【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于液化天然氣冷能直接利用領域，具體涉及一種利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統及其發電方法。
技術介紹
1、液化天然氣(liquefied?natural?gas,lng)在-162℃下運輸、儲存，使用前需將低溫lng氣化為常溫天然氣(natural?gas,ng)，氣化過程釋放約830kj/kg冷量。現階段，我國大型lng接收站無一例外采用開架式海水氣化器(open?rack?vaporizer，orv)利用海水作為熱源氣化lng，在lng氣化過程中釋放大量冷能對周邊海洋生態環境帶來的危害已引起社會關注。同時，天然氣作為達成我國“碳達峰、碳中和”雙碳目標的中繼能源，在未來的數十年內具有難以替代的地位。我國天然氣需求保持增長勢頭，目前國內自產氣和進口管道氣供應無法滿足下游需求，只能大幅增加lng現貨進口。2021年我國lng進口量約為7893萬噸，按50％?lng冷能回收利用計算，2021年我國lng冷能可利用量約80億kwh。如將lng冷能有效回收，能夠達到節能環保的效果，同時可以取得良好的經濟效益和社會效益。
2、冷能發電是lng冷能直接利用的一種方式，該方法發出的電可直接供接收站或周邊企業使用，與其他冷能利用方法相比無原料限制，無產品銷售壓力，是一種經濟、高效、環保的能量回收方式。大型lng接收站冷量巨大，要根據lng用途制定不同的發電方案。用作長輸管道燃氣的lng氣化壓力高，可利用低溫朗肯循環在lng氣化階段回收冷量，在城市調壓站調壓時回收壓力。直接供給電廠發電的氣化壓力較低，可以在氣化階段使用
3、中國專利技術專利(申請號201210445501.1)公開了一種梯級利用液化天然氣冷能發電的方法，該方法包括天然氣介質朗肯循環和冷媒介質朗肯循環兩個部分。其中天然氣介質朗肯循環又包括天然氣介質吸收冷能液化和膨脹做功等步驟。中國專利技術專利(申請號202011567411.0)公開了一種有機朗肯循環和布雷頓循環相結合的冷能發電方式，該方法將燃氣輪機出口煙氣再作為超臨界co2再壓縮布雷頓循環的熱源，實現bog和lng冷能的高效互補利用，提高了發電系統的熱效率和發電效率。中國專利技術專利(申請號202022482601.4)公開了一種包含輔熱單元的冷能發電方法，該方法通過輔熱單元對復熱介質進行加熱，彌補了冬季復熱介質溫度偏低時對復熱效果影響，該方法降低了部環境因素對發電系統的影響。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于結合我國接收站工作特點，提供一種利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統及其發電方法。本專利技術主要工作原理為低溫工質通過朗肯循環對外做功，與常見的高溫蒸汽朗肯循環相比，本專利技術用lng作為朗肯循環的低溫端，海水作為朗肯循環的高溫端。本專利技術所述的發電系統，利用有機朗肯循環對外做功，三段法發電綜合回收lng氣化時釋放冷能，經測算本專利技術所述系統及方法每噸lng發電42kwh。
2、本專利技術的實現過程如下：
3、一種利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統，包括主換熱器、朗肯循環冷媒增壓泵、ng調溫器、①號換熱器、②號換熱器、③號換熱器、①號朗肯循環透平、②號朗肯循環透平、②號朗肯循環透平和發電機；來自接收站的lng通過管道與主換熱器的第一通道連接，主換熱器的第一通道與ng調溫器，lng在主換熱器氣化為氣體，經調溫器調溫進入管網外輸去用戶；③號朗肯循環透平與主換熱器的第二通道通過管道連接，主換熱器的第二通道與冷媒增壓泵通過冷媒管道連接，冷媒增壓泵與主換熱器的第三通道通過冷媒管道連接，主換熱器的第三通道與①號換熱器通過冷媒管道連接，①號換熱器與①號透平通過冷媒管道連接，①號透平與②號換熱器通過冷媒管道連接，②號換熱器與③號透平通過冷媒管道連接，①號透平、②號透平、③號透平做功帶動同軸發電機發電。
4、進一步，所述主換熱器采用多通道高壓板翅式換熱器，可以實現多股物流同時高效換熱；所述冷媒增壓泵采用潛液泵。
5、進一步，所述①號換熱器、②號換熱器、③號換熱器均采用開架式氣化器。
6、進一步，所述①號透平、②號透平、③號透平均采用同軸向心透平膨脹機。
7、進一步，所述發電機采用同步發電機，與①號透平、②號透平、③號透平同軸。
8、進一步，發電系統的冷媒選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質。
9、上述利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統的發電方法，包括如下步驟：
10、(1)常壓低溫儲存的lng經高壓泵升壓，升壓后的lng通過管道進入主換熱器的第一通道，在主換熱器中與主換熱器的第二通道中氣態冷媒換熱，換熱后的lng轉化為ng，通過管道進入ng調溫器，復溫至0℃以上，進入管網外輸去用戶；
11、(2)氣態冷媒在主換熱器的第二通道中與第一通道的lng換熱冷凝成液態冷媒；
12、(3)液態冷媒通過管道進入冷媒增壓泵進行加壓，壓力升高后的液態冷媒進入主換熱器的第三通道，與主換熱器第二通道中氣態冷媒換熱后，少量冷媒氣化；
13、(4)完成步驟(3)后，冷媒通過管道進入①號換熱器進行換熱，該步驟冷媒全部氣化，溫度升高；
14、(5)升溫后的氣態冷媒通過管道進入①號透平進行第一次膨脹做功，做功后的氣態冷媒溫度降低；
15、(6)第一次膨脹做功后的氣態冷媒通過管道進入②號換熱器進行換熱復溫；
16、(7)復溫后的氣態冷媒通過管道進入②號透平進行第二次膨脹做功；
17、(8)第二次膨脹做功后的氣態冷媒通過管道進入③號換熱器進行換熱復溫；
18、(9)復溫后的氣態冷媒通過管道進入③號透平進行第三次膨脹做功；
19、(10)第三次膨脹做功后的氣態冷媒通過管道進入主換熱器的第二通道，形成冷媒循環過程；
20、(11)①號透平、②號透平和③號透平對外輸出動力，帶動同軸發電機發電，實現將lng冷能轉化為電能，發電機產生的電能可接入接收站電氣母線供接收站使用。
21、進一步，步驟(1)中高段熱源選用海水也可選用浸沒式燃燒氣化器。步驟(4)(6)(8)中高段熱源選用海水做低溫朗肯循環高溫段熱源，也可選用工業廢熱如熱排水、廢蒸氣或采用浸沒式燃燒氣化器等做高段熱源，提高系統發電效率。
22、進一步，步驟(3)中壓力升高后的液態冷媒的壓力為22bar；第一次膨脹做功后的氣態冷媒的壓力為16bar；第二次膨脹做功后的氣態冷媒的壓力為10bar，第三次膨脹做功后的氣態冷媒的壓力為4bar。
23、進一步，氣態冷媒或液態冷媒選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質，摩爾百分比分別為32％、28％、40％。
24、本專利技術的積極效果：
25、(1)本專利技術所述系統及方法選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質做冷能冷本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統，其特征在于：包括主換熱器(H001)、朗肯循環冷媒增壓泵(P101)、NG調溫器(H201)、①號換熱器(H101)、②號換熱器(H102)、③號換熱器(H103)、①號朗肯循環透平(T101)、②號朗肯循環透平(T102)、②號朗肯循環透平(T102)和發電機(W101)；來自接收站的LNG通過管道與主換熱器(H001)的第一通道連接，主換熱器(H001)的第一通道與NG調溫器(H201)，LNG在主換熱器氣化為氣體，經調溫器調溫進入管網外輸去用戶；③號朗肯循環透平(T103)與主換熱器(H101)的第二通道通過管道連接，主換熱器(H001)的第二通道與冷媒增壓泵(P101)通過冷媒管道連接，冷媒增壓泵(P101)與主換熱器(H001)的第三通道通過冷媒管道連接，主換熱器(H001)的第三通道與①號換熱器(H101)通過冷媒管道連接，①號換熱器(H101)與①號透平(T101)通過冷媒管道連接，①號透平(T102)與②號換熱器(H102)通過冷媒管道連接，②號換熱器(H203)與③號透平(T103)通過冷媒管道連接，①號透平(T1
2.根據權利要求1所述利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統，其特征在于：所述主換熱器(H001)采用多通道高壓板翅式換熱器，可以實現多股物流同時高效換熱；所述冷媒增壓泵(P101)采用潛液泵。
3.根據權利要求1所述利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統，其特征在于：所述①號換熱器(H101)、②號換熱器(H102)、③號換熱器(H103)均采用開架式氣化器。
4.根據權利要求1所述利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統，其特征在于：所述①號透平(T101)、②號透平(T102)、③號透平(T103)均采用同軸向心透平膨脹機。
5.根據權利要求1所述利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統，其特征在于：所述發電機(W101)采用同步發電機，與①號透平(T101)、②號透平(T102)、③號透平(T103)同軸。
6.根據權利要求1所述利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統，其特征在于：發電系統的冷媒選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質。
7.利用權利要求1至6任意之一所述利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統的發電方法，其特征在于，包括如下步驟：
8.根據權利要求7所述發電方法，其特征在于：步驟(1)中高段熱源選用海水也可選用浸沒式燃燒氣化器，步驟(4)(6)(8)中高段熱源選用海水做低溫朗肯循環高溫段熱源，也可選用工業廢熱如熱排水、廢蒸氣或采用浸沒式燃燒氣化器等做高段熱源，提高系統發電效率。
9.根據權利要求7所述發電方法，其特征在于：步驟(3)中壓力升高后的液態冷媒的壓力為22bar；第一次膨脹做功后的氣態冷媒的壓力為16bar；第二次膨脹做功后的氣態冷媒的壓力為10bar，第三次膨脹做功后的氣態冷媒的壓力為4bar。
10.根據權利要求7所述發電方法，其特征在于：氣態冷媒或液態冷媒選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質，摩爾百分比分別為32％、28％、40％。
...【技術特征摘要】
1.一種利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統，其特征在于：包括主換熱器(h001)、朗肯循環冷媒增壓泵(p101)、ng調溫器(h201)、①號換熱器(h101)、②號換熱器(h102)、③號換熱器(h103)、①號朗肯循環透平(t101)、②號朗肯循環透平(t102)、②號朗肯循環透平(t102)和發電機(w101)；來自接收站的lng通過管道與主換熱器(h001)的第一通道連接，主換熱器(h001)的第一通道與ng調溫器(h201)，lng在主換熱器氣化為氣體，經調溫器調溫進入管網外輸去用戶；③號朗肯循環透平(t103)與主換熱器(h101)的第二通道通過管道連接，主換熱器(h001)的第二通道與冷媒增壓泵(p101)通過冷媒管道連接，冷媒增壓泵(p101)與主換熱器(h001)的第三通道通過冷媒管道連接，主換熱器(h001)的第三通道與①號換熱器(h101)通過冷媒管道連接，①號換熱器(h101)與①號透平(t101)通過冷媒管道連接，①號透平(t102)與②號換熱器(h102)通過冷媒管道連接，②號換熱器(h203)與③號透平(t103)通過冷媒管道連接，①號透平(t101)、②號透平(t102)、③號透平(t103)做功帶動同軸發電機(w101)發電。
2.根據權利要求1所述利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統，其特征在于：所述主換熱器(h001)采用多通道高壓板翅式換熱器，可以實現多股物流同時高效換熱；所述冷媒增壓泵(p101)采用潛液泵。
3.根據權利要求1所述利用有機朗肯循環進行高效冷能發電的系統，其特征在于：所述①號換熱...
【專利技術屬性】
技術研發人員：靳小靜，陳燕舞，劉鋒，陳龍文，林乙龍，左奇，龍慶武，
申請(專利權)人：順德職業技術學院，
類型：發明
國別省市：
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