之后温度、压力降低的气体采用分离设备升降温分流处理，降温后的气体作为冷源再次推动第三发电系统（30）的膨胀机III（23）做功发电，升温之后的气体通过管路输出。

2.如权利要求1所述的一种利用超低温液态气体发电的方法，其特征在于，所述分离设备为旋流器（10）。

3.如权利要求1所述的一种利用超低温液态气体发电的方法，其特征在于，所述超低温液态气体为液态天然气、液态空气、液氮、液态二氧化碳、氨、液氧中的至少一种。

4.如权利要求1所述的一种利用超低温液态气体发电的方法，其特征在于，所述第二发电系统（29）利用环境热源作为工质沸腾汽化、气化的热源，超低温液态气体作为第二发电系统冷凝环节的冷源。

5.如权利要求1或4所述的一种利用超低温液态气体发电的方法，其特征在于，所述第二发电系统（29）的系统循环工质为和超低温液态气体温度接近的液态空气、液氮、液态甲烷中的一种。

6.如权利要求1所述的一种利用超低温液态气体发电的方法，其特征在于，所述第三发电系统（30）利用环境热源作为工质沸腾汽化、气化的热源，旋流器（10）输出的低温气体作为第三发电系统（30）冷凝环节的冷源。

7.如权利要求1或6所述的一种利用超低温液态气体发电的方法，其特征在于，所述第三发电系统（30）的系统循环工质为和低温气体温度接近的液氨、液态二氧化碳、低温制冷冷媒中的一种。

8.一种利用超低温液态气体发电的装置，其特征在于，包括第一发电系统（28）、第二发电系统（29）和第三发电系统（30），第二发电系统（29）包括超低温冷凝器（4）和超低温气化器（16），低温泵I（2）的一端连接液态气体入口（1），低温泵I（2）的另一端连接高压低温管路（3），高压低温管路（3）进一步连接超低温冷凝器（4），超低温冷凝器（4）的另一端分别和低温高压气管路（5）、液态工质管路I（20）连接，低温泵II（21）的一端和液态工质管路I（20）连接，低温泵II（21）的另一端连接超低温气化器（16），超低温气化器（16）的另一端连接膨胀机II（17），膨胀机II（17）能够带动发电机II（18）发电，膨胀机II（17）通过乏气管路I（19）连接超低温冷凝器（4）构成回路；

1）、低温高压气管路（5）进一步连接第一发电系统（28），第一发电系统（28）包括补热换热器（6）、膨胀机I（7）和发电机I（8），补热换热器（6）的一端连接低温高压气管路（5），补热换热器（6）的另一端连接膨胀机I（7），膨胀机I（7）能够带动发电机I（8）发电，膨胀机I（7）通过低温低压气体管路（9）连接旋流器（10），旋流器（10）的一侧设有高温气体管路（11）和气体输出管路（15）；

2）、旋流器（10）的另一侧通过低温气体管路（12）连接第三发电系统（30），第三发电系统（30）包括低温冷凝器（13）、膨胀机III（23）和低温气化器（22），低温冷凝器（13）的一端和低温气体管路（12）连接，低温冷凝器（13）的另一端分别和中温气体管路（14）、液态工质管路II（26）连接，中温气体管路（14）的另一端进一步连接高温气体管路（11），低温泵III（27）的一端连接液态工质管路II（26），低温泵III（27）的另一端连接低温气化器（22），低温气化器（22）的另一端连接膨胀机III（23），膨胀机III（23）能够带动发电机III（24）发电，膨胀机III（23）通过乏气管路II（25）连接低温冷凝器（13）构成回路。

9.一种利用超低温液态气体发电的装置，其特征在于，包括第一发电系统（28）、第二发电系统（29），第二发电系统（29）包括超低温冷凝器（4）和超低温气化器（16），低温泵I（2）的一端连接液态气体入口（1），低温泵I（2）的另一端连接高压低温管路（3），高压低温管路（3）进一步连接超低温冷凝器（4），超低温冷凝器（4）的另一端分别和低温高压气管路（5）、液态工质管路I（20）连接，低温泵II（21）的一端和液态工质管路I（20）连接，低温泵II（21）的另一端连接超低温气化器（16），超低温气化器（16）的另一端连接膨胀机II（17），膨胀机II（17）能够带动发电机II（18）发电，膨胀机II（17）通过乏气管路I（19）连接超低温冷凝器（4）构成回路；

低温高压气管路（5）进一步连接第一发电系统（28），第一发电系统（28）包括补热换热器（6）、膨胀机I（7）和发电机I（8），补热换热器（6）的一端连接低温高压气管路（5），补热换热器（6）的另一端连接膨胀机I（7），膨胀机I（7）能够带动发电机I（8）发电，膨胀机I（7）的一端设有气体输出管路（15）。