一种利用液化天然气燃烧的双作用热声发电系统

摘要

一种利用液化天然气燃烧的双作用热声发电系统，包括至少三组热声发电单元、预热系统及燃烧系统；每组热声发电单元的热声发动机的第一室温换热器上依次连接第一热缓冲管和冷端换热器，冷端换热器与该组热声发电单元的热声发动机的回热器相连；液化天然气从系统低温换热器吸热，将低温冷量传给系统冷端换热器，再通过预热换热器回收高温烟气携带的热量，完成预热后进入燃烧系统；液化天然气与燃料在燃烧室混合燃烧产生高温烟气，高温烟气与系统热端换热器换热，将热量传给热端换热器后进入预热换热器预热液化天然气；与传统单热源发电系统相比，其充分利用液化天然气冷能及燃烧烟气热能，提高能源利用率，同时热源温比的提高可大幅提高发电机性能。

主权项

一种利用液化天然气燃烧的双作用热声发电系统，其包括至少三组热声发电单元；所述至少三组热声发电单元的每组热声发电单元均由一个直线发电机101和一个热声发动机组成；所述直线发电机101由汽缸、置于汽缸内两端的压缩活塞111和膨胀活塞112、与所述压缩活塞111及膨胀活塞112相连的发电机动子113、绕制于发电机动子113外围的发电机定子线圈114和与所述发电机定子线圈114电连接的发电机负载115组成；热声发动机包括依次相连的第一室温换热器102、回热器105、热端换热器106、第二热缓冲管107、第二室温换热器108和连接管109；每组热声发电单元的直线发电机101的汽缸上端部与该组热声发电单元的热声发动机的第一室温换热器102通过管道相连通；该组热声发电单元的热声发动机的连接管109与下一组热声发电单元的直线发电机101的汽缸下端部相连通；首组热声发电单元的直线发电机101的汽缸下端部与末组热声发电单元的热声发动机的第二室温换热器108相连通；其特征在于，还包括燃烧系统和液化天然气及空气预热系统；所述至少三组热声发电单元的每组热声发电单元的热声发动机的第一室温换热器102上依次连接第一热缓冲管103和冷端换热器104，所述冷端换热器104与该组热声发电单元的热声发动机的回热器105相连；所述燃烧系统由燃烧室301、风机302、天然气泵206和烟气输出管道303组成；天然气经预热换热器204由天然气泵206输送到燃烧室301、空气由风机302输送入预热换热器204再进入燃烧室301，空气与天然气在燃烧室301进行燃烧；所述燃烧室301出口通过烟气输出管道303分别与每组热声发电单元的热声发动机的热端换热器106相连；所述液化天然气及空气预热系统由液态天然气存储罐201、液态天然气阀门202、液态天然气输出管道203、预热换热器204、天然气输入管道205、天然气输入管道阀门208、天然气外输管道207组成；液态天然气存储罐201通过液态天然气阀门202和液态天然气输出管道203分别与每组热声发电单元的热声发动机的冷端换热器104相连通；液态天然气存储罐201内的液氧将低温冷量传给冷端换热器104，自身吸热气化变成天然气由冷端换热器104流出；流出冷端换热器104的天然气一部分通过天然气外输管道207输给其他用户，另一部分经天然气输入管道阀门208进入预热换热器204与燃烧室301排放的烟气进行换热；常温下的空气经风机302输送入预 热换热器204；天然气与空气分别回收烟气的热量温度升高后从预热换热器204流出；从预热换热器204流出的高温天然气在天然气泵206的驱动下与从预热换热器204流出的高温空气一起进入燃烧室301进行燃烧；燃烧产生的高温烟气经烟气输出管道303分别进入每组热声发电系统的热声发动机的热端换热器106，将热量传递给热端换热器106；高温烟气从热端换热器106流出后进入预热换热器204，对低温天然气和常温空气进行预热；在上述流程中，每组热声发电系统的热声发动机的热端换热器106形成高温、冷端换热器104形成低温，这样在回热器105的两端形成温度梯度；当回热器105达到一定温度梯度时，利用液化天然气燃烧的双作用热声发电系统便自激起振，系统内产生压力波动、将热能转化成声功；经直线发电机101的压缩活塞111向热声发电系统的热声发动机反馈声功，该声功通过第一室温换热器102、第一热缓冲管103及冷端换热器104传递到回热器；在回热器105两端温度梯度的作用下，该声功被放大；放大流出回热器105的声功经热端换热器106、第二热缓冲管107、第二室温换热器108及连接管109传递到下一组的直线发电机101的膨胀活塞112，推动直线发电机101的膨胀活塞111运动，一方面使得永磁体113在线圈114内部运动，形成磁通量的变化，从而完成声功到电功的转化；另一方面也使得压缩活塞111运动，向下一组热声发动机反馈声功，依次传递形成循环，至少三组热声发电单元构成环路。