蓄能ORC制氢系统技术方案

本发明专利技术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，本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术所述的蓄能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。

【技术实现步骤摘要】
蓄能ORC制氢系统
本专利技术属于能源动力领域，涉及一种蓄能ORC制氢系统。
技术介绍
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。本专利技术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。
技术实现思路
针对
技术介绍
中提到的问题，本专利技术公开了一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，主要包括：蓄热器、有机工质储液罐、泵、膨胀机、冷凝器、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。所述蓄热器中充装有熔盐作为蓄热材料，用于吸收LNG运输船在航行中排出的余热，LNG运输船在航行中排出的余热包括柴油机的高温烟气、套缸换热水以及压缩热空气，余热的温度范围在100～500℃。所述泵采用隔膜泵防止有机工质泄露。所述膨胀机采用单螺杆膨胀机提升做功能力。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；桥式整流电路的两个输出端产生直流电，并分别与阴极和阳极相连，阴极设置于氢气罐中，电解槽中装有电解碱溶液。所述阴极采用镍基材料，碱溶液采用NaOH溶液，阳极采用镍钴铁复合材料。所述桥式整流电路由四个二极管组成，用于将发电机传出的交流电转变为直流电，其中二极管采用单向可控硅材质。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。本专利技术的效果和益处是：本专利技术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是本专利技术蓄能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专利技术蓄能ORC制氢系统的实施例。如图1所示的本专利技术实施例，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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，主要包括：蓄热器(2)、有机工质储液罐(4)、泵(5)、膨胀机(6)、冷凝器(7)、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。

【技术特征摘要】
1.一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，主要包括：蓄热器(2)、有机工质储液罐(4)、泵(5)、膨胀机(6)、冷凝器(7)、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，余热的温度范围在100～500℃。3.根据权利要求1所述的一种蓄能ORC制氢系统，其特征在于，所述泵(5)采用隔膜泵防止有机工质泄露。4.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)采用单螺杆膨胀机提升做功能力。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢剑，徐进良，尚炜，李享，雷蕾，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11