CN112523868B - 一种应用于海洋平台燃机发电与温差发电的联合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于海洋平台燃机发电与温差发电的联合系统，属于海洋平台的燃机发电技术领域，包括燃气涡轮发电系统和海水冷却系统，以燃机尾部排气为热源，以海水为冷源，把半导体温差发电机的两端面分别与燃机排气热源和海水冷源紧密接触制成半导体温差发电机，让航改燃机排气和海水分别通过半导体温差发电机的两端，航改燃机排气的热量通过半导体温差发电机后传给海水吸热，在半导体温差发电机金属面板两侧产生温差，半导体温差发电机的两端由温差产生电势差而发电。通过热能的多阶梯利用，燃机联合发电效率提高10%左右，实现热能转换成电能的最大有效输出。
Description
技术领域
本发明属于海洋平台的燃机发电技术领域，特别是涉及燃机排气烟气热能的回收利用、半导体温差发电结合的交叉技术领域。
背景技术
自1954年在委内瑞拉马拉开波湖建立的第一座采用燃气轮机驱动压缩机的气体回注平台到现在，燃气轮机由于其自身特有的优点，如旋转运动不存在往复式运动的振动问题，功率/重量(功率/体积)比大，安装及维护工作量少等，己使它广泛用于海洋平台。以欧洲北海汕田的85座平台为例，燃气轮机发出的功率己占平台总功率的98%，燃气轮机在平台上应用广泛，但是由于海洋平台的特殊环境，海洋平台的燃机发电主要是采用简单循环，无联合循环，燃机驱动交、直流发电机组，主要照明及日常动力发电，燃机排出的热量很少，一部分可用于海水脱盐、船员工作/生活区取暖(或降温)、局部加热。燃机效率普遍在23%左右，甚至更低，而海洋平台特别是离陆地远平台，燃料输送十分困难成本高昂，如何提高燃机效率降低燃料消耗，提高海洋平台燃料利用率是我们不得不思考问题。
自1821年，德国物理学家赛贝克发现热电现象，根据塞贝克原理，当P型和N型半导体接触的两端存在温差时其回路会产生电动势，也叫热电势，回路的开路两端产生电势差。热电转换效率热电优值ZT与热电转换效率的关系，定性来看，ZT值越高，热电转换效率就越高，因为热电转换效率表示的含义是热能和电能之间相互转换成对方的程度，从Z与热电参数‘’三剑客‘’之间的关系(Z=S²α/κ)可以得知，要想Z越大，塞贝克系数S应变大，电导率α应越大，热导率κ应越小，近年来，随着高性能热电材料的热电优值ZT达到1.81（SPS工艺）甚至更高，120℃时材料的有效负载输出效率≥16%；生产的半导体热电转换芯片，半导体温差发电技术已经应用的越来越成熟。国内国际的半导体发电机产品越来越适合密集的燃机单循环废热发电，通过热能的多阶梯利用，实现热能转换成电能的最大有效输出。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的应用于海洋平台燃机发电与温差发电的联合系统。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种应用于海洋平台燃机发电与温差发电的联合系统，其特征是，包括燃气涡轮发电系统和海水冷却系统；
所述燃气涡轮发电系统包括用于接收环境空气的入口壳体，所述入口壳体连接压气机，所述压气机连接燃气透平，所述燃气透平连接燃机发电机，所述燃气透平通过高温烟气入口管线连接余热温差发电机组的热端入口，所述余热温差发电机组的烟气出口通过烟气排出管线连通至烟囱；
所述海水冷却系统包括用于过滤海水的入口滤网，所述入口滤网安装在冷却水进口管线的进水端，且在冷却水进口管线上还依次安装有冷却水泵、出口逆止门和出口电动门，所述冷却水进口管线的出水端连接余热温差发电机组的冷端入口，所述余热温差发电机组的出水口连接冷却水排水管线，所述冷却水排水管线上安装有排水电动门。
进一步的，所述冷却水进口管线的底部设有与大气接通的冷却水进口管线排污阀，用于管线排污。
进一步的，所述余热温差发电机组的冷端入口集箱顶部设有与大气接通的冷端入口集箱排空阀，用于管线及设备的排空。
进一步的，所述余热温差发电机组的冷端出口集箱底部设有与大气接通的冷端出口集箱排污阀，用于设备的排污。
进一步的，所述冷却水排水管线的底部设有与大气接通的冷却水出口管线排污阀，用于管线排污。
进一步的，所述的应用于海洋平台燃机发电与温差发电的联合系统，以燃机尾部排气为热源，以海水为冷源，把半导体温差发电机的两端面分别与燃机排气热源和海水冷源紧密接触制成半导体温差发电机，让航改燃机排气和海水分别通过半导体温差发电机的两端，航改燃机排气的热量通过半导体温差发电机后传给海水吸热，在半导体温差发电机金属面板两侧产生温差，半导体温差发电机的两端由温差产生电势差而发电；可以根据余热量决定发电机的数量。
进一步的，所述余热温差发电机组包括由无数个P型和N型半导体材料构成的半导体温差发电器集成在金属面板中，形成板块结构，把多块余热温差发电器集成金属面板做成板式换热器结构的余热温差发电机组布置于燃机排气框架出口烟道中，高温烟气通过余热温差发电机组的热端，冷却后烟气排出至大气，低温海水经冷却水泵提压后进入余热温差发电机组的冷端吸热后排入大海。
进一步的，余热温差发电机组发出直流电源可以直接接入平台直流母线，为平台直流用户提供电能，与燃机发电机交流电源进行互补，降低能源转换过程的设备投资与转换能耗。
进一步的，入口壳体接收环境空气依次送入压气机、燃气透平做功，带动燃机发电机为平台提供交流电源，燃气涡轮发电系统的废气经高温烟气入口管线送入余热温差发电机组的热端入口，在余热温差发电机组中冷却后通过烟气排出管线进入烟囱并排往大气；入口滤网吸入海水经冷却水泵、出口逆止门、出口电动门后由冷却水进口管线送入余热温差发电机组的冷端入口，在余热温差发电机组中吸热后通过冷却水排水管线及排水电动门后排往大海。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：该联合系统在燃机发电过程中通过提高效率，通过热能的多阶梯利用，实现热能的最大有效输出。相对于常规发电，半导体温差发电机体积小，结构紧凑，重量轻，占用空间小；易维护，不易结垢，安装清洗方便；半导体片与传统板式换热器整合，具有较高的发电性能；发电量可根据板片的数量来调整，易于控制成本与收益；用于海洋平台燃机排气的废热发电，性能优越，使用寿命长。发电效率在原来简单循环基础也会提升10%左右。
附图说明
图1是本发明中燃机发电与温差发电的联合系统的结构示意图。
图中：入口壳体1、压气机2、燃气透平3、燃机发电机4、余热温差发电机组5、入口滤网6、冷却水泵7、出口逆止门8、出口电动门9、冷却水进口管线排污阀10、冷端入口集箱排空阀11、冷端出口集箱排污阀12、冷却水出口管线排污阀13、排水电动门14、烟囱15、高温烟气入口管线131、烟气排出管线132、冷却水进口管线171、冷却水排水管线172。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本实施例中，一种应用于海洋平台燃机发电与温差发电的联合系统，包括燃气涡轮发电系统和海水冷却系统；
燃气涡轮发电系统包括用于接收环境空气的入口壳体1，入口壳体1连接压气机2，压气机2连接燃气透平3，燃气透平3连接燃机发电机4，燃气透平3通过高温烟气入口管线131连接余热温差发电机组5的热端入口，余热温差发电机组5的烟气出口通过烟气排出管线132连通至烟囱15；
海水冷却系统包括用于过滤海水的入口滤网6，入口滤网6安装在冷却水进口管线171的进水端，且在冷却水进口管线171上还依次安装有冷却水泵7、出口逆止门8和出口电动门9，冷却水进口管线171的出水端连接余热温差发电机组5的冷端入口，余热温差发电机组5的出水口连接冷却水排水管线172，冷却水排水管线172上安装有排水电动门14。
具体的，冷却水进口管线171的底部设有与大气接通的冷却水进口管线排污阀10，用于管线排污。余热温差发电机组5的冷端入口集箱顶部设有与大气接通的冷端入口集箱排空阀11，用于管线及设备的排空。余热温差发电机组5的冷端出口集箱底部设有与大气接通的冷端出口集箱排污阀12，用于设备的排污。冷却水排水管线172的底部设有与大气接通的冷却水出口管线排污阀13，用于管线排污。
工作方法：入口壳体1接收环境空气依次送入压气机2、燃气透平3做功，带动燃机发电机4为平台提供交流电源，燃气涡轮发电系统的废气经高温烟气入口管线131送入余热温差发电机组5的热端入口，在余热温差发电机组5中冷却后通过烟气排出管线132进入烟囱15并排往大气；入口滤网6吸入海水经冷却水泵7、出口逆止门8、出口电动门9后由冷却水进口管线171送入余热温差发电机组5的冷端入口，在余热温差发电机组5中吸热后通过冷却水排水管线172及排水电动门14后排往大海。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种应用于海洋平台燃机发电与温差发电的联合系统，其特征是，包括燃气涡轮发电系统和海水冷却系统；
所述燃气涡轮发电系统包括用于接收环境空气的入口壳体（1），所述入口壳体（1）连接压气机（2），所述压气机（2）连接燃气透平（3），所述燃气透平（3）连接燃机发电机（4），所述燃气透平（3）通过高温烟气入口管线（131）连接余热温差发电机组（5）的热端入口，所述余热温差发电机组（5）的烟气出口通过烟气排出管线（132）连通至烟囱（15）；
所述海水冷却系统包括用于过滤海水的入口滤网（6），所述入口滤网（6）安装在冷却水进口管线（171）的进水端，且在冷却水进口管线（171）上还依次安装有冷却水泵（7）、出口逆止门（8）和出口电动门（9），所述冷却水进口管线（171）的出水端连接余热温差发电机组（5）的冷端入口，所述余热温差发电机组（5）的出水口连接冷却水排水管线（172），所述冷却水排水管线（172）上安装有排水电动门（14）；
所述冷却水进口管线（171）的底部设有与大气接通的冷却水进口管线排污阀（10），用于管线排污；所述余热温差发电机组（5）的冷端入口集箱顶部设有与大气接通的冷端入口集箱排空阀（11），用于管线及设备的排空；所述余热温差发电机组（5）的冷端出口集箱底部设有与大气接通的冷端出口集箱排污阀（12），用于设备的排污；所述冷却水排水管线（172）的底部设有与大气接通的冷却水出口管线排污阀（13），用于管线排污；
以燃机尾部排气为热源，以海水为冷源，把半导体温差发电机的两端面分别与燃机排气热源和海水冷源紧密接触制成半导体温差发电机，让航改燃机排气和海水分别通过半导体温差发电机的两端，航改燃机排气的热量通过半导体温差发电机后传给海水吸热，在半导体温差发电机金属面板两侧产生温差，半导体温差发电机的两端由温差产生电势差而发电；
所述余热温差发电机组（5）包括由无数个P型和N型半导体材料构成的半导体温差发电器集成在金属面板中，形成板块结构，把多块余热温差发电器集成金属面板做成板式换热器结构的余热温差发电机组（5）布置于燃机排气框架出口烟道中，高温烟气通过余热温差发电机组（5）的热端，冷却后烟气排出至大气，低温海水经冷却水泵（7）提压后进入余热温差发电机组（5）的冷端吸热后排入大海。
2.根据权利要求1所述的应用于海洋平台燃机发电与温差发电的联合系统，其特征是，入口壳体（1）接收环境空气依次送入压气机（2）、燃气透平（3）做功，带动燃机发电机（4）为平台提供交流电源，燃气涡轮发电系统的废气经高温烟气入口管线（131）送入余热温差发电机组（5）的热端入口，在余热温差发电机组（5）中冷却后通过烟气排出管线（132）进入烟囱（15）并排往大气；入口滤网（6）吸入海水经冷却水泵（7）、出口逆止门（8）、出口电动门（9）后由冷却水进口管线（171）送入余热温差发电机组（5）的冷端入口，在余热温差发电机组（5）中吸热后通过冷却水排水管线（172）及排水电动门（14）后排往大海。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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