一种利用液化天然气冷能发电的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用液化天然气冷能发电的系统，包括第一LNG泵、第二LNG泵、第三LNG泵、低压天然气冷凝器、中压天然气冷凝器、低压冷媒冷凝器、第一液体冷媒泵、第二液体冷媒泵、第三液体冷媒泵、冷媒气化器、高压天然气加热器、高压天然气过热器、冷媒膨胀机、天然气膨胀机、次中压冷媒冷凝器和中压冷媒冷凝器，整个发电过程包括天然气介质朗肯循环和混合冷媒介质朗肯循环两个部分，减少了LNG冷能回收过程中有效能损失，提高了LNG冷能的发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种利用液化天然气冷能发电的系统
本专利技术涉及新能源领域，具体而言，涉及一种利用液化天然气冷能发电的系统。
技术介绍
LNG (Liquefied Natural Gas,液化天然气)冷能是一种非常优质的清洁能源,天然气在液化的过程中需要消耗500?600kW h/t的电能，在气化的时候可释放出约230kW h/t冷能。LNG冷能发电是LNG冷能利用中较成熟的工艺，利用LNG气化为气体状态过程中释放的冷能及管网下游用户调压过程中释放的压力能进行发电，是一种大规模回收利用接收站冷能的方式，同时可以为能源紧缺的沿海地区提供大量低碳、绿色的电能。 目前关于利用LNG冷能发电的技术主要有利用LNG低温冷量的冷媒循环的朗肯发电、利用LNG压力能的直接膨胀发电以及综合这两种技术的联合法发电。 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，在蒸发器加热气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。例如日本东京电力公司的利用LNG压差发电站，即直接膨胀法发电。LNG首先经泵加压提高压力，然后通过蒸发器加热气化，接着进入透平机膨胀做功。直接膨胀法发电方式系统简单、投资低，但是效率不高，发电功率较小，每吨LNG的发电量在25.0?30.0kWh左右，有效能利用率约为26?31%。 2、中间热载体的朗肯循环法 中间热载体的朗肯循环法是利用LNG低温冷量发电的方式，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R12、R13、R22或乙烷、丙烷或者多组分烃类的混合物为冷媒，以海水为热源，以LNG为冷源，进行有机工质朗肯循环发电。美国专利US6089028A介绍了一种利用50%甲烷加50%乙烷组成的混合物冷媒介质的朗肯循环，在该专利中高压LNG气化释放出来的冷能一部分用于LNG蒸发器压缩的级间冷却，另一部分用于50% -50%甲烷和乙烷混合冷媒气体的冷凝，混合冷媒冷凝后再通过增压后，利用海水等外界热源将其加热气化，然后进入透平中膨胀做功，并带动电动机发电。 3、联合法 联合法综合了直接膨胀法与朗肯循环法。LNG首先被提高压力，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，而气化的天然气再通过透平膨胀做功。 例如日本大阪煤气公司所属的泉北LNG基地低温发电厂采用的直接膨胀-单工质朗肯循环系统。液化天然气首先被压缩提高压力，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，而气化的天然气再通过透平膨胀做功。 上述技术中，直接膨胀法单一利用压力能或者冷能发电的效率都比较低，对于LNG接收站而言，基本都要求气化后的天然气可以直接进入高压天然气管网，压力在7?1MPa左右，因此在绝大多数情况下，为了保证进气压力均无法利用直接膨胀法在LNG接收站利用高压天然气的压力能发电。 而利用LNG冷能的朗肯循环发电方法中，选择采用单一的烃类为冷媒介质来回收冷能，由于单一冷媒介质的液化曲线与LNG的气化曲线相差较多，导致冷能回收过程中有效能损失较大，导致发电效率较低。每吨LNG的发电量在20.0?24.0kffh左右，有效能利用率21?25%。联合法发电工艺一般也要采用海水加热，消耗大量的海水，转移到海水的冷量也没有得到利用，同时因受海水温度的限制，海水能够将工质加热的温度不高，使得透平膨胀机的热效率较低，发电量和LNG冷量的利用受到限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种利用液化天然气冷能发电的系统，用以提高LNG冷量的利用率和发电量。 为达到上述目的，本专利技术提供了一种利用液化天然气冷能发电的系统，包括:第一LNG泵、第二 LNG泵、第三LNG泵、低压天然气冷凝器、中压天然气冷凝器、低压冷媒冷凝器、第一液体冷媒泵、第二液体冷媒泵、第三液体冷媒泵、冷媒气化器、高压天然气加热器、高压天然气过热器、冷媒膨胀机、天然气膨胀机、次中压冷媒冷凝器和中压冷媒冷凝器，其中: 所述低压天然气冷凝器分别与所述第一 LNG泵、所述第二 LNG泵、所述天然气膨胀机相连，所述第一 LNG泵将进入其内的低温LNG增压至9?1MPa得到的高压LNG送入所述低压天然气冷凝器，所述天然气膨胀机将其末端排出的低压NG送入所述低压天然气冷凝器，该高压LNG和该低压NG在所述低压天然气冷凝器中进行热交换，热交换后的该低压NG被液化成低压LNG进入所述第二 LNG泵增压； 所述中压天然气冷凝器分别与三通阀、所述天然气膨胀机、所述第三LNG泵相连，经所述低压天然气冷凝器换热后的高压LNG与经所述第二 LNG泵增压后的液体NG在三通阀汇合后进入所述中压天然气冷凝器，所述天然气膨胀机抽出的中压NG进入所述中压天然气冷凝器，混合后的高压LNG与中压NG在所述中压天然气冷凝器中进行热交换，热交换后的中压NG被液化成中压LNG进入所述第三LNG泵增压； 所述低压冷媒冷凝器分别与三通阀、所述冷媒膨胀机、所述第一液体冷媒泵相连，经所述中压天然气冷凝器换热后的高压LNG与经所述第三LNG泵增压后的LNG在三通阀汇合后进入所述低压冷媒冷凝器，所述冷媒膨胀机输出的低压气体冷媒进入所述低压冷媒冷凝器，混合后的高压LNG与低压气体冷媒在所述低压冷媒冷凝器中进行热交换，高压LNG气化产生高压NG，低压气体冷媒吸收冷量液化为低压液体冷媒并进入所述第一液体冷媒泵增压； 所述次中压冷媒冷凝器分别与所述低压冷媒冷凝器、所述第一液体冷媒泵、所述冷媒膨胀机、所述第二液体冷媒泵相连，气化后的高压NG进入所述次中压冷媒换热器，经所述第一液体冷媒泵增压后的高压液体冷媒进入所述次中压冷媒冷凝器，所述冷媒膨胀机输出的次中压气体冷媒进入所述次中压冷媒冷凝器，高压NG与增压后的低压液体冷媒、次中压气体冷媒发生热交换，次中压气体冷媒吸收冷能液化为次中压液体冷媒并进入所述第二液体冷媒泵增压； 所述中压冷媒冷凝器分别与三通阀、所述次中压冷媒冷凝器、所述冷媒膨胀机、所述第三液体冷媒泵相连，次中压液体冷媒经所述第二液体冷媒泵增压后与从所述次中压冷媒冷凝器出来的、增压后的低压液体冷媒在三通阀汇合后进入所述中压冷媒冷凝器，所述冷媒膨胀机将中压气体冷媒送入所述中压冷媒冷凝器，从所述次中压冷媒冷凝器出来的高压NG与增压后的次中压液体冷媒和增压后的低压液体冷媒的混合液、中压气体冷媒在所述中压冷媒冷凝器中进行热交换，中压气体冷媒热交换后变成中压液体冷媒进入所述第三液体冷媒泵进行增压； 所述冷媒气化器与三通阀、所述冷媒膨胀机相连，从所述中压冷媒冷凝器出来的高压液体冷媒以增压后的中压液体冷媒在三通阀汇合后进入所述冷媒气化器，加热气化为气态进入所述冷媒膨胀机做功； 所述高压天然气加热器分别与所述中压冷媒冷凝器、所述高压天然气过热器相连，从所述中压冷媒冷凝器出来的换热后的高压NG进入所述高压天然气加热器，与热媒水换热后一部分去往天然气管网，一部分去往高压天然气过热器进一步加热后送往所述天然气膨胀机进行循环发电。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，包括：第一LNG泵、第二LNG泵、第三LNG泵、低压天然气冷凝器、中压天然气冷凝器、低压冷媒冷凝器、第一液体冷媒泵、第二液体冷媒泵、第三液体冷媒泵、冷媒气化器、高压天然气加热器、高压天然气过热器、冷媒膨胀机、天然气膨胀机、次中压冷媒冷凝器和中压冷媒冷凝器，其中：所述低压天然气冷凝器分别与所述第一LNG泵、所述第二LNG泵、所述天然气膨胀机相连，所述第一LNG泵将进入其内的低温LNG增压至9～10MPa得到的高压LNG送入所述低压天然气冷凝器，所述天然气膨胀机将其末端排出的低压NG送入所述低压天然气冷凝器，该高压LNG和该低压NG在所述低压天然气冷凝器中进行热交换，热交换后的该低压NG被液化成低压LNG进入所述第二LNG泵增压；所述中压天然气冷凝器分别与三通阀、所述天然气膨胀机、所述第三LNG泵相连，经所述低压天然气冷凝器换热后的高压LNG与经所述第二LNG泵增压后的液体NG在三通阀汇合后进入所述中压天然气冷凝器，所述天然气膨胀机抽出的中压NG进入所述中压天然气冷凝器，混合后的高压LNG与中压NG在所述中压天然气冷凝器中进行热交换，热交换后的中压NG被液化成中压LNG进入所述第三LNG泵增压；所述低压冷媒冷凝器分别与三通阀、所述冷媒膨胀机、所述第一液体冷媒泵相连，经所述中压天然气冷凝器换热后的高压LNG与经所述第三LNG泵增压后的液体NG在三通阀汇合后进入所述低压冷媒冷凝器，所述冷媒膨胀机输出的低压气体冷媒进入所述低压冷媒冷凝器，混合后的高压LNG与低压气体冷媒在所述低压冷媒冷凝器中进行热交换，高压LNG气化产生高压NG，低压气体冷媒吸收冷量液化为低压液体冷媒并进入所述第一液体冷媒泵增压；所述次中压冷媒冷凝器分别与所述低压冷媒冷凝器、所述第一液体冷媒泵、所述冷媒膨胀机、所述第二液体冷媒泵相连，气化后的高压NG进入所述次中压冷媒换热器，经所述第一液体冷媒泵增压后的高压液体冷媒进入所述次中压冷媒冷凝器，所述冷媒膨胀机输出的次中压气体冷媒进入所述次中压冷媒冷凝器，高压NG与增压后的低压液体冷媒、次中压气体冷媒发生热交换，次中压气体冷媒吸收冷能液化为次中压液体冷媒并进入所述第二液体冷媒泵增压；所述中压冷媒冷凝器分别与三通阀、所述次中压冷媒冷凝器、所述冷媒膨胀机、所述第三液体冷媒泵相连，次中压液体冷媒经所述第二液体冷媒泵增压后与从所述次中压冷媒冷凝器出来的、增压后的低压液体冷媒在三通阀汇合后进入所述中压冷媒冷凝器，所述冷媒膨胀机将中压气体冷媒送入所述中压冷媒冷凝器，从所述次中压冷媒冷凝器出来的高压NG与增压后的次中压液体冷媒和增压后的低压液体冷媒的混合液、中压气体冷媒在所述中压冷媒冷凝器中进行热交换，中压气体冷媒热交换后变成中压液体冷媒进入所述第三液体冷媒泵进行增压；所述冷媒气化器与三通阀、所述冷媒膨胀机相连，从所述中压冷媒冷凝器出来的高压液体冷媒以增压后的中压液体冷媒在三通阀汇合后进入所述冷媒气化器，加热气化为气态进入所述冷媒膨胀机做功；所述高压天然气加热器分别与所述中压冷媒冷凝器、所述高压天然气过热器相连，从所述中压冷媒冷凝器出来的换热后的高压NG进入所述高压天然气加热器，与热媒水换热后一部分去往天然气管网，一部分去往高压天然气过热器进一步加热后送往所述天然气膨胀机进行循环发电。...

【技术特征摘要】
1.一种利用液化天然气冷能发电的系统，其特征在于，包括:第一 LNG泵、第二 LNG泵、第三LNG泵、低压天然气冷凝器、中压天然气冷凝器、低压冷媒冷凝器、第一液体冷媒泵、第二液体冷媒泵、第三液体冷媒泵、冷媒气化器、高压天然气加热器、高压天然气过热器、冷媒膨胀机、天然气膨胀机、次中压冷媒冷凝器和中压冷媒冷凝器，其中: 所述低压天然气冷凝器分别与所述第一 LNG泵、所述第二 LNG泵、所述天然气膨胀机相连，所述第一 LNG泵将进入其内的低温LNG增压至9?1MPa得到的高压LNG送入所述低压天然气冷凝器，所述天然气膨胀机将其末端排出的低压NG送入所述低压天然气冷凝器，该高压LNG和该低压NG在所述低压天然气冷凝器中进行热交换，热交换后的该低压NG被液化成低压LNG进入所述第二 LNG泵增压； 所述中压天然气冷凝器分别与三通阀、所述天然气膨胀机、所述第三LNG泵相连，经所述低压天然气冷凝器换热后的高压LNG与经所述第二 LNG泵增压后的液体NG在三通阀汇合后进入所述中压天然气冷凝器，所述天然气膨胀机抽出的中压NG进入所述中压天然气冷凝器，混合后的高压LNG与中压NG在所述中压天然气冷凝器中进行热交换，热交换后的中压NG被液化成中压LNG进入所述第三LNG泵增压； 所述低压冷媒冷凝器分别与三通阀、所述冷媒膨胀机、所述第一液体冷媒泵相连，经所述中压天然气冷凝器换热后的高压LNG与经所述第三LNG泵增压后的液体NG在三通阀汇合后进入所述低压冷媒冷凝器，所述冷媒膨胀机输出的低压气体冷媒进入所述低压冷媒冷凝器，混合后的高压LNG与低压气体冷媒在所述低压冷媒冷凝器中进行热交换，高压LNG气化产生高压NG，低压气体冷媒吸收冷量液化为低压液体冷媒并进入所述第一液体冷媒泵增压； 所述次中压冷媒冷凝器分别与所述低压冷媒冷凝器、所述第一液体冷媒泵、所述冷媒膨胀机、所述第二液体冷媒泵相连，气化后的高压NG进入所述次中压冷媒换热器，经所述第一液体冷媒泵增压后的高压液体冷媒进入所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红，郑雪枫，吴笛，穆长春，张鹏，
申请(专利权)人：中国寰球工程公司，
类型：发明
国别省市：北京;11