一种LNG冷能CO制造技术

本发明专利技术提供了一种LNG冷能CO

A kind of LNG Cold Energy Co

【技术实现步骤摘要】
一种LNG冷能CO2工质循环发电系统及发电方法
本专利技术涉及液化天然气(LNG)领域，具体涉及一种LNG冷能利用发电系统及发电方法。
技术介绍
天然气作为三大主要化石能源之一，以其高效和清洁的特性越来越广泛的应用于民用和工业中。我国是一个能源需求大国，随着社会和经济的发展，当石油和煤无法满足人们日益增长的能源需求时，天然气在能源结构中占据越来越重要的位置。但限于运输，一般采用液化天然气(LNG)的形式来进行远洋交易。LNG是天然气经净化、液化而成的-162℃低温液体，其生产过程中耗费的电能高达为850kWh/t。而在终端用户使用前LNG必须经气化，鉴于其储存温度和大气环境间的巨大温差，大量的冷能会在LNG的气化过程中被释放，根据理论估算，释放的冷能约为850kJ/kg，如果回收这部分的冷能用来发电，可获得240kWh/t的电力输出，因此LNG冷能发电具有巨大的价值。现有技术利用LNG冷能发电以直接膨胀法或二次媒介朗肯循环法为主。如申请号为201711312743.2的中国专利，提供了一种综合利用LNG冷能发电及供冷的系统，包括LNG增压气化直接膨胀发电系统、混合工质朗肯循环发电系统，液氨冷库供冷系统，乙二醇蓄冰池空调供冷循环系统；利用LNG气化过程中释放的冷能，采用LNG增压气化直接膨胀发电和混合工质朗肯循环发电生产高品位的电能。又如申请号201710849459.2的中国专利，实现了对LNG冷能的逐级利用，其中增设的膜分离装置可对两个冷凝器中混合工质的配比做出调控，能够进一步提升换热过程的温度匹配程度，减少LNG冷能回收过程的不可逆损失。但上述现有技术和方法都存在发电效率低、系统和设备结构复杂的确定，而且膨胀法仅适用于存在高压LNG的工况，对于低压LNG系统无法使用。对于使用LNG作为燃料的燃气电厂来说，将LNG冷能利用和CO2的减排、液化进行集成具有巨大的吸引力。一方面，以LNG作为冷源不仅可以很容易达到CO2液化所需的低温，同时也将CO2液化的压力由传统工艺的2.0～3.0MPa降低到了0.9MPa以下，从而使得压缩机和制冷设备的能耗大幅降低40％左右。而且CO2是非常优异的朗肯发电循环工质，CO2在温度31.09、压力7.39MPa以上就会进入超临界状态，因此，在朗肯循环中很容易可以实现CO2超临界状态进入涡轮机(透平机)进行高效发电。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的旨在利用LNG冷能及外界低品质热源，实现CO2工质的凝结液化及气化，从而达到高效朗肯循环发电。本专利技术的另一目的在于，在此基础上，进一步利用低品质的LNG冷能进行发电。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种LNG冷能CO2工质循环发电系统，包括LNG储罐、LNG气液管道、LNG加热器及冷能CO2工质循环发电装置，所述LNG储罐的出口通过LNG气液管道与LNG加热器相连，所述LNG加热器与加热热源相连，所述LNG加热器的输出端连通于天然气的传送端，所述冷能CO2工质循环发电装置内设有冷凝器及第一加热器，所述LNG气液管道与冷凝器耦合实现CO2工质的冷却收缩，所述第一加热器与加热热源相连以实现CO2工质的加热膨胀。进一步的，所述LNG加热器包括第二加热器、第三加热器。进一步的，所述LNG冷能CO2工质循环发电系统还设有膨胀机、发电机，第三加热器与所述膨胀机、第二加热器依次串联设置，所述膨胀机通过LNG冷能的膨胀做功以带动相连的发电机发电。进一步的，所述冷能CO2工质循环发电装置还包括工质泵、涡轮机、第一发电机，所述冷凝器、工质泵、第一加热器、涡轮机依次相连以形成CO2工质的朗肯循环，所述涡轮机通过工质CO2的冲击以带动相连的第一发电机发电。更进一步的，所述加热热源为室外空气、海水、河水、地下水、烟气余热、工业余热中的任意一种。再进一步的，所述烟气余热为煤粉锅炉排放烟气、燃气轮机或内燃机排放烟气、燃气轮机余热锅炉排放烟气的任意一种。再进一步的，所述工业余热为汽轮机排汽或抽汽、凝汽器循环水余热中、内燃机缸套水余热、煤粉锅炉生产的蒸汽余热的任意一种。进一步的，所述CO2工质在第一加热器内由液态转化为过热态，并进入所述涡轮机内做功，做功后的CO2工质在冷凝器内与LNG冷能换热后转化为液态进行循环。一种LNG冷能CO2工质循环发电系统的发电方法，所述发电方法通过对CO2工质的温度、压力的精确控制和能量平衡来实现，其中CO2的温度、压力控制包括：S1、根据LNG进入冷凝器内的温度TLNG，设置冷凝器内的绝对压力PCO2，确保CO2工质经冷凝器换热后转变为液态，而不会变为固态干冰；S2、冷凝器出口的液态CO2经过工质泵进行升压至超临界压力7.390Mpa以上；S3、液态CO2进入第一加热器吸热升温，温度升至超临界温度31.06℃以上，以超临界过热状态进入涡轮机膨胀做功发电。进一步的，所述的发电方法相关计算式包括：冷能利用及损失能量平衡式：Q总＝QLNG潜热+Q气升温＝FLNG*qLNG潜热+FLNG*(T供-T1)*Cp气＝QRankine+QHeater，QRankine＝FLNG*(T3-T2)*CpLNGQHeater＝Q1+Q2+…+Qn其中：Q总为可利用冷能的总能量，kJ/h；QLNG潜热为LNG潜在可用冷能量，kJ/h；Q气升温为LNG气化升温的能量，kJ/h；FLNG为LNG流量kg/h；qLNG潜热为LNG的气化潜热kJ/kg；Cp气单位为天然气的比热容kJ/kg℃；T供为对外供天然气的温度，℃；T1为LNG气化后的温度，℃；T3为LNG流出冷凝器的温度，℃，T2为LNG进入冷凝器的温度，℃；QRankine为CO2工质朗肯循环冷能利用总量，kJ/h；QHeater为LNG加热器吸收热量，kJ/h；Q1为第1加热热源提供的热量，kJ/h；Q2为第2加热热源提供的热量，kJ/h；Qn为第n加热热源提供的热量，kJ/h；CpLNG单位为液态LNG的比热容kJ/kg℃。2)CO2工质在第一加热器内的吸热量：Q吸热＝F空气*(T进-T出)*Cp空气＝F海水*(T进-T出)*Cp海水＝F烟气*(T进-T出)*Cp烟气＝F循环水*(T进-T出)*Cp循环水Q吸热为CO2工质在第一加热器内的吸热量，kJ/h，F空气、F海水、F烟气、F循环水分别为空气、海水、烟气、循环水在第一加热器内的循环流量，kg/h；Cp空气、Cp海水、Cp烟气、Cp循环水分别为空气、海水、烟气、循环水的比热容，kJ/kg℃；T进为第一加热器中加热热源的进口温度，℃；T出为第一加热器中加热热源的出口温度，℃；3)CO2工质朗肯循环发电量：PRankine＝FCO2*Q吸热*ηR*ηe＝FCO2*Q吸热*(1-T4’/T5’)*ηe式中，PRankine为CO2工质朗肯循环发电量，kw；FCO2为CO2工质循环流量，kg/h；ηR为CO2工质朗肯循环热效率，ηe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LNG冷能CO

【技术特征摘要】
1.一种LNG冷能CO2工质循环发电系统，其特征在于，包括LNG储罐(1)、LNG气液管道(13)、LNG加热器(6)及冷能CO2工质循环发电装置(11)，所述LNG储罐(1)的出口通过LNG气液管道(13)与LNG加热器(6)相连，所述LNG加热器(6)与加热热源相连，所述LNG加热器(6)的输出端连通于天然气的传送端，所述冷能CO2工质循环发电装置(11)内设有冷凝器(2)及第一加热器(3)，所述LNG气液管道(13)与所述冷凝器(2)耦合实现CO2工质的冷却收缩，所述第一加热器(3)与加热热源相连以实现CO2工质的加热膨胀。


2.根据权利要求1所述的一种LNG冷能CO2工质循环发电系统，其特征在于，所述LNG加热器(6)包括第二加热器(7)、第三加热器(8)。


3.根据权利要求1所述的一种LNG冷能CO2工质循环发电系统，其特征在于，所述LNG冷能CO2工质循环发电系统还设有膨胀机(9)、发电机(10)，第三加热器(8)与所述膨胀机(9)及第二加热器(7)依次串联设置，所述膨胀机(9)通过LNG冷能的膨胀做功以带动相连的发电机(10)发电。


4.根据权利要求1所述的一种LNG冷能CO2工质循环发电系统，其特征在于，所述冷能CO2工质循环发电装置(11)还包括工质泵(12)、涡轮机(4)、第一发电机(5)，所述冷凝器(2)、工质泵(12)、第一加热器(3)、涡轮机(4)依次相连用以形成CO2工质的朗肯循环，所述涡轮机(4)通过工质CO2的冲击以带动相连的第一发电机(5)发电。


5.根据权利要求1所述的一种LNG冷能CO2工质循环发电系统，其特征在于，所述加热热源为室外空气、海水、河水、地下水、烟气余热、工业余热中的任意一种。


6.根据权利要求5所述的一种LNG冷能CO2工质循环发电系统，其特征在于，所述烟气余热为煤粉锅炉排放烟气、燃气轮机或内燃机排放烟气、燃气轮机余热锅炉排放烟气的任意一种。


7.根据权利要求5所述的一种LNG冷能CO2工质循环发电系统，其特征在于，所述工业余热为汽轮机排汽或抽汽、凝汽器循环水余热、内燃机缸套水余热、煤粉锅炉生产的蒸汽余热的任意一种。


8.根据权利要求4所述的一种LNG冷能CO2工质循环发电系统，其特征在于，所述CO2工质在第一加热器(3)内由液态转化为过热态，并进入所述涡轮机(4)内做功，做功后的CO2工质在冷凝器(2)内与LNG冷能换热后转化为液态进行循环。


9.一种LNG冷能CO2工质循环发电系统的发电方法，其特征在于，所述发电方法通过对CO2工质的温度、压力的精确控制和能量平衡来实现，其中CO2的温度、压力控制包括：
S1、根据LNG进入冷凝器(2)内的温度TLNG，设置冷凝器(2)内的绝对压力PCO2，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨豫森，崔华，陈辉，
申请(专利权)人：赫普能源环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11