基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统，该系统包括第一循环回路、第二循环回路以及第三循环回路，包括分解反应器、膨胀机、发电机、回热器、合成反应器和换热器。本发明专利技术还提供了该系统的工作方法，反应物在分解反应器中吸收热量后分解，生成的高温高压气体进入膨胀机中做功并推动发动机运转发电，做完功的乏气回热后进入合成反应器发生合成反应并溶于传送液体形成溶液，经液力回收装置中加压泵升压后回到分解反应器，完成循环。本发明专利技术通过利用不同压力和温度条件下进行的可逆化学反应实现低品位热能驱动发电，循环工质为自然工质，经济环保，通过设置回热器、换热器和液力回收装置等余能回收装置实现对余热、余压的回收利用，减少系统能耗、提高系统效率。

Power generation system driven by low-grade thermal energy based on reversible chemical reaction and its working method

【技术实现步骤摘要】
基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统及工作方法
本专利技术属于低品位热能利用
，具体涉及一种基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统及工作方法。
技术介绍
随着全球人口总量的不断增加及经济的持续发展，人类的能源需求日益增长。然而，能源短缺和能源利用过程中产生的环境问题却日益凸显，节能环保成为全球的共同主题。根据目前的能源利用状况，低品位热能没有得到有效利用，提高低品位热能利用率是改善能源紧缺局面的关键环节，近些年受到越来越多的关注。低品位热能一般指温度低于200℃的热能，通常包括在冶金、电力、化工、食品等生产过程中排放的工业余热，以及部分可再生能源，如太阳能、地热能等。特别是150℃以下的热能利用效率更低，非常难以利用。因此发展低品位热能驱动发电技术，能够利用低品位能源进行热功转换进行发电，在提高低品位热能利用率的同时，不对环境产生污染，对改善我国能源结构、实现节能减排和综合利用能源具有重要的理论和现实意义。有机朗肯循环是在朗肯循环中采用沸点较低的有机工质代替水蒸气作为循环工质进行热电转换的循环，在低品位能源利用上，驱动热源温度一般都需要200℃甚至更高，是目前受到广泛关注的低品位热能驱动发电系统之一。尽管对有机朗肯循环的研究已有很多，但仍存在不足之处，如热功转化效率低、部分工质可能会加剧温室效应和臭氧层破坏，影响生态环境。当热源温度低于150℃时，有机朗肯循环效率更低，甚至发电量还抵不上系统泵的耗电量。因此，开发对环境更友好、低位热能利用率更高的新循环，是发展低品位热能驱动发电技术的关键问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统，该系统能够解决低品位热驱动的有机朗肯循环效率低、对环境产生不利影响的问题；同时，本专利技术还提供了该发电系统的工作方法。技术方案：本专利技术所述的一种基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统，包括第一循环回路、第二循环回路以及第三循环回路；所述第一循环回路包括分解反应器，所述分解反应器的气体出口与膨胀机的进口连接，所述膨胀机的出口与回热器的高温侧进口连接，所述分解反应器内设置有低品位热源管路，所述膨胀机与发电机轴连；所述第二循环回路包括合成反应器，所述合成反应器的气体进口与所述回热器的高温侧出口连接，所述合成反应器溶液出口与加压泵的进口连接，所述加压泵的出口与回热器的低温侧进口连接，所述回热器的低温侧出口与换热器的低温侧进口连接，所述换热器的低温侧出口与所述分解反应器的溶液进口连接，所述合成反应器中设有冷却水管路；所述第三循环回路为传送液体从分解反应器的液体出口流经换热器进入液力透平，反应液从液力透平的液体出口进入合成反应器。优选地，所述加压泵与液力透平通过辅助电机轴连。优选地，所述分解反应器气体出口处设置波形板。优选地，所述反应物为可以在一定条件下发生分解和合成反应的物质，且分解反应产物至少有一种为气体。本专利技术中所述的气体为上述反应物发生分解反应的产物。优选地，本专利技术中选用的反应物为氨基甲酸铵，当本专利技术中的反应物为氨基甲酸铵时，本专利技术发电循环工质为自然工质CO2和NH3。所述传送液体为可以溶解所述反应物以及非气体产物，不与分解反应生成的气体反应、在所需工作温度下不会发生热解、挥发或影响反应进行的液体。若反应物为氨基甲酸铵，则传送液体可以是有机醇，如丙二醇或乙二醇中的一种或两者的混合物。上述基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统的工作方法，包括以下步骤：(a)在分解反应器中，传送液体中溶解的反应物，吸收了来自低品位热源管路输入的热量后发生分解反应，生成的气体经波形板去除夹杂的传送液体后进入膨胀机膨胀做功并推动发电机运转发电，产生的低压排气在回热器中释放余热后送入合成反应器；(b)分解反应器中分离出的传送液体，在换热器中换热后，进入液力透平做功，降至所需压力后送入合成反应器；(c)气体进入合成反应器后，发生合成反应，反应过程中放出的热量被冷却水管路带走，生成的反应物溶于来自液力透平的传送液体形成混合溶液；(d)混合溶液被加压泵加压后送入回热器与来自膨胀机的排气进行换热，然后进入换热器与来自分解反应器的传送液体进一步换热，最后送入分解反应器，完成循环。所述加压泵与液力透平通过辅助电机轴连，若来自分解反应器的传送液体在液力透平中降至所需压力所做的功，大于或等于将合成反应器出口的混合溶液加压至所需压力所消耗的功，则辅助电机不工作；反之，则辅助电机工作，以此来补偿将混合溶液加压至所需压力的不足部分。有益效果：(1)本专利技术采用可逆化学反应热效应作为新原理，可利用低品位热能驱动发电，节能效果显著；(2)本专利技术根据热源条件选择合适的工质，可以在指定工况条件下吸收热量发生分解反应生成高压混合气体推动膨胀机做功，适用温度范围更广，可利用更低品位的热能；(3)本专利技术系统采用自然工质，对生物界无害，对环境更加友好，有利于缓解人工合成工质大量使用对环境造成的影响；(4)本专利技术系统中设置了回热器、换热器和液力回收装置等余能利用装置，可以有效回收利用余热、余压，减少系统能耗，提高运行效率。附图说明图1为本专利技术基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术的技术方案进一步阐述。如图1所示，本专利技术所述的基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统，所述系统1包括第一循环回路10、第二循环回路20以及第三循环回路30。第一循环回路10为系统1的气体循环回路，包括分解反应器101，分解反应器101的气体出口与膨胀机102的进口连接，膨胀机102的出口与回热器103的高温侧进口连接，回热器103的高温侧出口与第二循环回路20连接，分解反应器101内设置有低品位热源管路104，膨胀机102与发电机105轴连，分解反应器101混合气体出口处设置波形板106。分解反应器中的反应物在低品位热源管路104中通入的热源加热条件下分解反应产物为气体，生成的高温高压反应气体从分解反应器101的气体出口进入膨胀机102中，膨胀机102推动发电机105做功，随后低压排气通过回热器103进一步吸收热量后，进入第二循环回路20中。第二循环回路20为反应液循环回路，包括合成反应器201，合成反应器201的气体进口与回热器103的高温侧出口连接，经过回热器103换热的低压排气进入合成反应器201中，反应器201中溶液出口与加压泵202的进口连接，加压泵202的出口与回热器103的低温侧进口连接，回热器103的低温侧出口与换热器203的低温侧进口连接，换热器203的低温侧出口与分解反应器101的溶液进口连接，合成反应器201中设有冷却水管路204。第三循环回路30为传送液体循环回路，回路包含分解反应器101、换热器203以及液力透平301，具体连接关系为：分解反应器101的液体出口与换热器203的高温侧进口连接，换热器203高温侧出口与液力透平301进口连接，从分解反应器101的液体出口流出的传送液体经过换热器203，随后进入液力透平301，液力透平301将从分解反应器101流出的传送液体压力降至合成反应压力，经过降压的传送液体从液力透平301的液体出口进入合成反应器201，作为合成反应的反应体系溶液。本专利技术中还设置了电辅助驱动液力回收系统40，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统，其特征在于，所述系统(1)包括第一循环回路(10)、第二循环回路(20)以及第三循环回路(30)；所述第一循环回路(10)包括分解反应器(101)，所述分解反应器(101)的气体出口与膨胀机(102)的进口连接，所述膨胀机(102)的出口与回热器(103)的高温侧进口连接，所述分解反应器(101)内设置有低品位热源管路(104)，所述膨胀机(102)与发电机(105)轴连；所述第二循环回路(20)包括合成反应器(201)，所述合成反应器(201)的气体进口与所述回热器(103)的高温侧出口连接，所述合成反应器(201)溶液出口与加压泵(202)的进口连接，所述加压泵(202)的出口与回热器(103)的低温侧进口连接，所述回热器(103)的低温侧出口与换热器(203)的低温侧进口连接，所述换热器(203)的低温侧出口与所述分解反应器(101)的溶液进口连接，所述合成反应器(201)中设有冷却水管路(204)；所述第三循环回路(30)为传送液体从分解反应器(101)的液体出口流经换热器(203)进入液力透平(301)，反应液从液力透平(301)的液体出口进入合成反应器(201)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统，其特征在于，所述系统(1)包括第一循环回路(10)、第二循环回路(20)以及第三循环回路(30)；所述第一循环回路(10)包括分解反应器(101)，所述分解反应器(101)的气体出口与膨胀机(102)的进口连接，所述膨胀机(102)的出口与回热器(103)的高温侧进口连接，所述分解反应器(101)内设置有低品位热源管路(104)，所述膨胀机(102)与发电机(105)轴连；所述第二循环回路(20)包括合成反应器(201)，所述合成反应器(201)的气体进口与所述回热器(103)的高温侧出口连接，所述合成反应器(201)溶液出口与加压泵(202)的进口连接，所述加压泵(202)的出口与回热器(103)的低温侧进口连接，所述回热器(103)的低温侧出口与换热器(203)的低温侧进口连接，所述换热器(203)的低温侧出口与所述分解反应器(101)的溶液进口连接，所述合成反应器(201)中设有冷却水管路(204)；所述第三循环回路(30)为传送液体从分解反应器(101)的液体出口流经换热器(203)进入液力透平(301)，反应液从液力透平(301)的液体出口进入合成反应器(201)。2.根据权利要求1所述的基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统，其特征在于，所述加压泵(202)与液力透平(301)通过辅助电机(302)轴连。3.根据权利要求1所述的基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统，其特征在于，所述分解反应器(101)气体出口处设置波形板(106)。4.根据权利要求1所述的基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统，其特征在于，所述系统(1)中的反应物为可发生分解和合成可逆反应的物质，且分解反应至少包含一种气体产物。5.根据权利要求4所述的基于可逆化学反应的低品位热能驱动发电系统，其特征在于，所述反应物为氨基甲酸铵。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷勇高，戴苏洲，周杰，程晓琳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32