一种LNG冷能综合利用系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种LNG冷能综合利用系统，包括复合朗肯循环发电子系统、单工质朗肯循环发电子系统、制冰子系统和直接膨胀发电子系统，所述复合朗肯循环发电子系统包括LNG蒸发器，混合工质增压泵，换热器，混合工质蒸发器，混合工质过热器，混合工质膨胀机，第一单工质增压泵，第一单工质蒸发器，第一单工质过热器和第一单工质膨胀机，所述单工质朗肯循环发电子系统包括第一NG过热器，第二单工质增压泵，第二单工质蒸发器，第二单工质过热器和第二单工质膨胀机，所述直接膨胀发电子系统包括第二、第三、第四NG过热器和NG膨胀机。本实用新型专利技术利用LNG‑162℃到‑10℃的冷量，实现LNG冷量的最充分综合利用。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于低温热能回收利用领域，涉及一种基于LNG冷能利用的发电和制冰系统，尤其涉及一种LNG冷能综合利用系统。
技术介绍
液化天然气（LNG）是在低温下以液态形式存在的天然气（NG），其储存温度约在-160℃，较NG更加方便储存与运输，然而LNG通常需要重新汽化为NG才能获得广泛应用，LNG汽化时释放的冷能大约为840kJ/kg，因此LNG蕴藏的冷能十分巨大，回收这部分冷能具有可观的经济和社会效益，反之，如果不回收利用，这部分冷能通常在LNG汽化器中被海水或空气带走，无形中造成了巨大的浪费，有鉴于此，国家发展与改革委员会早在2005年就提出了要研究LNG接收站的冷能综合利用问题。我国的煤炭资源分布躲在西北、山西和内蒙古等边远省份，不仅加剧了运输压力，也增加了能源消耗和环境污染物排放总量，因此，LNG发电可以起到改变电能格局、减少环境污染、缓解电力峰谷差矛盾的作用，而在国外LNG发电的成功案例已有很多，作为LNG最大的进口国，日本早在1970年就在南横滨电厂的1、2号350MW机组实现LNG发电，截止到1996年日本已经运行的LNG电厂共23座，燃用LNG的机组107台，LNG已成为该国替代石油的最主要能源。LNG发电根据原理不同主要分为直接膨胀法、朗肯循环法、气体动力循环法、燃气-蒸汽联合循环法等。朗肯循环法中要有效利用LNG的冷量，朗肯循环工质的选择十分重要，朗肯循环工质通常为甲烷、乙烷、单工质等单组份，或者采用有机混合工质，由于LNG是多组分的混合物，其沸点范围广，采用合理的混合工质组分可以使LNG的汽化曲线与工作媒体的冷凝曲线尽可能保持一致，从而提高LNG汽化器的热效率。LNG冷能除了可用于发电，还可用于空气分离、轻烃回收、低温粉碎、海水淡化、冷冻、干冰制造等领域。随着冷能利用技术的不断成熟，各种各样的冷能利用方案已经被提出并实施，例如直接膨胀法发电、低温朗肯循环法、直接膨胀法＋空分、梯级朗肯法、朗肯循环＋直接膨胀法、复合朗肯循环法等，其中公开号为CN103968640A的中国专利公开了一种利用天然气压差发电冷能的空气分离系统，该系统采用直接膨胀法＋空分，利用天然气的压力火用使膨胀机发电，并将出膨胀机后的冷能用于空分；公开号为CN103075250A的中国专利公开了一种梯级利用液化天然气冷能发电的方法，利用液化天然气的低温火用使朗肯循环中的膨胀机发电，并且NG段部分冷能提供给烟气，使烟气降温后，进入膨胀机发电，降温、降压后继续吸收LNG冷量实现朗肯循环，该方法采用两个单独的朗肯循环，至少需要两台加热器和两台冷却器；公开号为104373165A的中国专利公开了一种利用液化天然气冷能发电的系统，该系统以天然气、冷媒作工质设计了两种介质的朗肯循环，逐级利用LNG冷能；公开号为103953405A的中国专利申请公开了一种利用有机朗肯循环的余热发电系统，该系统利用温度低于200℃的余热进行发电；公开号为104018901A的中国专利公开了一种天然气压能冷能联合发电系统，该系统采用直接膨胀法＋空气或海水为热源的朗肯循环进行联合发电。由上可知，虽然液化天然气的冷能利用方案很多，但是现有的方案一般会存在利用效率不高等问题，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费掉。经检索发现，公开号为CN101806293A的中国专利公开了一种提高液化天然气冷能发电效率的集成优化方法，LNG从朗肯循环发电系统中进入直接膨胀发电系统，其温度为-43℃，然后直接被海水加热，冷量浪费。该方法还包括冰水系统：将降温后的冰水回水由冰水槽经泵输送至液化天然气接收站区域的建筑内，与空调送风和压缩机机间冷却器做热交换，换热后冰水回水温度升高，然后返回至冷媒/冰水换热器中，与高压冷媒工质进行换热，降温后的冰水回水再返回回水槽。这样制冰所需的冷量完全由朗肯循环中的工质所提供，当制冰市场需求减小后制冰循环就会停止，导致朗肯循环也不能正常工作。朗肯循环为混合工质的单循环，较混合工质朗肯循环复合单工质朗肯循环的发电效率低10～20%。公开号为104989473A的中国专利提供了一种发电系统以及基于该系统的发电方法，该方法仅利用LNG-162～-51℃的冷能及可能存在的压力能，-51℃以上的冷能由于海水温度的限制无法利用被海水带走，同时该方法中提到第9物流的压力温度都随海水温度的不同发生变化，然而现有的膨胀机对介质压力有严格要求，压力的不停大幅波动，（0.5～2MPa）无法使膨胀机长期稳定运行，因此该方法未考虑不同工况下膨胀机的承受能力；另外在说明书第0030-0032段提到“海水换热器3出口的NG温度为28℃（第三物流Ⅲ）（随季节变化，海水温度不同）、压力为10MPa…经丙烷工质泵10增压至1.0MPa（第十二物流Ⅻ），增压泵耗功40.32kW，进入海水汽化器11换热蒸发为28℃的蒸汽”，在说明书第0037-0039段提到“海水换热器3出口的NG温度为5℃（第三物流Ⅲ）（随季节变化，海水温度不同）、压力为10MPa…经丙烷工质泵10增压至0.49MPa（第十二物流Ⅻ），增压泵耗功21.75kW，进入海水汽化器11换热蒸发为5℃的蒸汽”由此可知，压力差变化大，膨胀机不能实现做功。
技术实现思路
为了克服现有现有技术存在的缺陷，本技术提出一种LNG冷能综合利用系统，该系统包括直接膨胀发电、制冰及复合朗肯发电3个子系统，在充分提高LNG冷量利用率的同时，还能保证LNG汽化功能的稳定运行，不受制冰、发电功能的干扰，同时通过调整朗肯循环中部分参数的设定以实现系统中压力值不随海水温度的变化而变化，导致进入膨胀机的工质恒压，进而保证膨胀机正常稳定工作。本技术解决其技术问题的技术方案是：一种LNG冷能综合利用系统，包括复合朗肯循环发电子系统、单工质朗肯循环发电子系统、制冰子系统和直接膨胀发电子系统，复合朗肯循环发电子系统包括LNG蒸发器，混合工质增压泵，换热器，混合工质蒸发器，混合工质过热器，混合工质膨胀机，第一单工质增压泵，第一单工质蒸发器，第一单工质过热器和第一单工质膨胀机，LNG蒸发器包括第一壳体和布置在第一壳体内的第一换热管，第一壳体具有LNG进口和第一NG出口，LNG进口与LNG储罐相连通，所述第一换热管具有第一混合工质入口和第一混合工质出口，第一混合工质入口经管道与混合工质膨胀机连通，第一混合工质出口经管道与混合工质增压泵连通；换热器包括第二壳体和布置在第二壳体内的第二换热管，第二壳体具有第二混合工质入口和第二混合工质出口，第二混合工质入口经管道与混合工质增压泵连通，第二换热管具有第一单工质入口和第一单工质出口，第一单工质入口经管道与第一单工质膨胀机连通，第一单工质出口经管道与第一单工质增压泵连接，第一单工质增压泵依次经过第一单工质蒸发器、第一单工质过热器与第一单工质膨胀机连接；混合工质蒸发器包括第三壳体和布置在第三壳体内的第三换热管，第三壳体具有第三混合工质入口和第三混合工质出口，第三混合工质入口经管道与第二混合工质出口连通，第三混合工质出口经管道与混合工质过热器连通，混合工质过热器与混合工质膨胀机连接；单工质朗肯循环发电子系统包括第一NG过热器，第二单工质增压泵，第二单工质蒸发器，第二单工质过热器和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LNG冷能综合利用系统，其特征是，包括复合朗肯循环发电子系统、单工质朗肯循环发电子系统、制冰子系统和直接膨胀发电子系统，所述复合朗肯循环发电子系统包括LNG蒸发器（1），混合工质增压泵（2），换热器（3），混合工质蒸发器（4），混合工质过热器（5），混合工质膨胀机（6），第一单工质增压泵（7），第一单工质蒸发器（8），第一单工质过热器（9）和第一单工质膨胀机（10），所述LNG蒸发器（1）包括第一壳体和布置在第一壳体内的第一换热管，所述第一壳体具有LNG进口和第一NG出口，所述LNG进口与LNG储罐相连通，所述第一换热管具有第一混合工质入口和第一混合工质出口，所述第一混合工质入口经管道与混合工质膨胀机（6）连通，所述第一混合工质出口经管道与混合工质增压泵（2）连通；所述换热器（3）包括第二壳体和布置在第二壳体内的第二换热管，所述第二壳体具有第二混合工质入口和第二混合工质出口，所述第二混合工质入口经管道与混合工质增压泵（2）连通，所述第二换热管具有第一单工质入口和第一单工质出口，所述第一单工质入口经管道与第一单工质膨胀机（10）连通，所述第一单工质出口经管道与第一单工质增压泵（7）连接，所述第一单工质增压泵（7）依次经过第一单工质蒸发器（8）、第一单工质过热器（9）与第一单工质膨胀机（10）连接；所述混合工质蒸发器（4）包括第三壳体和布置在第三壳体内的第三换热管，所述第三壳体具有第三混合工质入口和第三混合工质出口，所述第三混合工质入口经管道与第二混合工质出口连通，所述第三混合工质出口经管道与混合工质过热器（5）连通，所述混合工质过热器（5）与混合工质膨胀机（6）连接；所述单工质朗肯循环发电子系统包括第一NG过热器（11），第二单工质增压泵（12），第二单工质蒸发器（13），第二单工质过热器（14）和第二单工质膨胀机（15），所述第一NG过热器（11）包括第四壳体和布置在第四壳体内的第四换热管，所述第四壳体具有第一NG进口和第二NG出口，所述第一NG进口经管道与第一NG出口连通，所述第四换热管具有第二单工质入口和第二单工质出口，所述第二单工质入口经管道与第二单工质膨胀机（15）连通，所述第二单工质出口经管道与第二单工质增压泵（12）连通，所述第二单工质增压泵（12）依次经过第二单工质蒸发器（13）、第二单工质过热器（14）与第二单工质膨胀机（15）连通；所述直接膨胀发电子系统包括第二NG过热器（16），第三NG过热器（17），NG膨胀机（18）和第四NG过热器（19），所述第二NG过热器（16）包括第五壳体和布置在第五壳体内的第五换热管，所述第五壳体具有第二NG进口和第三NG 出口，所述第二NG进口与第二NG 出口连通，所述第三NG 出口经管道与第三NG过热器（17）连通，所述第三NG过热器（17）依次与NG膨胀机（18）、第四NG过热器（19）连接，所述第四NG过热器（19）连接天然气管网；所述制冰子系统包括制冰单元（23），所述制冰单元（23）具有制冷剂入口和制冷剂出口，所述制冰单元（23）的制冷剂出口分别连接混合工质蒸发器（4）、第一单工质蒸发器（8）、第二单工质蒸发器（13）、第二NG过热器（16）的制冷剂入口，所述制冰单元（23）的制冷剂入口分别连接混合工质蒸发器（4）、第一单工质蒸发器（8）、第二单工质蒸发器（13）、第二NG过热器（16）的制冷剂出口。...

【技术特征摘要】
1.一种LNG冷能综合利用系统，其特征是，包括复合朗肯循环发电子系统、单工质朗肯循环发电子系统、制冰子系统和直接膨胀发电子系统，所述复合朗肯循环发电子系统包括LNG蒸发器（1），混合工质增压泵（2），换热器（3），混合工质蒸发器（4），混合工质过热器（5），混合工质膨胀机（6），第一单工质增压泵（7），第一单工质蒸发器（8），第一单工质过热器（9）和第一单工质膨胀机（10），所述LNG蒸发器（1）包括第一壳体和布置在第一壳体内的第一换热管，所述第一壳体具有LNG进口和第一NG出口，所述LNG进口与LNG储罐相连通，所述第一换热管具有第一混合工质入口和第一混合工质出口，所述第一混合工质入口经管道与混合工质膨胀机（6）连通，所述第一混合工质出口经管道与混合工质增压泵（2）连通；所述换热器（3）包括第二壳体和布置在第二壳体内的第二换热管，所述第二壳体具有第二混合工质入口和第二混合工质出口，所述第二混合工质入口经管道与混合工质增压泵（2）连通，所述第二换热管具有第一单工质入口和第一单工质出口，所述第一单工质入口经管道与第一单工质膨胀机（10）连通，所述第一单工质出口经管道与第一单工质增压泵（7）连接，所述第一单工质增压泵（7）依次经过第一单工质蒸发器（8）、第一单工质过热器（9）与第一单工质膨胀机（10）连接；所述混合工质蒸发器（4）包括第三壳体和布置在第三壳体内的第三换热管，所述第三壳体具有第三混合工质入口和第三混合工质出口，所述第三混合工质入口经管道与第二混合工质出口连通，所述第三混合工质出口经管道与混合工质过热器（5）连通，所述混合工质过热器（5）与混合工质膨胀机（6）连接；所述单工质朗肯循环发电子系统包括第一NG过热器（11），第二单工质增压泵（12），第二单工质蒸发器（13），第二单工质过热器（14）和第二单工质膨胀机（15），所述第一NG过热器（11）包括第四壳体和布置在第四壳体内的第四换热管，所述第四壳体具有第一NG进口和第二NG出口，所述第一NG进口经管道与第一NG出口连通，所述第四换热管具有第二单工质入口和第二单工质出口，所述第二单工质入口经管道与第二单工质膨胀机（15）连通，所述第二单工质出口经管道与第二单工质增压泵（12）连通，所述第二单工...

【专利技术属性】
技术研发人员：白剑，毛长钧，胡燕华，
申请(专利权)人：航天晨光股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32