超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及能源利用领域，旨在解决现有的LNG冷能发电系统和S‑CO

Supercritical carbon dioxide coupled LNG cold power generation system and method

【技术实现步骤摘要】
超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统及方法
本专利技术涉及能源利用领域，具体而言，涉及超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统及方法。
技术介绍
常规的LNG冷能发电系统是利用LNG作为冷源，海水或者河水作为热源，采用有机工质朗肯循环，利用海水中的低品位热能发电的循环系统。以河水、海水作为高温热源，虽然其比热容大、换热效率高，但是海水温度较低，热源与冷源温差较小，整个系统循环效率较低。另一方面，S-CO2循环作为闭式布雷顿循环，压气机将消耗大量的能量，降低压气机入口的温度，能够有效的减小压气机的耗功，从而提高S-CO2循环发电的效率，通常需控制压气机进口温度在略高于临界点，即35℃左右，但S-CO2循环透平排气温度一般较高，以透平进口温度550℃为例，透平排气温度超过440℃，经过二氧化碳回热器后排气温度仍超过100℃，为保证压气机进口温度，通常需要在二氧化碳回热器与压气机之间设置预冷器，将S-CO2从超过100℃冷却到35℃左右，这些能量浪费的同时，冷端的建设也增加了系统的成本。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统，以解决现有的LNG冷能发电系统和S-CO2循环能量浪费较高、系统循环效率较低的问题。本专利技术的实施例是这样实现的：一种超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统，其包括有机工质冷凝器、有机工质循环泵、有机工质蒸发换热器和有机工质透平；所述有机工质蒸发换热器具有能够相互换热的第一通道和第二通道，所述第一通道作为所述有机工质蒸发换热器的冷端，所述第二通道作为所述有机工质蒸发换热器的热端；所述有机工质冷凝器、有机工质循环泵、有机工质蒸发换热器的第一通道以及有机工质透平循环串联形成有机工质循环回路；所述有机工质透平连接有机工质发电机，以带动有机工质发电机发电；其中，所述有机工质冷凝器具有LNG进口和天然气出口，用于通过用作冷源的LNG；所述超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统还包括S-CO2透平、S-CO2回热器、S-CO2压气机和S-CO2热源加热器；所述S-CO2回热器具有能够相互换热的第三通道和第四通道；所述第三通道作为所述S-CO2回热器的冷端，所述第四通道作为所述S-CO2回热器的热端；所述S-CO2压气机、S-CO2回热器的第三通道、S-CO2热源加热器、S-CO2透平、S-CO2回热器的第四通道、有机工质蒸发换热器的第二通道循环串联形成S-CO2循环回路；所述S-CO2透平连接S-CO2发电机，以带动S-CO2发电机发电。本方案中的超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统工作时，有机工质进入有机工质循环泵升压至工作压力，然后进入有机工质蒸发换热器的第一通道(冷端)经进入有机工质蒸发换热器的第二通道(热端)的S-CO2透平排气加热蒸发至高温气体后，进入有机工质透平做功并带动有机工质发电机发电；做功后的有机工质进入有机工质冷凝器经LNG进行冷却，然后再次进入有机工质循环泵进行下一次的循环。在前述有机工质的循环过程中，S-CO2进入S-CO2压气机升压至工作压力后进入S-CO2回热器的第三通道(冷端)，并在其中经进入S-CO2回热器的第四通道(热端)的S-CO2透平排气进行回热加热；回热加热后的S-CO2进入S-CO2热源加热器加热至工作温度，再进入S-CO2透平膨胀做功并带动S-CO2发电机发电；做功后的S-CO2进入S-CO2回热器的第四通道(热端)经通过S-CO2回热器的第三通道(冷端)的S-CO2进行回热降温，再进入有机工质蒸发换热器的第二通道(热端)由经过LNG冷却后进入有机工质蒸发换热器的第一通道(冷端)的有机工质降温至S-CO2压气机的工作温度，然后进入S-CO2压气机进行下一次的循环。本方案中，通过利用S-CO2循环乏气余热加热冷能发电系统循环工质，在保证了S-CO2循环压气机进口温度的同时，也提高了冷能发电系统循环工质的温度，增加了冷能发电系统热源与冷源温差，提高了冷能发电系统循环效率。同时，由于利用了LNG冷却后的冷能发电系统循环工质作为S-CO2循环系统冷源，可以省去S-CO2循环系统原有的预冷器的设置，降低了系统建设费用。综合以上论述，本申请中的超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统耦合合理，循环效率高且系统建设费用低。本申请还提供一种超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电方法，其基于前述的超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统，所述方法包括以下步骤：使有机工质进入有机工质循环泵升压至工作压力；有机工质进入有机工质蒸发换热器的第一通道，经进入有机工质蒸发换热器的第二通道的S-CO2透平排气加热蒸发至高温气体后，进入有机工质透平做功并带动有机工质发电机发电；做功后的有机工质进入有机工质冷凝器经LNG进行冷却，然后再次进入有机工质循环泵进行下一次的循环；在前述有机工质的循环过程中，S-CO2进入S-CO2压气机升压至工作压力后进入S-CO2回热器的第三通道，并在其中经进入S-CO2回热器的第四通道的S-CO2透平排气进行回热加热；回热加热后的S-CO2进入S-CO2热源加热器加热至工作温度，再进入S-CO2透平膨胀做功并带动S-CO2发电机发电；做功后的S-CO2进入S-CO2回热器的第四通道经通过S-CO2回热器的第三通道的S-CO2进行回热降温，再进入有机工质蒸发换热器的第二通道由经过LNG冷却后进入有机工质蒸发换热器的第一通道的有机工质降温至S-CO2压气机的工作温度，然后进入S-CO2压气机进行下一次的循环。本申请还提供一种超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统，其包括有机工质冷凝器、有机工质循环泵、有机工质蒸发换热器、有机工质透平、有机工质再热换热器以及有机工质透平二；所述有机工质蒸发换热器具有能够相互换热的第一通道和第二通道，所述第一通道作为所述有机工质蒸发换热器的冷端，所述第二通道作为所述有机工质蒸发换热器的热端；所述有机工质再热换热器具有能够相互换热的第五通道和第六通道，所述第五通道作为所述有机工质再热换热器的冷端，所述第六通道作为所述有机工质再热换热器的热端；所述有机工质冷凝器、有机工质循环泵、有机工质蒸发换热器的第一通道、有机工质透平、所述有机工质再热换热器的第五通道、有机工质透平二循环串联形成有机工质循环回路；所述有机工质透平和有机工质透平二分别连接有机工质发电机，以带动有机工质发电机发电；其中，所述有机工质冷凝器具有LNG进口和天然气出口，用于通过用作冷源的LNG；所述超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统还包括S-CO2透平、S-CO2回热器、S-CO2预压气机、S-CO2压气机和S-CO2热源加热器；所述S-CO2回热器具有能够相互换热的第三通道和第四通道；所述第三通道作为所述S-CO2回热器的冷端，所述第四通道作为所述S-CO2回热器的热端；所述S-CO2压气机、S-CO2回热器的第三通道、S-CO2热源加热器、S-CO2透平、S-CO2回热器的第四通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统，其特征在于：/n包括有机工质冷凝器、有机工质循环泵、有机工质蒸发换热器和有机工质透平；/n所述有机工质蒸发换热器具有能够相互换热的第一通道和第二通道，所述第一通道作为所述有机工质蒸发换热器的冷端，所述第二通道作为所述有机工质蒸发换热器的热端；/n所述有机工质冷凝器、有机工质循环泵、有机工质蒸发换热器的第一通道以及有机工质透平循环串联形成有机工质循环回路；所述有机工质透平连接有机工质发电机，以带动有机工质发电机发电；/n其中，所述有机工质冷凝器具有LNG进口和天然气出口，用于通过用作冷源的LNG；/n所述超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统还包括S-CO

【技术特征摘要】
1.一种超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统，其特征在于：
包括有机工质冷凝器、有机工质循环泵、有机工质蒸发换热器和有机工质透平；
所述有机工质蒸发换热器具有能够相互换热的第一通道和第二通道，所述第一通道作为所述有机工质蒸发换热器的冷端，所述第二通道作为所述有机工质蒸发换热器的热端；
所述有机工质冷凝器、有机工质循环泵、有机工质蒸发换热器的第一通道以及有机工质透平循环串联形成有机工质循环回路；所述有机工质透平连接有机工质发电机，以带动有机工质发电机发电；
其中，所述有机工质冷凝器具有LNG进口和天然气出口，用于通过用作冷源的LNG；
所述超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统还包括S-CO2透平、S-CO2回热器、S-CO2压气机和S-CO2热源加热器；
所述S-CO2回热器具有能够相互换热的第三通道和第四通道；所述第三通道作为所述S-CO2回热器的冷端，所述第四通道作为所述S-CO2回热器的热端；
所述S-CO2压气机、S-CO2回热器的第三通道、S-CO2热源加热器、S-CO2透平、S-CO2回热器的第四通道、有机工质蒸发换热器的第二通道循环串联形成S-CO2循环回路；所述S-CO2透平连接S-CO2发电机，以带动S-CO2发电机发电。


2.一种超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电方法，其特征在于，基于前述的超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统，所述方法包括以下步骤：
使有机工质进入有机工质循环泵升压至工作压力；
有机工质进入有机工质蒸发换热器的第一通道，经进入有机工质蒸发换热器的第二通道的S-CO2透平排气加热蒸发至高温气体后，进入有机工质透平做功并带动有机工质发电机发电；
做功后的有机工质进入有机工质冷凝器经LNG进行冷却，然后再次进入有机工质循环泵进行下一次的循环；
在前述有机工质的循环过程中，S-CO2进入S-CO2压气机升压至工作压力后进入S-CO2回热器的第三通道，并在其中经进入S-CO2回热器的第四通道的S-CO2透平排气进行回热加热；
回热加热后的S-CO2进入S-CO2热源加热器加热至工作温度，再进入S-CO2透平膨胀做功并带动S-CO2发电机发电；
做功后的S-CO2进入S-CO2回热器的第四通道经通过S-CO2回热器的第三通道的S-CO2进行回热降温，再进入有机工质蒸发换热器的第二通道由经过LNG冷却后进入有机工质蒸发换热器的第一通道的有机工质降温至S-CO2压气机的工作温度，然后进入S-CO2压气机进行下一次的循环。


3.一种超临界二氧化碳耦合LNG冷能发电系统，其特征在于：
包括有机工质冷凝器、有机工质循环泵、有机工质蒸发换热器、有机工质透平、有机工质再热换热器以及有机工质透平二；
所述有机工质蒸发换热器具有能够相互换热的第一通道和第二通道，所述第一通道作为所述有机工质蒸发换热器的冷端，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓旭，张小波，张文祥，魏小龙，覃小文，杨佐卫，李应超，周刚，周帅，张晓丹，涂霜，
申请(专利权)人：东方电气集团东方汽轮机有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51