本发明涉及低温余热发电领域，尤其涉及一种基于二氧化碳基纳米混相高导磁流体的低温余热发电系统；具体涉及工业废热排放大的行业如水泥、钢铁、热电、陶瓷和有色金属等领域的低品味热源发电，也包括利用太阳能、地热能和海水热能等新能源发电。
背景技术：
目前，主流的发电方式为基于煤炭和天然气等化石燃料的火电，但化石燃料作为一种非可再生能源，终有耗尽的一天。目前，一种非常有前景的方案是利用低品位热源来发电。工业废热排放大的行业如水泥、钢铁、热电、陶瓷和有色金属等，这些行业不但是废热的排放大户，而且也是室温气体排放的主要行业。
目前我国能源形势严峻的根本原因在于用能效率低下。我国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.3％、美国的28.6％。我国工业用能中近60～65%的能源转化为余热资源。目前余热利用最多的国家是美国，它的利用率达60%，欧洲的利用率是50%，我们国家只有30%。就废热（余热）利用现状来看，我国还有很大的利用空间。目前国内工业企业的350℃以下的低温余热占余热总量的60%以上，因其利用价值较低，回收技术相对落后，回收率和回收价值低，且投资收回期长（6～7年）而被大多数企业放弃。
我国的水泥、钢铁和陶瓷等高耗能产业发展迅速，带动了高、中温余热发电的快速发展，已经形成了比较完备的产业，但低温余热发电则刚刚开始。随着世界范围内的能源紧缺，各国正致力于节能和减排，力争可持续地发展。基于能源紧缺的这样一个事实，低温余热利用的问题成了越来越重要的能源努力方向，各国都在加强这方面的投入和研究，希望获得更大和更多的收益。
目前，低温余热发电技术主要包括以下几种：
1、有机工质循环发电系统
有机工质循环发电系统是区别于传统的以水（蒸汽）为循环工质的发电系统，采用有机工质（如R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷和异丁烷等）作为循环工质的发电系统，由于有机工质在较低的温度下就能气化产生较高的压力，推动涡轮机（透平机）做功，故有机工质循环发电系统可以在烟气温度200℃左右，水温在80℃左右实现有利用价值的发电。这项技术在发达国家就是比较先进的应用技术，近年来我国有的企业通过引进吸收，也掌握了这项技术，也有较优秀的产品在国内外应用。
2、斯特林热气机循环发电系统
斯特林热气机循环发电系统是利用低温余热发电的废热回收装置，可回收100℃至300℃的废热，能达到20%的发电效率。从数据来看，其发电效率优于目前市场的低温蒸汽循环发电系统和有机工质发电系统的发电效率，该系统在100℃的废热条件下发电效率达7.3%，150℃的条件下发电效率达13.7%，200℃的条件下发电效率达18.4%，250℃的条件下发电效率达22.1%，300℃的条件下发电效率达25.0%。在这样的废热温度条件下能达到这样的发电效率是目前可以看到的最好的水平，达到了从低温热能转化为电能的先进的技术水平。在低温到中等温度（100～300℃）范围内，斯特林发动机是将低级别热能传化成机械或电力的最佳选择。
3、超临界二氧化碳循环发电系统
超临界二氧化碳发电系统是超临界二氧化碳液体为郎肯循环系统的工质，以二氧化碳透平专用涡轮机为核心技术的最新余热发电技术。此发电系统在余热发电方面有较宽泛的应用优势，各项技术指标都优于在用的水蒸汽浪肯循环系统和当前最先进的有机浪肯循环系统，特别是在发电效率和设备体积方面有着明显的优势。超临界二氧化碳热机是一种平台技术，效率可达30%。应用范围包括燃气轮机、固定式动力发电机组、工业废热回收、太阳能热量、地热和混合内燃机等的循环热能。当前，由于机械加工与密封等方面的技术限制，我国在超临界二氧化碳透平循环发电方面还处于试验研发阶段。
技术实现要素：
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种基于二氧化碳基纳米混相高导磁流体的低温余热发电系统；该系统能提高低温余热利用效率，回收利用更低温度范围内的工业废热，并直接将热能转化为电能，去除“热能-机械能-电能”能量转化模式的中间转化环节；该系统具备更高效的能量转化率，更低的低温余热利用范围，更简单紧凑的结构设计，除了能利用水泥、钢铁、热电、陶瓷和有色金属等领域的低品味热源发电，也能利用太阳能、地热能和海水热能等新能源发电。
本发明的目的是这样实现的：
本发明同以往低温余热发电明显不同，既不同于二氧化碳透平循环发电系统，也不同于一般磁流体发电装置。本发明结合了纳米技术、二氧化碳利用技术和磁流体技术，成功开发了二氧化碳基纳米高导磁流体，一方面能够利用超临界二氧化碳优良的传质传热物理特性，为低温余热发电装置提供优良热循环的工介；另一方面，纳米级磁流体与超临界的二氧化碳形成混相高导磁流体，在超临界二氧化碳热循环过程中推动纳米磁流体循环，利用磁流体流动过程切割磁感线圈从而产生感应电动势。该装置成功回避了对机械加工和密封要求高度依赖的透平膨胀机，一方面，直接将热能转化为电能，少了二氧化碳透平所需要经历的热能-机械能-电能这一过程，从而可以极大地提高热-电转化效率；另一方面，不需要复杂的透平膨胀机制造过程，而且磁流体发电安静、高效，结构简单，从而能够大大地提高环境适应性和经济性。
具体地说：
一、基于二氧化碳基纳米混相高导磁流体的低温余热发电系统（简称系统）
本系统包括阀门、低温余热吸热器、超临界二氧化碳流动导轨、磁流体发电装置、散热器、太阳能吸热装置、罐体、二氧化碳基纳米混相高导磁流体和太阳能；
其位置和连接关系是：
低温余热吸热器、超临界二氧化碳流动导轨、磁流体发电装置、散热器和太阳能吸热装置依次连接形成闭合整体；罐体通过阀门与超临界二氧化碳流动导轨相连通；
在罐体内封装有二氧化碳基纳米混相高导磁流体
太阳能吸热装置吸收太阳能。
二、二氧化碳基纳米混相高导磁流体及其制备方法
1、二氧化碳基纳米混相高导磁流体
二氧化碳基纳米混相高导磁流体的组分讲按质量百分比，超临界二氧化碳：纳米级金属磁流体：二氧化碳增稠剂：分散剂：稳定剂：油基液为40%：30%：5%：3%：2%：20%；
超临界二氧化碳设置初始压力为5-8MPa；
2、制备方法：
①材料混合
将纳米级金属磁流体、二氧化碳增稠剂、分散剂、稳定剂和油基液按照预定比例混合均匀，并存储在罐体7内；
②注入超临界的二氧化碳
注入超临界的二氧化碳至预定压力；
③混合流体
待混合均匀后即得二氧化碳基纳米混相高导磁流体。
本发明具有下列优点和积极效果：
①利用超临界的二氧化碳作为循环工介，其优异的物理特性使得该系统可回收利用的低温余热温度范围更低，发电效率更高；
②利用二氧化碳基纳米混相磁流体的发电方式，直接将热能转化为电能，同以往热能-机械能-电能的转化方式更加直接和高效；
③利用磁流体发电方式，结构简单，机械加工、密封等连接方便；
④设备运行安静、平稳，适合于对环境噪音控制严格的区域。
附图说明
图1是本系统的结构示意图；
图中：
1—阀门；
2—低温余热吸热器；
3—超临界二氧化碳流动导轨；
4—磁流体发电装置，
4-1—强磁体S极，4-2—强磁体N极，4-3—第1电极，4-4—第2电极，
4-5—导轨接头，4-6—磁感应线圈；
5—散热器；
6—太阳能吸热装置；
7—罐体；
A—二氧化碳基纳米混相高导磁流体；
B—太阳能。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明：
一、系统
1、总体
本系统包括阀门1、低温余热吸热器2、超临界二氧化碳流动导轨3、磁流体发电装置4、散热器5、太阳能吸热装置6、罐体7、二氧化碳基纳米混相高导磁流体A和太阳能B；
其位置和连接关系是：
低温余热吸热器2、超临界二氧化碳流动导轨3、磁流体发电装置4、散热器5和太阳能吸热装置6依次连接形成闭合整体；罐体7通过阀门1与超临界二氧化碳流动导轨3相连通；
在罐体7内封装有二氧化碳基纳米混相高导磁流体A
太阳能吸热装置6吸收太阳能B。
2、功能部件
1）阀门1
阀门1是一种常用的高压阀门；
其功能是控制二氧化碳基纳米高导磁流体罐体7与超临界二氧化碳流动导轨3的连通状态。
2）低温余热吸热器2
低温余热吸热器2是一种铜制导热器件，用来吸收和传导热源的热量；
其功能是将外界低温余热传导给内部超临界二氧化碳基纳米混相高导磁流体。
3）超临界二氧化碳流动导轨3
超临界二氧化碳导轨3是一种由不锈钢材质或者铝合金材质制作而成的耐高压管道；
其功能是封装并导流高压超临界二氧化碳混相高导磁流体。
4）磁流体发电装置4
磁流体发电装置4包括强磁体S极4-1、强磁体N极4-2、第1电极4-3、第2电极4-4、导轨接头4-5和磁感应线圈4-6；
其位置和连接关系是：
在互相平行的强磁体S极4-1和强磁体N极4-2之间设置有磁感应线圈4-6；
在磁感应线圈4-6的两端分别连接有第1电极4-3和第2电极4-4；
导轨接头4-5连接于超临界二氧化碳导轨3与磁感应线圈4-6之间。
其功能是将高速流动的超临界二氧化碳纳米混相高导磁流体内能经过切割磁感应线圈4-6而转化为电能输出。
*强磁体S极4-1、强磁体N极4-2
强磁体S极4-1、强磁体N极4-2是一种强磁铁，用来产生强磁场；
*第1电极4-3、第2电极4-4
第1电极4-3、第2电极4-4由铜片组成；
其功能是作为电极，收集感应电动势。
*导轨接头4-5
导轨接头4-5是一种连接头；其功能是将磁流体发电装置4与超临界二氧化碳导轨3连接起来。
*磁感线圈4-6
磁感线圈4-6是由细铜丝组成的螺旋机构；
其功能是切割磁感线，产生感应电动势。
5）散热器5
散热器5是一种铜制导热器件，用来向低温环境释放热量；
其功能是将高速流动的高温超临界二氧化碳混相流体的多余热量进一步地向低温环境释放，从而进一步地降低自身温度和压力。
6）太阳能吸热装置6
太阳能吸收装置6是一种用来吸收太阳能的吸热材料；
其功能是吸收太阳能，从而使得其温度升高，并将高温传导给超临界二氧化碳。
7）罐体7
罐体7是一种耐高压不锈钢密封罐体；
其功能是封装二氧化碳基纳米混相高导磁流体A。
二、本系统的使用方法
①将封装二氧化碳基纳米混相高导磁流体A的罐体7经过阀门1和低温余热吸热器2连接到超临界二氧化碳导轨3，打开阀门1，向罐体7注入二氧化碳基纳米混相高导磁流体A，直至预定压力，关闭阀门1；
②将外界低温余热同吸热器2连接，或者将太阳能B经太阳能吸收装置6回收；
③将散热器5同外界低温环境连通，从而将多余热量通过散热器5向外界放热；
④在磁流体发电装置4形成感应电动势，将电能直接利用或者和电能存储器连接，存储电能。
三、本系统的工作原理
将预先制备好的二氧化碳基纳米混相高导磁流体A注入超临界二氧化碳导轨3，二氧化碳基纳米混相高导磁流体A经过低温余热吸热器2或者太阳能吸收装置6后，温度升高，从而使得超临界的二氧化碳压力急剧升高并膨胀，同经过散热器5而冷凝的超临界的二氧化碳形成压力差，超临界的二氧化碳快速流动通过磁流体发电装置4，在流动过程中纳米级高导磁流体在外加强磁场的作用下汇聚并形成磁力线，并在超临界的二氧化碳推动力作用下切割磁感应线圈4-6，从而在电极4-3和电极4-4之间形成感应电动势。