CN112727603A - 一种应用于陆地沙漠简单循环燃机发电与温差发电的联合发电方法 - Google Patents

一种应用于陆地沙漠简单循环燃机发电与温差发电的联合发电方法 Download PDF

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张大佳
李国敏
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Abstract

本发明公开了一种应用于陆地沙漠简单循环燃机发电与温差发电的联合发电方法，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，利用燃机尾部排气热量通过温差发电机进行发电。以燃机排气为热源，以增压冷空气为冷源，把半导体温差发电机的两端面分别与燃机排气热源和高压冷空气冷源紧密接触制成温差发电机组，使燃机排气和加压风分别通过温差发电机组的两端，燃机排气的热量通过温差发电机组之后传给高压空气吸热，在温差发电机组中金属面板两侧产生温差。温差发电机组的两端由温差产生电势差而发电。通过热能的多阶梯利用，能源利用效率提升，实现了热能转换成电能的最大有效输出。

Description

一种应用于陆地沙漠简单循环燃机发电与温差发电的联合发 电方法
技术领域
本发明属于陆地沙漠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
燃气轮机用于沙漠作为油田供电及管道增压站的驭动动力时，它的许多工作特点恰好满足了或自身就适应输油、输气管道的运行要求。例如，燃机的输出轴允许与压缩机或泵直接连接，具有使用泵送产品作燃料的能力；冬季燃机输出功率增加，能满足管道加温需增大功率的要求。另外，燃气轮机的输出转速具有可调性，当管道流量变化时，燃机与压缩机(或泵)易于进行相互之间的匹配控制。目前世界上为输油、输气管道提供动力的燃气轮机机组己有1000台以上，在沙漠地区主要集中中国新疆及中东地区。燃机用作压缩机或泵的动力时，由于增压站大部分处于无水地区故一般采用简单循环，燃机排气余热没有得到利用，浪费大量能源。同时增压站一般离电力网络比较远，但在不使用外部电力系统的增压站中，驱动发电机的输出电能供应站里。燃机效率普遍在23%左右，甚至更低，如何提高燃机效率降低燃料消耗，提高陆地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到越来越成熟。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，而提供一种应用于陆地沙漠简单循环燃机发电与温差发电的联合发电方法，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。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种应用于陆地沙漠简单循环燃机发电与温差发电的联合发电方法，其特征是，利用燃机尾部排气热量通过温差发电机进行发电。以燃机排气为热源，以增压冷空气为冷源，把半导体温差发电机的两端面分别与燃机排气热源和高压冷空气冷源紧密接触制成温差发电机组，使燃机排气和加压风分别通过温差发电机组的两端，燃机排气的热量通过温差发电机组之后传给高压空气吸热，在温差发电机组中金属面板两侧产生温差。温差发电机组的两端由温差产生电势差而发电。该温差发电机组的数量可以根据余热量来决定。
所述温差发电机组，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，通过一个金属板，中间是N块发电器集成在金属面板上，形成板块结构，将多块温差发电器集成金属面板做成板式换热器结构，布置于燃机排气框架的出口烟道中。高温烟气通过温差发电机组的热端，冷却后烟气经烟囱排入大气。低温高压空气经冷却风机提压后进入温差发电机组的冷端吸热后排入大气。
所述温差发电机组发出的直流电源可以直接接入站直流母线，为站内直流用户提供电能。与燃机发电机交流电源进行互补，减少能源转换过程降低设备投资与转换能耗。
凡是利用燃机尾部排气热量通过温差发电机进行发电，冷却介质可以是各种流体以及化学冷却介质。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过热能的多阶梯利用，能源利用效率提升，实现了热能转换成电能的最大有效输出。相对于常规发电，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；用于陆地燃机排气的废热发电，性能优越，使用寿命长，能源利用总体效率提升。
附图说明
图1是本发明中温差发电机的原理图。
图2是本发明实施例中系统的结构示意图。
图中：入口壳体1、压气机2、燃气透平3、燃机发电机4、温差发电机组5、入口滤网6、冷却风机7、出口逆止门8、出口电动门9、冷却空气进口风道排污阀10、冷端入口集箱排空阀11、冷端出口集箱排污阀12、冷却空气出口管线排污阀13、排风电动门14、消音器15、烟囱16、冷却空气进风风道171、冷却空气排风风道172、高温烟气进入管线131、烟气排出管线132。
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。
实施例。
参见图1，一种应用于陆地沙漠简单循环燃机发电与温差发电的联合发电方法，利用燃机尾部排气热量通过温差发电机进行发电。以燃机排气为热源，以增压冷空气为冷源，把半导体温差发电机的两端面分别与燃机排气热源和高压冷空气冷源紧密接触制成温差发电机组5，使燃机排气和加压风分别通过温差发电机组5的两端，燃机排气的热量通过温差发电机组5之后传给高压空气吸热，在温差发电机组5中金属面板两侧产生温差。温差发电机组5的两端由温差产生电势差而发电。该温差发电机组5的数量可以根据余热量来决定。
温差发电机组5，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，通过一个金属板，中间是N块发电器集成在金属面板上，形成板块结构，将多块温差发电器集成金属面板做成板式换热器结构，布置于燃机排气框架的出口烟道中。高温烟气通过温差发电机组5的热端，冷却后烟气经烟囱16排入大气。低温高压空气经冷却风机7提压后进入温差发电机组5的冷端吸热后排入大气。
温差发电机组5发出的直流电源可以直接接入站直流母线，为站内直流用户提供电能。与燃机发电机交流电源进行互补，减少能源转换过程降低设备投资与转换能耗。
参见图2，上述方法中的联合发电系统，包括：燃气涡轮发电系统和高压风冷却系统；
燃气涡轮发电系统中，入口壳体1接收环境空气并送入压气机2，燃气透平3做功，带动燃机发电机4为站提供交流电源。废气经高温烟气进入管线131送入温差发电机组5的热端入口；在温差发电机组5中冷却后通过烟气排出管线132进入烟囱16排往大气。
高压风冷却系统中，用于过滤高压空气的入口滤网6吸入高压空气，在冷却空气进风风道171中依次经冷却风机7、出口逆止门8、出口电动门9送入温差发电机组5的冷端入口，在温差发电机组5中吸热后进入冷却空气排风风道172，经排风电动门14、消音器15排往大气。
具体的，在冷却空气进风风道171的底部设有与大气接通的冷却空气进口风道排污阀10用于管线排污。在温差发电机组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。在温差发电机组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。在冷却空气排风风道172的底部设有与大气接通的冷却空气出口管线排污阀13用于管线排污。
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 (3)

1.一种应用于陆地沙漠简单循环燃机发电与温差发电的联合发电方法，其特征是，利用燃机尾部排气热量通过温差发电机进行发电；以燃机排气为热源，以增压冷空气为冷源，把半导体温差发电机的两端面分别与燃机排气热源和高压冷空气冷源紧密接触制成温差发电机组，使燃机排气和加压风分别通过温差发电机组的两端，燃机排气的热量通过温差发电机组之后传给高压空气吸热，在温差发电机组中金属面板两侧产生温差，温差发电机组的两端由温差产生电势差而发电；
所述温差发电机组由无数个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，通过一个金属板，中间是N块发电器集成在金属面板上，形成板块结构，将多块温差发电器集成金属面板做成板式换热器结构，布置于燃机排气框架的出口烟道中；高温烟气通过温差发电机组的热端，冷却后烟气经烟囱排入大气；低温高压空气经冷却风机提压后进入温差发电机组的冷端吸热后排入大气。
2.根据权利要求1所述的应用于陆地沙漠简单循环燃机发电与温差发电的联合发电方法，其特征是，所述温差发电机组的数量根据余热量来决定。
3.根据权利要求1所述的应用于陆地沙漠简单循环燃机发电与温差发电的联合发电方法，其特征是，所述温差发电机组发出的直流电源可以直接接入站直流母线，为站内直流用户提供电能；与燃机发电机交流电源进行互补，减少能源转换过程降低设备投资与转换能耗。
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