一种利用液化天然气冷能的两级冷凝朗肯循环发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用液化天然气冷能的两级冷凝朗肯循环发电系统，属于液化天然气冷能发电领域。该系统包括一级冷凝循环系统的第一膨胀机、第一发电机、第一冷凝器、第一工质泵，二级冷凝循环的第二膨胀机、第二发电机、第二冷凝器、第二工质泵，以及混合器、蒸发器、分离器、第一海水泵、第二海水泵和第一加热器。整个发电过程包括一级冷凝朗肯循环发电和二级冷凝朗肯循环发电两个部分，实现了LNG冷能的逐级利用，减少LNG冷能回收过程的有效能损失，提高了LNG冷能的发电效率。本发明专利技术可广泛应用于LNG冷能发电领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液化天然气(LNG)冷能发电领域，特别涉及一种利用液化天然气冷能的两级冷凝朗肯循环发电系统。
技术介绍
液化天然气(LNG)作为21世纪主要的能源之一，使用前需将其汽化，在其汽化过程中会释放出大量的冷能，其值约为830-860kJ/kg。LNG冷能是一种优质的清洁能源，若LNG具有的冷能以100％的效率转化为电能，那么1tLNG的冷能相当于240kW·h的电能。在传统的汽化工艺中，LNG携带的冷量被海水或空气带走，造成了能源的极度浪费，同时使得附近海域或站区环境受到严重的冷污染。由此可见，有效的回收利用LNG高品位冷能对能源的充分利用和缓解能源紧张局面而且具有可观的经济效益和社会效益。目前，关于利用LNG冷能发电的技术主要有：利用LNG压力能的直接膨胀法、利用LNG冷能的朗肯循环法以及综合这两种技术的联合法。1.直接膨胀法直接膨胀法是利用LNG的压力能发电的一种方式。储罐中常压的LNG经泵加压至管网输送压力，再蒸发器加热汽化后利用高压天然气直接驱动透平膨胀机，带动发电机发电。蒸发器热源可采用海水，也可使用其他热源。2.冷媒朗肯循环法冷媒朗肯循环法是利用LNG冷能发电的一种方式，其过程是LNG通过冷凝器把冷量转化到某一冷媒上，利用LNG与环境之间的温度差，推动冷媒进行蒸汽动力循环，从而对外做功发电。其中朗肯循环法发电存在单工质朗肯循环系统、混合工质的朗肯循环系统，通常以低沸点的乙烷、丙烷或者多组分烃类的混合物为工质，以海水为热源，以LNG为冷源，进行有机工质朗肯循环发电。3.联合法联合法综合了直接膨胀法与朗肯循环法。LNG首先被提升压力，然后通过冷凝器将冷量释放给冷媒，推动冷媒进行朗肯循环对外做功，汽化的天然气再通过透平膨胀做功。存在如下问题：直接膨胀法利用了高压天然气直接膨胀发电，但对于LNG接收站要求汽化后的天然气可以直接进入高压天然气官网，压力在6-10MPa左右，因此为了保证进气压力，直接膨胀法效率不高、发电功率低。对于中间热载体的朗肯循环和联合法中，由于LNG汽化过程温度跨度较大，冷热流换热温差过大，很难用单级冷凝的方式高效地回收LNG的冷能，换热过程有效能损失较大，这是一直困扰LNG冷能发电大规模推广的主要因素。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种利用液化天然气冷能的两级冷凝朗肯循环发电系统。该系统可以在不影响供气需求的前提下，利用LNG的冷能获得可观的电能。本专利技术是在现有的冷媒的朗肯循环发电技术之上进行改进，实现了LNG冷能的逐级利用，减少LNG冷能回收过程的有效能损失，提高了LNG冷能的发电效率。本专利技术的技术方案：一种利用液化天然气冷能的两级冷凝朗肯循环发电系统，包括一级冷凝循环系统的第一膨胀机、第一发电机、第一冷凝器、第一工质泵，二级冷凝循环的第二膨胀机、第二发电机、第二冷凝器、第二工质泵，以及混合器、蒸发器、分离器、第一海水泵、第二海水泵和第一加热器。LNG经过LNG增压泵加压后，进入一级冷凝循环的第一冷凝器，与第一膨胀机做功后的循环工质进行换热；换热后进入二级冷凝循环的第二冷凝器，与第二膨胀机做功后的循环工质进行换热；换热后进入第一加热器，与经第二海水泵加压的海水进行换热，完成LNG汽化过程，变为天然气NG；第一冷凝器冷凝后的循环工质进入第一工质泵加压，第二冷凝器冷凝后的循环工质进入第二工质泵加压；第一工质泵加压后的循环工质与第二工质泵加压后的循环工质进入混合器混合；经混合器混合后的循环工质与经第一海水泵加压的海水在蒸发器内进行换热；经蒸发器换热后的循环工质进入分离器分离；经分离器分离后的循环工质分别进入第一膨胀机和第二膨胀机，分别带动第一发电机和第二发电机发电；最后经第一膨胀机和第二膨胀机做功后的工质分别进入第一冷凝器和第二冷凝器与LNG换热完成整个循环。本专利技术的有益效果：1.本专利技术由于采用LNG冷能进行发电，在不影响供气需求的前提下有效利用了LNG的高品位冷能，获得可观的电能。2.液化天然气在汽化过程中会释放冷量，这是一个变温过程，如果采用单级冷凝，则工质只能在一个恒定温度下吸收冷量，其换热温差较大，本专利技术采用两级冷凝系统，加压后的液化天然气依次经过一级冷凝循环发电系统和二级冷凝循环发电系统，实现了LNG冷能的逐级利用，改善了系统的性能，提高了LNG冷能的发电效率。3.本专利技术采用丙烷作为工质，也可采的用混合工质，可根据工程实际情况选择合适的工质，因而在工质选择上具有灵活方便等优点。4.本专利技术的主要目的是利用LNG冷能发电，如果有合适的工业余热，可以在工质汽化后，利用工业余热对工质进一步加热，提高工质进入膨胀机的温度，产生更多电能，进一步提高循环效率，因此本专利技术也可同时利用LNG冷能和工业余热，适用性广。综上所述，本专利技术以海水作为热源，丙烷作为工质，采用两级冷凝系统，可以获得很高的发电效率，系统使用方便灵活性好。理论上，采用本专利技术的系统，LNG冷能发电效率比常规LNG冷能联合法发电的热效率提高63.47％左右，可广泛应用于LNG冷能发电系统。附图说明图1是现有技术中利用LNG冷能直接膨胀法发电示意图。图2是现有技术中利用LNG冷能朗肯循环法发电示意图。图3是现有技术中利用LNG冷能联合法发电示意图。图4是本专利技术利用LNG冷能的两级冷凝朗肯循环发电系统的示意图。图中：1第一海水泵；2第二海水泵；3第三海水泵；4LNG增压泵；5第一工质泵；6第二工质泵；7蒸发器；8第一加热器；9第二加热器；10第一冷凝器；11第二冷凝器；12第一膨胀机；13第一发电机；14第二膨胀机；15第二发电机；16混合器；17分离器。具体实施方式以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。实施例1本实施例采用压力为0.1MPa，温度为-162℃的液化天然气，处理量为3600kg/h，其摩尔组成为：甲烷91.33％，乙烷5.36％，丙烷2.14％，正丁烷0.47％，异丁烷0.46％，正戊烷0.01％，异戊烷0.01％，氮气0.22％。循环过程所需的工质为丙烷，热源为海水，压力为0.1MPa，温度为15℃。如图1所示，现有技术中利用LNG冷能直接膨胀法发电系统由第一海水泵1、第二海水泵2、LNG增压泵4、蒸发器7、第一加热器8、第一膨胀机12、第一发电机13组成。具体工艺步骤和工艺条件如下：原料液LNG3600kg/h通过LNG增压4泵将压力提高到14.2MPa，温度由-162℃变为-155.5℃，LNG增压泵4消耗功率为38.45KW。加压后的LNG进入蒸发器7，与经第一海水泵1加压后的海水(压力为0.3MPa，温度为15.01℃，第一海水泵1消耗功率为3.81KW)进行换热，LNG完全汽化，温度升高到13℃，压力不变(14.2MPa)，完全汽化的LNG进入第一膨胀机12做功，带动第一发电机13发电，NG的压力降至6MPa，温度降低至-37.11℃，发电功率为54.26KW。做功后的低压NG经第一加热器8与经第二海水泵2加压后的海水(压力为0.3MPa，温度变为15.01℃，第二海水泵2消耗功率为1.76KW)换热，使NG温度达到10℃，压力不变(6MPa)，最后进入输送管网。经计算在此过程中净输出功为10.24KW，热效率为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用液化天然气冷能的两级冷凝朗肯循环发电系统，其特征在于，该两级冷凝朗肯循环发电系统包括一级冷凝循环系统的第一膨胀机、第一发电机、第一冷凝器、第一工质泵，二级冷凝循环的第二膨胀机、第二发电机、第二冷凝器、第二工质泵，以及混合器、蒸发器、分离器、第一海水泵、第二海水泵和第一加热器；LNG经过LNG增压泵加压后，进入一级冷凝循环的第一冷凝器，与第一膨胀机做功后的循环工质进行换热；换热后进入二级冷凝循环的第二冷凝器，与第二膨胀机做功后的循环工质进行换热；换热后进入第一加热器，与经第二海水泵加压的海水进行换热，完成LNG汽化过程，变为天然气NG；第一冷凝器冷凝后的循环工质进入第一工质泵加压，第二冷凝器冷凝后的循环工质进入第二工质泵加压；第一工质泵加压后的循环工质与第二工质泵加压后的循环工质进入混合器混合；经混合器混合后的循环工质与经第一海水泵加压的海水在蒸发器内进行换热；经蒸发器换热后的循环工质进入分离器分离；经分离器分离后的循环工质分别进入第一膨胀机和第二膨胀机，分别带动第一发电机和第二发电机发电；最后经第一膨胀机和第二膨胀机做功后的工质分别进入第一冷凝器和第二冷凝器与LNG换热完成整个循环。...

【技术特征摘要】
1.一种利用液化天然气冷能的两级冷凝朗肯循环发电系统，其特征在于，该两级冷凝朗肯循环发电系统包括一级冷凝循环系统的第一膨胀机、第一发电机、第一冷凝器、第一工质泵，二级冷凝循环的第二膨胀机、第二发电机、第二冷凝器、第二工质泵，以及混合器、蒸发器、分离器、第一海水泵、第二海水泵和第一加热器；LNG经过LNG增压泵加压后，进入一级冷凝循环的第一冷凝器，与第一膨胀机做功后的循环工质进行换热；换热后进入二级冷凝循环的第二冷凝器，与第二膨胀机做功后的循环工质进行换热；换热后进入第一加热器，与经第二海水泵加压的海...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍军江，林岩，贺高红，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21