一種LNG冷能綜合利用系統技術方案

本實用新型專利技術涉及一種LNG冷能綜合利用系統，包括復合朗肯循環發電子系統、單工質朗肯循環發電子系統、制冰子系統和直接膨脹發電子系統，所述復合朗肯循環發電子系統包括LNG蒸發器，混合工質增壓泵，換熱器，混合工質蒸發器，混合工質過熱器，混合工質膨脹機，第一單工質增壓泵，第一單工質蒸發器，第一單工質過熱器和第一單工質膨脹機，所述單工質朗肯循環發電子系統包括第一NG過熱器，第二單工質增壓泵，第二單工質蒸發器，第二單工質過熱器和第二單工質膨脹機，所述直接膨脹發電子系統包括第二、第三、第四NG過熱器和NG膨脹機。本實用新型專利技術利用LNG?162℃到?10℃的冷量，實現LNG冷量的最充分綜合利用。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于低溫熱能回收利用領域，涉及一種基于LNG冷能利用的發電和制冰系統，尤其涉及一種LNG冷能綜合利用系統。
技術介紹
液化天然氣（LNG）是在低溫下以液態形式存在的天然氣（NG），其儲存溫度約在-160℃，較NG更加方便儲存與運輸，然而LNG通常需要重新汽化為NG才能獲得廣泛應用，LNG汽化時釋放的冷能大約為840kJ/kg，因此LNG蘊藏的冷能十分巨大，回收這部分冷能具有可觀的經濟和社會效益，反之，如果不回收利用，這部分冷能通常在LNG汽化器中被海水或空氣帶走，無形中造成了巨大的浪費，有鑒于此，國家發展與改革委員會早在2005年就提出了要研究LNG接收站的冷能綜合利用問題。我國的煤炭資源分布躲在西北、山西和內蒙古等邊遠省份，不僅加劇了運輸壓力，也增加了能源消耗和環境污染物排放總量，因此，LNG發電可以起到改變電能格局、減少環境污染、緩解電力峰谷差矛盾的作用，而在國外LNG發電的成功案例已有很多，作為LNG最大的進口國，日本早在1970年就在南橫濱電廠的1、2號350MW機組實現LNG發電，截止到1996年日本已經運行的LNG電廠共23座，燃用LNG的機組107臺，LNG已成為該國替代石油的最主要能源。LNG發電根據原理不同主要分為直接膨脹法、朗肯循環法、氣體動力循環法、燃氣-蒸汽聯合循環法等。朗肯循環法中要有效利用LNG的冷量，朗肯循環工質的選擇十分重要，朗肯循環工質通常為甲烷、乙烷、單工質等單組份，或者采用有機混合工質，由于LNG是多組分的混合物，其沸點范圍廣，采用合理的混合工質組分可以使LNG的汽化曲線與工作媒體的冷凝曲線盡可能保持一致，從而提高LNG汽化器的熱效率。LNG冷能除了可用于發電，還可用于空氣分離、輕烴回收、低溫粉碎、海水淡化、冷凍、干冰制造等領域。隨著冷能利用技術的不斷成熟，各種各樣的冷能利用方案已經被提出并實施，例如直接膨脹法發電、低溫朗肯循環法、直接膨脹法＋空分、梯級朗肯法、朗肯循環＋直接膨脹法、復合朗肯循環法等，其中公開號為CN103968640A的中國專利公開了一種利用天然氣壓差發電冷能的空氣分離系統，該系統采用直接膨脹法＋空分，利用天然氣的壓力火用使膨脹機發電，并將出膨脹機后的冷能用于空分；公開號為CN103075250A的中國專利公開了一種梯級利用液化天然氣冷能發電的方法，利用液化天然氣的低溫火用使朗肯循環中的膨脹機發電，并且NG段部分冷能提供給煙氣，使煙氣降溫后，進入膨脹機發電，降溫、降壓后繼續吸收LNG冷量實現朗肯循環，該方法采用兩個單獨的朗肯循環，至少需要兩臺加熱器和兩臺冷卻器；公開號為104373165A的中國專利公開了一種利用液化天然氣冷能發電的系統，該系統以天然氣、冷媒作工質設計了兩種介質的朗肯循環，逐級利用LNG冷能；公開號為103953405A的中國專利申請公開了一種利用有機朗肯循環的余熱發電系統，該系統利用溫度低于200℃的余熱進行發電；公開號為104018901A的中國專利公開了一種天然氣壓能冷能聯合發電系統，該系統采用直接膨脹法＋空氣或海水為熱源的朗肯循環進行聯合發電。由上可知，雖然液化天然氣的冷能利用方案很多，但是現有的方案一般會存在利用效率不高等問題，使得冷能不能得到充分有效的利用，仍然有不少冷能被白白浪費掉。經檢索發現，公開號為CN101806293A的中國專利公開了一種提高液化天然氣冷能發電效率的集成優化方法，LNG從朗肯循環發電系統中進入直接膨脹發電系統，其溫度為-43℃，然后直接被海水加熱，冷量浪費。該方法還包括冰水系統：將降溫后的冰水回水由冰水槽經泵輸送至液化天然氣接收站區域的建筑內，與空調送風和壓縮機機間冷卻器做熱交換，換熱后冰水回水溫度升高，然后返回至冷媒/冰水換熱器中，與高壓冷媒工質進行換熱，降溫后的冰水回水再返回回水槽。這樣制冰所需的冷量完全由朗肯循環中的工質所提供，當制冰市場需求減小后制冰循環就會停止，導致朗肯循環也不能正常工作。朗肯循環為混合工質的單循環，較混合工質朗肯循環復合單工質朗肯循環的發電效率低10～20%。公開號為104989473A的中國專利提供了一種發電系統以及基于該系統的發電方法，該方法僅利用LNG-162～-51℃的冷能及可能存在的壓力能，-51℃以上的冷能由于海水溫度的限制無法利用被海水帶走，同時該方法中提到第9物流的壓力溫度都隨海水溫度的不同發生變化，然而現有的膨脹機對介質壓力有嚴格要求，壓力的不停大幅波動，（0.5～2MPa）無法使膨脹機長期穩定運行，因此該方法未考慮不同工況下膨脹機的承受能力；另外在說明書第0030-0032段提到“海水換熱器3出口的NG溫度為28℃（第三物流Ⅲ）（隨季節變化，海水溫度不同）、壓力為10MPa…經丙烷工質泵10增壓至1.0MPa（第十二物流Ⅻ），增壓泵耗功40.32kW，進入海水汽化器11換熱蒸發為28℃的蒸汽”，在說明書第0037-0039段提到“海水換熱器3出口的NG溫度為5℃（第三物流Ⅲ）（隨季節變化，海水溫度不同）、壓力為10MPa…經丙烷工質泵10增壓至0.49MPa（第十二物流Ⅻ），增壓泵耗功21.75kW，進入海水汽化器11換熱蒸發為5℃的蒸汽”由此可知，壓力差變化大，膨脹機不能實現做功。
技術實現思路
為了克服現有現有技術存在的缺陷，本技術提出一種LNG冷能綜合利用系統，該系統包括直接膨脹發電、制冰及復合朗肯發電3個子系統，在充分提高LNG冷量利用率的同時，還能保證LNG汽化功能的穩定運行，不受制冰、發電功能的干擾，同時通過調整朗肯循環中部分參數的設定以實現系統中壓力值不隨海水溫度的變化而變化，導致進入膨脹機的工質恒壓，進而保證膨脹機正常穩定工作。本技術解決其技術問題的技術方案是：一種LNG冷能綜合利用系統，包括復合朗肯循環發電子系統、單工質朗肯循環發電子系統、制冰子系統和直接膨脹發電子系統，復合朗肯循環發電子系統包括LNG蒸發器，混合工質增壓泵，換熱器，混合工質蒸發器，混合工質過熱器，混合工質膨脹機，第一單工質增壓泵，第一單工質蒸發器，第一單工質過熱器和第一單工質膨脹機，LNG蒸發器包括第一殼體和布置在第一殼體內的第一換熱管，第一殼體具有LNG進口和第一NG出口，LNG進口與LNG儲罐相連通，所述第一換熱管具有第一混合工質入口和第一混合工質出口，第一混合工質入口經管道與混合工質膨脹機連通，第一混合工質出口經管道與混合工質增壓泵連通；換熱器包括第二殼體和布置在第二殼體內的第二換熱管，第二殼體具有第二混合工質入口和第二混合工質出口，第二混合工質入口經管道與混合工質增壓泵連通，第二換熱管具有第一單工質入口和第一單工質出口，第一單工質入口經管道與第一單工質膨脹機連通，第一單工質出口經管道與第一單工質增壓泵連接，第一單工質增壓泵依次經過第一單工質蒸發器、第一單工質過熱器與第一單工質膨脹機連接；混合工質蒸發器包括第三殼體和布置在第三殼體內的第三換熱管，第三殼體具有第三混合工質入口和第三混合工質出口，第三混合工質入口經管道與第二混合工質出口連通，第三混合工質出口經管道與混合工質過熱器連通，混合工質過熱器與混合工質膨脹機連接；單工質朗肯循環發電子系統包括第一NG過熱器，第二單工質增壓泵，第二單工質蒸發器，第二單工質過熱器和第二本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種LNG冷能綜合利用系統，其特征是，包括復合朗肯循環發電子系統、單工質朗肯循環發電子系統、制冰子系統和直接膨脹發電子系統，所述復合朗肯循環發電子系統包括LNG蒸發器（1），混合工質增壓泵（2），換熱器（3），混合工質蒸發器（4），混合工質過熱器（5），混合工質膨脹機（6），第一單工質增壓泵（7），第一單工質蒸發器（8），第一單工質過熱器（9）和第一單工質膨脹機（10），所述LNG蒸發器（1）包括第一殼體和布置在第一殼體內的第一換熱管，所述第一殼體具有LNG進口和第一NG出口，所述LNG進口與LNG儲罐相連通，所述第一換熱管具有第一混合工質入口和第一混合工質出口，所述第一混合工質入口經管道與混合工質膨脹機（6）連通，所述第一混合工質出口經管道與混合工質增壓泵（2）連通；所述換熱器（3）包括第二殼體和布置在第二殼體內的第二換熱管，所述第二殼體具有第二混合工質入口和第二混合工質出口，所述第二混合工質入口經管道與混合工質增壓泵（2）連通，所述第二換熱管具有第一單工質入口和第一單工質出口，所述第一單工質入口經管道與第一單工質膨脹機（10）連通，所述第一單工質出口經管道與第一單工質增壓泵（7）連接，所述第一單工質增壓泵（7）依次經過第一單工質蒸發器（8）、第一單工質過熱器（9）與第一單工質膨脹機（10）連接；所述混合工質蒸發器（4）包括第三殼體和布置在第三殼體內的第三換熱管，所述第三殼體具有第三混合工質入口和第三混合工質出口，所述第三混合工質入口經管道與第二混合工質出口連通，所述第三混合工質出口經管道與混合工質過熱器（5）連通，所述混合工質過熱器（5）與混合工質膨脹機（6）連接；所述單工質朗肯循環發電子系統包括第一NG過熱器（11），第二單工質增壓泵（12），第二單工質蒸發器（13），第二單工質過熱器（14）和第二單工質膨脹機（15），所述第一NG過熱器（11）包括第四殼體和布置在第四殼體內的第四換熱管，所述第四殼體具有第一NG進口和第二NG出口，所述第一NG進口經管道與第一NG出口連通，所述第四換熱管具有第二單工質入口和第二單工質出口，所述第二單工質入口經管道與第二單工質膨脹機（15）連通，所述第二單工質出口經管道與第二單工質增壓泵（12）連通，所述第二單工質增壓泵（12）依次經過第二單工質蒸發器（13）、第二單工質過熱器（14）與第二單工質膨脹機（15）連通；所述直接膨脹發電子系統包括第二NG過熱器（16），第三NG過熱器（17），NG膨脹機（18）和第四NG過熱器（19），所述第二NG過熱器（16）包括第五殼體和布置在第五殼體內的第五換熱管，所述第五殼體具有第二NG進口和第三NG?出口，所述第二NG進口與第二NG?出口連通，所述第三NG?出口經管道與第三NG過熱器（17）連通，所述第三NG過熱器（17）依次與NG膨脹機（18）、第四NG過熱器（19）連接，所述第四NG過熱器（19）連接天然氣管網；所述制冰子系統包括制冰單元（23），所述制冰單元（23）具有制冷劑入口和制冷劑出口，所述制冰單元（23）的制冷劑出口分別連接混合工質蒸發器（4）、第一單工質蒸發器（8）、第二單工質蒸發器（13）、第二NG過熱器（16）的制冷劑入口，所述制冰單元（23）的制冷劑入口分別連接混合工質蒸發器（4）、第一單工質蒸發器（8）、第二單工質蒸發器（13）、第二NG過熱器（16）的制冷劑出口。...

【技術特征摘要】
1.一種LNG冷能綜合利用系統，其特征是，包括復合朗肯循環發電子系統、單工質朗肯循環發電子系統、制冰子系統和直接膨脹發電子系統，所述復合朗肯循環發電子系統包括LNG蒸發器（1），混合工質增壓泵（2），換熱器（3），混合工質蒸發器（4），混合工質過熱器（5），混合工質膨脹機（6），第一單工質增壓泵（7），第一單工質蒸發器（8），第一單工質過熱器（9）和第一單工質膨脹機（10），所述LNG蒸發器（1）包括第一殼體和布置在第一殼體內的第一換熱管，所述第一殼體具有LNG進口和第一NG出口，所述LNG進口與LNG儲罐相連通，所述第一換熱管具有第一混合工質入口和第一混合工質出口，所述第一混合工質入口經管道與混合工質膨脹機（6）連通，所述第一混合工質出口經管道與混合工質增壓泵（2）連通；所述換熱器（3）包括第二殼體和布置在第二殼體內的第二換熱管，所述第二殼體具有第二混合工質入口和第二混合工質出口，所述第二混合工質入口經管道與混合工質增壓泵（2）連通，所述第二換熱管具有第一單工質入口和第一單工質出口，所述第一單工質入口經管道與第一單工質膨脹機（10）連通，所述第一單工質出口經管道與第一單工質增壓泵（7）連接，所述第一單工質增壓泵（7）依次經過第一單工質蒸發器（8）、第一單工質過熱器（9）與第一單工質膨脹機（10）連接；所述混合工質蒸發器（4）包括第三殼體和布置在第三殼體內的第三換熱管，所述第三殼體具有第三混合工質入口和第三混合工質出口，所述第三混合工質入口經管道與第二混合工質出口連通，所述第三混合工質出口經管道與混合工質過熱器（5）連通，所述混合工質過熱器（5）與混合工質膨脹機（6）連接；所述單工質朗肯循環發電子系統包括第一NG過熱器（11），第二單工質增壓泵（12），第二單工質蒸發器（13），第二單工質過熱器（14）和第二單工質膨脹機（15），所述第一NG過熱器（11）包括第四殼體和布置在第四殼體內的第四換熱管，所述第四殼體具有第一NG進口和第二NG出口，所述第一NG進口經管道與第一NG出口連通，所述第四換熱管具有第二單工質入口和第二單工質出口，所述第二單工質入口經管道與第二單工質膨脹機（15）連通，所述第二單工質出口經管道與第二單工質增壓泵（12）連通，所述第二單工...

【專利技術屬性】
技術研發人員：白劍，毛長鈞，胡燕華，
申請(專利權)人：航天晨光股份有限公司，
類型：新型
國別省市：江蘇;32