CN208546202U - 蓄能orc制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了属于能源动力领域的一种蓄能ORC制氢系统。液化天然气(LNG)运输船在航行中排出大量余热,本实用新型通过储热器将其存储起来作为热源。LNG运输船停靠码头时携带的高压LNG存储罐向陆地上的低压LNG存储罐充装时又产生可靠冷源。本实用新型在上述热源与冷源间构建有机朗肯循环(ORC),带动发电机产生交流电。交流电通过二极管桥式电路解调后成为直流电。直流电电解碱溶液,在阳极产生氧气,在阴极产生氢气。本实用新型所述的蓄能ORC制氢系统同时利用了LNG运输船航行中的余热以及LNG卸压充装时的冷能,将其高效地转换成了氢气这种清洁能源,是一种化石燃料清洁高效利用的关键技术。
Description
技术领域
本实用新型属于能源动力领域,具体涉及一种蓄能ORC制氢系统。
背景技术
在国家科研攻关项目支持以及能源市场需求的推动下,有机朗肯循环(ORC)已成为节能领域备受瞩目的热点技术。目前主流的ORC系统建立在高温热源与环境温度之间,利用诸如锅炉烟气余热、地热、太阳能等资源进行发电。近年来,我国调整能源结构,对天然气需求量进一步扩大,巨型液化天然气(LNG)运输船来往于国际产气区与我国沿海发达城市。LNG运输船兼具高温热源和低温冷源。根据卡诺定理,在高温热源与低温冷源之间构建ORC系统发电效率远高于高温热源与环境温度之间构建的ORC系统。LNG运输船上高温热源来源于航行中柴油机的高温烟气、套缸换热水以及压缩热空气等,这些能量达到LNG燃油能量的50%以上。另一方面,低温冷源则来源于停靠码头后LNG卸压充装的冷能,能量值也十分可观。因此,LNG运输船高温热源与低温冷源可用能十分可观,但在时间上不同步。本实用新型即针对这一实际应用背景的机遇和难题,创新性地通过蓄热的方式同时利用高温热源和低温冷源构建ORC系统,并将ORC系统发出的交流电转化为直流电就地制氢,生产清洁、高能燃料,从而实现化石燃料的清洁高效利用。
实用新型内容
针对背景技术中提到的问题,本实用新型公开了一种蓄能ORC制氢系统,其特征在于,其特征在于,主要包括:蓄热器、膨胀机、冷凝器、有机工质储液罐、泵、高压LNG存储罐、低压LNG存储罐和阀门;其中蓄热器蓄热侧的进出口分别与LNG运输船在航行中排出的余热和大气相连,蓄热器的放热侧与膨胀机、冷凝器的冷凝侧、有机工质储液罐、泵构成回路,冷凝器吸热侧的入口通过阀门与高压LNG存储罐相连,冷凝器吸热侧的出口与低压LNG存储罐相连。
所述发电机的转子与膨胀机的主轴相连,发电机的两极分别与桥式整流电路两个输入端相连,桥式整流电路由四个二极管组成;桥式整流电路两个输出端分别与安装于电解槽内的阴极和阳极相连,电解槽中装有电解碱溶液。
所述阴极设置于氢气罐中,所述阳极设置于氧气罐中。
所述氢气罐与低压LNG存储罐相连。
所述氧气罐与LNG船柴油机相连。
本实用新型的效果和益处是:本实用新型通过蓄热的方式解决了LNG运输船高温热源(航行时提供)与低温冷源(停靠码头时提供)在时间上不同步的问题,在高温热源和低温冷源间构建ORC系统,同时利用了LNG运输船航行中的余热以及LNG卸压充装时的冷能,提升了ORC系统热功转换效率和发电量。通过整流电路将ORC系统发出的交流电转化为直流电就地制氢,生产清洁、高能燃料,是一项化石燃料清洁高效利用的关键技术。
附图说明
图1是本实用新型蓄能ORC制氢系统实施例的装置示意图。
图中标号:1-LNG运输船在航行中排出的余热,2-蓄热器,3-蓄热材料,4-有机工质储液罐,5-泵,6-膨胀机,7-冷凝器,8-高压LNG存储罐,9-低压LNG存储罐,10-阀门,11-发电机,12-二极管,13-电解槽,14-碱溶液,15-阴极,16-氢气,17-氢气罐,18-阳极,19-氧气,20-氧气罐。
具体实施方式
下面结合附图进一步阐述本实用新型蓄能ORC制氢系统的实施例。
如图1所示的本实用新型实施例,包括:蓄热器2、膨胀机6、冷凝器7、有机工质储液罐4、泵5、高压LNG存储罐8、低压LNG存储罐9、阀门10、发电机11、二极管12、电解槽13、碱溶液14、阴极15、氢气罐17、阳极18和氧气罐20;其中蓄热器2蓄热侧的输入为LNG运输船在航行中排出的余热1,被蓄热器2吸收热量的LNG运输船在航行中排出的余热1随后排放至大气中,蓄热器2的放热侧与膨胀机6、冷凝器7的冷凝侧、有机工质储液罐4、泵5构成回路,冷凝器7吸热侧的入口通过阀门10与高压LNG存储罐8相连,冷凝器7吸热侧的出口与低压LNG存储罐9相连,
发电机11的转子与膨胀机6的主轴相连,发电机11的静子由膨胀机6带动产生交流电,发电机11的两极分别与桥式整流电路两个输入端相连,桥式整流电路两个输出端产生直流电,分别与阴极15和阳极18相连,阴极15设置于氢气罐17中,阳极18设置于氧气罐20中,氢气罐17和氧气罐20安装于装有电解碱溶液14的电解槽13中。
蓄热器2中充装有熔盐作为蓄热材料3,用于吸收LNG运输船在航行中排出的余热1,LNG运输船在航行中排出的余热1包括柴油机的高温烟气、套缸换热水以及压缩热空气,余热在100-500℃的温度范围;
泵5采用隔膜泵防止有机工质泄露;
膨胀机6采用单螺杆膨胀机提升做功能力;
桥式整流电路由4个二极管12组成,用于将发电机11传出的交流电转变为直流电,其中二极管12采用单向可控硅材质以适应ORC回路大功率发电的特征;
阴极15采用镍基材料,碱溶液14采用NaOH溶液,阳极18采用镍钴铁复合材料;
阀门10用于控制LNG卸压充装时的充装速度,以匹配蓄热器2的蓄热量以及回路中有机工质乏气的换热速率。
本实施例中,氢气罐17可与低压LNG存储罐相连,由氢气罐17收集的氢气16作为高能燃料,充装到低压LNG存储罐中,实现清洁高效利用。
本实施例中,氧气罐20可与LNG船柴油机相连,由氧气罐20收集的氧气19作为助燃剂使LNG船柴油机实现富氧燃烧,进一步提高燃油利用效率、减少污染物排放以保护环境。
本实施例的工作流程为:
LNG运输船在航行中排出的余热1存储在蓄热器2中,待LNG运输船靠岸后,有机工质储液罐4中的有机工质乏气在泵5的驱动下进入蓄热器2,与蓄热材料3换热、吸收存储的热量并沸腾成蒸汽,随后进入膨胀机6做功;膨胀机6出口的有机工质乏气进入冷凝器7后冷凝成液体回到有机工质储液罐4中,构成ORC循环回路。
LNG运输船携带的高压LNG存储罐8向陆地上的低压LNG存储罐9充装时,高压LNG通过阀门10流经冷凝器7的吸热侧进行吸热,因而有机工质乏气可以在冷凝器7中凝结成液体;
在高温热源与低温冷源间构建的ORC发电回路,通过膨胀机6带动发电机11产生交流电,随后交流电经4个二极管12组成的桥式整流电路调制后转变为直流电。整流后的直流电引入电解槽13电解碱溶液14,从而在阴极15产生氢气16并存储在氢气罐17中;在阳极18产生氧气19并存储在氧气罐20中。
在本实施例中所使用的ORC循环回路的特色在于:通过蓄热器2解决了LNG运输船高温热源(航行时提供)与低温冷源(停靠码头时提供)在时间上错开的问题,同时利用了LNG运输船在航行中排出的余热1以及LNG卸压充装时的冷能,其热工转换效率远大于单纯利用余热的ORC系统。
Claims (5)
1.一种蓄能ORC制氢系统,其特征在于,主要包括:蓄热器(2)、膨胀机(6)、冷凝器(7)、有机工质储液罐(4)、泵(5)、高压LNG存储罐(8)、低压LNG存储罐(9)和阀门(10);其中蓄热器(2)蓄热侧的进出口分别与LNG运输船在航行中排出的余热(1)和大气相连,蓄热器(2)的放热侧与膨胀机(6)、冷凝器(7)的冷凝侧、有机工质储液罐(4)、泵(5)构成回路,冷凝器(7)吸热侧的入口通过阀门(10)与高压LNG存储罐(8)相连,冷凝器(7)吸热侧的出口与低压LNG存储罐(9)相连。
2.根据权利要求1所述的一种蓄能ORC制氢系统,其特征在于,所述膨胀机(6)的主轴与发电机(11)的转子相连,发电机(11)的两极分别与桥式整流电路两个输入端相连,桥式整流电路由四个二极管(12)组成;桥式整流电路两个输出端分别与安装于电解槽(13)内的阴极(15)和阳极(18)相连,电解槽(13)中装有电解碱溶液(14)。
3.根据权利要求2所述的一种蓄能ORC制氢系统,其特征在于,所述阴极(15)设置于氢气罐(17)中,所述阳极(18)设置于氧气罐(20)中。
4.根据权利要求3所述的一种蓄能ORC制氢系统,其特征在于,所述氢气罐(17)与低压LNG存储罐相连。
5.根据权利要求3所述的一种蓄能ORC制氢系统,其特征在于,所述氧气罐(20)与LNG船柴油机相连。
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Cited By (2)
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CN108678823B (zh) * | 2018-06-29 | 2023-08-15 | 华北电力大学 | 蓄能orc制氢系统 |
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