一種回收液化天然氣冷能的多級膨脹發電系統技術方案

一種回收液化天然氣冷能的多級膨脹發電系統，屬于LNG冷能發電領域。由LNG增壓泵、第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器和第一加熱器構成的LNG汽化升溫主回路；由第一工質泵、混合器、蒸發器、分離器、第一膨脹機、第一發電機和第一冷凝器構成第一膨脹發電系統；由第二工質泵、混合器、蒸發器、分離器、第二膨脹機、第二發電機和第二冷凝器構成第二膨脹發電系統；由第三工質泵、混合器、蒸發器、分離器、第三膨脹機、第三發電機和第三冷凝器構成第三膨脹發電系統，整個發電過程通過多級膨脹發電從而實現了LNG冷能的逐級利用，減少LNG冷能回收過程的有效能損失，提高了LNG冷能的發電效率。本發明專利技術可廣泛應用于LNG冷能發電領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于液化天然氣(LNG)冷能發電領域，特別涉及一種回收液化天然氣冷能的多級膨脹發電系統。
技術介紹
為滿足經濟和社會發展需要，優化能源結構，促進經濟和社會可持續發展，解決能源利用和生態環境保護的雙重問題，作為清潔的能源，液化天然氣(LNG)冷能的開發與應用越來越受到重視。隨著我國大量進口LNG，LNG攜帶大量的低溫冷能，其經濟價值已不能被忽視，如果不能有效地利用這部分冷能，將會造成巨大的能源浪費和環境危害。合理有效地利用LNG的高品位冷能，在獲得巨大的經濟效益的同時，可以減少LNG氣化過程中的環境污染。目前回收LNG冷能的諸多方法當中，由于LNG冷能發電系統，產業鏈很短，基本不受其它外界因素干擾，并且可以回收LNG大部分溫度段的冷能，而其它的冷能利用方式主要針對某區段溫度梯度的LNG部分冷能進行回收，因此，LNG冷能發電最具有實際可行性。CN103362579A公開了一種回收液化天然氣冷能的兩級膨脹發電裝置及方法，LNG經過LNG泵增壓后進入多股流低溫換熱器第一流道汽化升溫；高壓工質氣體進入第一級透平膨脹機膨脹做功，工質氣體分成兩部分，一部分進入板翅式多股流低溫換熱器的第二流道與LNG換熱后用泵加壓；另一部分經第二換熱器后進入第二級透平膨脹機膨脹，并在板翅式多股流低溫換熱器的第三流道冷凝為液體，用泵加壓后進入第四流道，然后與第一部分工質匯合，匯合后與冷媒換熱，再與環境換熱及/或吸收工業余熱后回到第一級透平膨脹機入口，完成循環。本專利技術通過回收LNG冷能及余熱進行發電，可以廣泛應用于利用液化天然氣冷能發電中。該系統存在的問題是只有一級循環，冷能回收換熱器溫差相對較大，有效能損失相對會大一些。CN106150579A公開了一種橫向兩級利用LNG跨臨界冷能朗肯循環發電系統，它包括兩個單級朗肯循環發電系統，第一單級朗肯循環系統包括蒸發器、汽輪機、冷凝器、工質泵、發電機以及發電工質；工質泵內工質進入蒸發器與海水換熱后變為氣態，進入汽輪機帶動發電機發電，發電工質在膨脹機做功后的乏汽進入冷凝器與臨界狀態的LNG進行熱量交換，冷凝器流出的發電工質經管道進入工質泵升壓后，重新進入蒸發器循環發電；第二單級朗肯循環系統結構與第一單級朗肯循環系統相同，且第二單級朗肯循環系統中冷凝器的冷源輸入端與第一單級朗肯循環系統中冷凝器的冷源輸出端連接構成串聯結構，第一單級朗肯循環系統中冷凝器輸出的LNG進入第二單級朗肯循環系統再次進行熱量交換。該系統雖然實現LNG冷能分段利用，提高LNG冷能發電效率，但獨立循環數目增加，控制難度相對增加。
技術實現思路
為了解決上述提到的一級循環系統，冷能回收換熱器溫差相對較大，LNG冷能不能充分利用以及橫向兩級發電系統，獨立循環數目增加，控制難度相對增加的問題。本專利技術的首要目的在于提供一種回收液化天然氣冷能的多級膨脹發電系統。該系統可以在不影響供氣需求的前提下，利用LNG的冷能獲得可觀的電能。解決了單級冷凝循環工質與LNG換熱溫差大的，實現了LNG冷能的逐級利用，減少LNG冷能回收過程的有效能損失，提高了LNG冷能的發電效率；該系統易于控制，避免了獨立循環回路多控制難的問題。本專利技術的技術方案：一種回收液化天然氣冷能的多級膨脹發電系統，由LNG增壓泵15、第一冷凝器16、第二冷凝器17、第三冷凝器18和第一加熱器19構成的LNG汽化升溫主回路，LNG增壓泵15依次與第一冷凝器16、第二冷凝器17、第三冷凝器18和第一加熱器19連接，使LNG完全汽化，與天然氣管網或用戶連接；由第一工質泵3、混合器6、蒸發器7、分離器8、第一膨脹機9、第一發電機12和第一冷凝器16構成第一膨脹發電系統，第一冷凝器16依次與第一工質泵3、混合器6、蒸發器7、分離器8和第一膨脹機9連接構成閉合回路，在閉合回路中充有循環工質；第一膨脹機9與第一發電機10連接，帶動第一發電機10發電，蒸發器7通過另一管路與第一海水泵1連接，與加壓后的海水進行換熱；由第二工質泵4、混合器6、蒸發器7、分離器8、第二膨脹機10、第二發電機13和第二冷凝器17構成第二膨脹發電系統，第二冷凝器17依次與第二工質泵4、混合器6、蒸發器7、分離器8和第二膨脹機10連接構成閉合回路，在閉合回路中充有循環工質，第二膨脹機10與第二發電機13連接，帶動第二發電機13發電；蒸發器7通過另一管路與第一海水泵1連接，與加壓后的海水進行換熱；由第三工質泵5、混合器6、蒸發器7、分離器8、第三膨脹機11、第三發電機14和第三冷凝器18構成第三膨脹發電系統，第三冷凝器18依次與第三工質泵5、混合器6、蒸發器7、分離器8和第三膨脹機11連接構成閉合回路，在閉合回路中充有循環工質，第三膨脹機11與第三發電機14連接，帶動第三發電機14發電，蒸發器7通過另一管路與第一海水泵1連接，與加壓后的海水進行換熱；由第一加熱器19與第二海水泵2連接構成再汽化單元。本專利技術的有益效果：1.本專利技術由于采用LNG冷能進行發電，在不影響供氣需求的前提下有效利用了LNG的高品位冷能，獲得可觀的電能，而且減少LNG在汽化過程中能源消耗，為節能減排、提高天然氣能源綜合利用效益做出貢獻。2.液化天然氣在汽化過程中會釋放冷量，這是一個變溫過程，本專利技術采用多級膨脹，使系統中循環工質與不同溫度段的冷能進行換熱，實現了LNG冷能的逐級利用，改善了系統的性能。3.本專利技術在工質選擇上具有靈活方便，可根據工程實際情況選擇合適的工質，從而提高循環工質與LNG換熱過程匹配度，降低換熱過程不可逆損失，提高了LNG冷能的發電效率。4.本專利技術的主要目的是利用LNG冷能發電，也可同時利用LNG冷能和余熱，適用性廣。5.本專利技術該系統易于控制，避免了獨立循環回路多控制難，使用方便，可廣泛應用于LNG冷能發電領域。綜上所述，本專利技術以海水作為熱源，丙烷作為工質，采用多級膨脹發電系統，可以獲得很高的發電效率，系統使用方便靈活性好。理論上，處理相同質量的LNG，當系統分別達到最優時，采用本專利技術的系統LNG冷能發電系統比現有LNG冷能朗肯循環發電系統凈輸出功提高了128.77％，熱效率提高了114.28％，可廣泛應用于LNG冷能發電系統。附圖說明圖1是現有技術中利用LNG冷能朗肯循環法發電示意圖。圖2是本專利技術回收液化天然氣冷能的多級膨脹發電系統的示意圖。圖中：1第一海水泵；2第二海水泵；3第一工質泵；4第二工質泵；5第三工質泵；6混合器；7蒸發器；8分離器；9第一膨脹機；10第二膨脹機；11第三膨脹機；12第一發電機；13第二發電機；14第三發電機；15LNG增壓泵；16第一冷凝器；17第二冷凝器；18第三冷凝器；19第一加熱器。具體實施方式以下結合附圖和技術方案，進一步說明本專利技術的具體實施方式。實施例1本實施例采用壓力為0.1MPa，溫度為-162℃的液化天然氣，處理量為3600kg/h，獲得所需壓力為70bar的天然氣，其摩爾組成為：甲烷91.33％，乙烷5.36％，丙烷2.14％，正丁烷0.47％，異丁烷0.46％，正戊烷0.01％，異戊烷0.01％，氮氣0.22％。循環過程所需的工質為丙烷，熱源為海水，壓力為0.1MPa，溫度為15℃。如圖1所示，現有技術中利用LNG冷能的朗肯循環法發電系統由第一海水泵1、第二海水泵2、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種回收液化天然氣冷能的多級膨脹發電系統，其特征在于，由LNG增壓泵(15)、第一冷凝器(16)、第二冷凝器(17)、第三冷凝器(18)和第一加熱器(19)構成的LNG汽化升溫主回路，LNG增壓泵(15)依次與第一冷凝器(16)、第二冷凝器(17)、第三冷凝器(18)和第一加熱器(19)連接，使LNG完全汽化，與天然氣管網或用戶連接；由第一工質泵(3)、混合器(6)、蒸發器(7)、分離器(8)、第一膨脹機(9)、第一發電機(12)和第一冷凝器(16)構成第一膨脹發電系統，第一冷凝器(16)依次與第一工質泵(3)、混合器(6)、蒸發器(7)、分離器(8)和第一膨脹機(9)連接構成閉合回路，在閉合回路中充有循環工質；第一膨脹機(9)與第一發電機(10)連接，帶動第一發電機(10)發電，蒸發器(7)通過另一管路與第一海水泵(1)連接，與加壓后的海水進行換熱；由第二工質泵(4)、混合器(6)、蒸發器(7)、分離器(8)、第二膨脹機(10)、第二發電機(13)和第二冷凝器(17)構成第二膨脹發電系統，第二冷凝器(17)依次與第二工質泵(4)、混合器(6)、蒸發器(7)、分離器(8)和第二膨脹機(10)連接構成閉合回路，在閉合回路中充有循環工質，第二膨脹機(10)與第二發電機(13)連接，帶動第二發電機(13)發電；蒸發器(7)通過另一管路與第一海水泵(1)連接，與加壓后的海水進行換熱；由第三工質泵(5)、混合器(6)、蒸發器(7)、分離器(8)、第三膨脹機(11)、第三發電機(14)和第三冷凝器(18)構成第三膨脹發電系統，第三冷凝器(18)依次與第三工質泵(5)、混合器(6)、蒸發器(7)、分離器(8)和第三膨脹機(11)連接構成閉合回路，在閉合回路中充有循環工質，第三膨脹機(11)與第三發電機(14)連接，帶動第三發電機(14)發電，蒸發器(7)通過另一管路與第一海水泵(1)連接，與加壓后的海水進行換熱；由第一加熱器(19)與第二海水泵(2)連接構成再汽化單元。...

【技術特征摘要】
1.一種回收液化天然氣冷能的多級膨脹發電系統，其特征在于，由LNG增壓泵(15)、第一冷凝器(16)、第二冷凝器(17)、第三冷凝器(18)和第一加熱器(19)構成的LNG汽化升溫主回路，LNG增壓泵(15)依次與第一冷凝器(16)、第二冷凝器(17)、第三冷凝器(18)和第一加熱器(19)連接，使LNG完全汽化，與天然氣管網或用戶連接；由第一工質泵(3)、混合器(6)、蒸發器(7)、分離器(8)、第一膨脹機(9)、第一發電機(12)和第一冷凝器(16)構成第一膨脹發電系統，第一冷凝器(16)依次與第一工質泵(3)、混合器(6)、蒸發器(7)、分離器(8)和第一膨脹機(9)連接構成閉合回路，在閉合回路中充有循環工質；第一膨脹機(9)與第一發電機(10)連接，帶動第一發電機(10)發電，蒸發器(7)通過另一管路與第一海水泵(1)連接，與加壓后的海水進行換熱；由第二工質泵(4)、混合器(6)、蒸發器(7)、分離器(8)、第二膨脹機(10)、第二發電機(13)和第二冷凝器(17)構成第二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鮑軍江，林巖，張瑞祥，賀高紅，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21