一種利用液化天然氣冷能發(fā)電的工藝系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種利用液化天然氣冷能發(fā)電的工藝系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]液化天然氣(LNG)在常壓下是一種溫度約_162°C的低溫液體。我國(guó)沿海地區(qū)已建成的LNG接收站和計(jì)劃及在建的接收站將達(dá)二十多座。屆時(shí)，每年進(jìn)口數(shù)以千萬(wàn)噸的LNG將攜帶巨大的冷能。LNG在供應(yīng)給下游用戶之前需要?dú)饣訜?傳統(tǒng)方法采用海水氣化加熱)，氣化加熱過(guò)程中LNG將釋放大量冷能，其能量密度約為860?830kJ/kg。若將這部分冷能全部利用，則其理論可回收電量最大可以達(dá)到240KW.h/t左右。預(yù)計(jì)到2020年中國(guó)沿海LNG冷能可利用的能量約為三峽電站全年發(fā)電量的12.2% (以三峽電站2012年全年發(fā)電量計(jì))。可見(jiàn)，若將冷能加以利用，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值相當(dāng)可觀，且對(duì)燃料本身并沒(méi)有消耗，也不會(huì)產(chǎn)生任何附加的污染。
[0003]隨著原油和煤炭等一次能源價(jià)格的不斷上漲，電力等基本生產(chǎn)要素成本將隨之上漲，LNG冷能利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將進(jìn)一步提高。因此隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，能源消費(fèi)需求仍有較大增長(zhǎng)量，提高能源綜合利用效率，加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)將是今后關(guān)注的重點(diǎn)。而冷能發(fā)電是將LNG在氣化生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢棄冷能轉(zhuǎn)化為高級(jí)能源(電能)的技術(shù)，是提高能源利用率的有效手段，是一種可以大規(guī)?；厥绽媒邮照纠淠艿难h(huán)經(jīng)濟(jì)方式。其基本原理一般是通過(guò)一種低溫動(dòng)力循環(huán)過(guò)程，以LNG為低溫冷源，利用低溫動(dòng)力循環(huán)產(chǎn)生的機(jī)械功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電力。充分利用LNG高品質(zhì)冷能，不僅對(duì)節(jié)能減排將有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。在目前回收LNG冷能的諸多方法當(dāng)中，LNG冷能發(fā)電是最可能大規(guī)模利用LNG冷能，且工業(yè)化應(yīng)用最廣泛，同時(shí)也是技術(shù)較為成熟的方法。一方面，LNG冷能用于發(fā)電系統(tǒng)，其產(chǎn)業(yè)鏈很短，基本不受其它外界因素干擾。另一方面，利用LNG的冷能進(jìn)行發(fā)電，可以回收LNG大部分溫度段的冷能。
[0004]現(xiàn)有的利用LNG冷能發(fā)電的方法中，發(fā)電的技術(shù)路線主要包括LNG直接膨脹發(fā)電和利用中間冷媒介質(zhì)的朗肯循環(huán)發(fā)電，利用方式則分為壓力發(fā)電和低溫冷發(fā)電兩類(lèi)。直接膨脹發(fā)電是利用LNG本身作為發(fā)電工質(zhì)，將LNG的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；朗肯循環(huán)則是通過(guò)冷媒介質(zhì)利用LNG的低溫冷能來(lái)發(fā)電。目前，日本是利用LNG冷能發(fā)電最多的國(guó)家之一，冷能發(fā)電裝置的裝機(jī)容量一般在400?9400kW之間，有直接膨脹發(fā)電系統(tǒng)、朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和直接膨脹與朗肯循環(huán)相結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)。而我國(guó)的LNG接收站與日本有所不同。中國(guó)的LNG接收站，基本都要求氣化后的天然氣可以直接進(jìn)入高壓天然氣管網(wǎng)，壓力在7Mpa?1Mpa之間，直接膨脹法發(fā)電方式只有在天然氣的輸送壓力要求較低時(shí)才能被采用，我國(guó)氣體外輸距離遠(yuǎn)，LNG的外輸壓力比較高，而到冷能利用項(xiàng)目又不允許降壓，導(dǎo)致冷能發(fā)電只能用LNG的低溫冷而不能用壓力發(fā)電。絕大多數(shù)情況下，為了保證管網(wǎng)壓力而無(wú)法利用直接膨脹法。因此我國(guó)的LNG接收站可以適時(shí)地考慮使用低溫朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。而目前，我國(guó)還沒(méi)有在建設(shè)或投入運(yùn)行的利用LNG冷能來(lái)發(fā)電的工業(yè)裝置。國(guó)外絕大多數(shù)的LNG接收站即使是使用朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，也只是最簡(jiǎn)單的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，使用的循環(huán)工質(zhì)主要為單一的丙烷介質(zhì)，系統(tǒng)循環(huán)中冷能回收效率很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種冷能利用效率高的利用液化天然氣冷能發(fā)電的工藝系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:一種利用液化天然氣冷能發(fā)電的工藝系統(tǒng)，其特征在于:它包括LNG-工質(zhì)換熱器、天然氣-熱源換熱器、工質(zhì)分離器、工質(zhì)混合器、工質(zhì)-工質(zhì)換熱器、工質(zhì)輸送泵、工質(zhì)-熱源換熱器和透平膨脹機(jī)-發(fā)電機(jī)組，所述LNG-工質(zhì)換熱器的第一入口與液化天然氣管線連接，其第一出口與所述天然氣-熱源換熱器連接，所述LNG-工質(zhì)換熱器的第二入口與所述工質(zhì)分離器的第一出口連接，其第二出口與所述工質(zhì)混合器的第一入口連接；所述工質(zhì)分離器的第二出口與所述工質(zhì)-工質(zhì)換熱器的第一入口連接，所述工質(zhì)-工質(zhì)換熱器的第一出口與所述工質(zhì)混合器的第二入口連接；所述工質(zhì)混合器的出口與所述工質(zhì)輸送泵的入口連接，所述工質(zhì)輸送泵的出口與所述工質(zhì)-工質(zhì)換熱器第二入口連接，所述工質(zhì)-工質(zhì)換熱器第二出口經(jīng)過(guò)所述工質(zhì)-熱源換熱器與所述透平膨脹機(jī)-發(fā)電機(jī)組的入口連接，所述透平膨脹機(jī)-發(fā)電機(jī)組的出口與所述工質(zhì)分離器的入口連接。
[0007]所述天然氣-熱源換熱器和工質(zhì)-熱源換熱器中的熱源采用環(huán)境、海水、其它工業(yè)裝置的循環(huán)水、工業(yè)廢熱、余熱或冷媒。
[0008]所述LNG-工質(zhì)換熱器和工質(zhì)-工質(zhì)換熱器均采用板翅式換熱器。
[0009]所述天然氣-熱源換熱器和工質(zhì)-熱源換熱器均采用開(kāi)架式換熱器、浸沒(méi)燃燒式氣化器或帶中間傳熱介質(zhì)的管殼式氣化器。
[0010]所述工質(zhì)-熱源換熱器與透平膨脹機(jī)-發(fā)電機(jī)組之間增設(shè)一工質(zhì)氣液分離器，所述透平膨脹機(jī)-發(fā)電機(jī)組與工質(zhì)分離器之間增設(shè)一工質(zhì)氣液混合器；所述工質(zhì)氣液分離器的入口與所述工質(zhì)-熱源換熱器的出口連接，所述工質(zhì)氣液分離器的第一出口與所述透平膨脹機(jī)-發(fā)電機(jī)組的入口連接，所述工質(zhì)氣液分離器的第二出口與所述工質(zhì)氣液混合器的第一入口連接，所述透平膨脹機(jī)-發(fā)電機(jī)組出口與所述工質(zhì)氣液混合器的第二入口連接，所述工質(zhì)氣液混合器的出口與所述工質(zhì)分離器的入口連接。
[0011]本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型由于工質(zhì)分離器將從透平膨脹機(jī)-發(fā)電機(jī)組出來(lái)的工質(zhì)分成兩股，第一股工質(zhì)進(jìn)入LNG-工質(zhì)換熱器中與作為冷源的液化天然氣換熱后進(jìn)入工質(zhì)混合器中，第二股工質(zhì)進(jìn)入工質(zhì)-工質(zhì)換熱器中放熱后進(jìn)入工質(zhì)混合器中，既能夠有效地利用LNG的冷量，又能夠減少?gòu)耐饨缥盏臒崃浚浞掷孟到y(tǒng)中的可用能量，因此本實(shí)用新型能夠使整個(gè)系統(tǒng)中液化天然氣的冷能得到最大化應(yīng)用，進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的單位發(fā)電量。2、為適應(yīng)不同液化天然氣組分、壓力及熱源等需求，本實(shí)用新型可以靈活地調(diào)整工質(zhì)的成分組成，從而盡量減少所使用換熱器的換熱損失，提高液化天然氣的冷能利用效率。3、本實(shí)用新型由于液化天然氣只采用一級(jí)制冷循環(huán)就能實(shí)現(xiàn)冷能的回收，因此本實(shí)用新型具有工藝流程簡(jiǎn)單、能量利用效率高的特點(diǎn)。4、本實(shí)用新型由于膨脹做功后進(jìn)入工質(zhì)分離器的工質(zhì)的壓力低，因此可以節(jié)省梯級(jí)利用項(xiàng)目的設(shè)備投資。5、本實(shí)用新型可以單獨(dú)用來(lái)發(fā)電，也可以與氣體冷能利用項(xiàng)目聯(lián)合使用，或者與其他余熱、廢熱項(xiàng)目聯(lián)合應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型利用液化天然氣冷能發(fā)電的工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型利用液化天然氣冷能發(fā)電的工藝系統(tǒng)增設(shè)工質(zhì)氣液分離器和工質(zhì)氣液混合器后的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0015]如圖1所示，本實(shí)用新型利用液化天然氣冷能發(fā)電的工藝系統(tǒng)包括LNG-工質(zhì)換熱器1、天然氣-熱源換熱器2、工質(zhì)分離器3、工質(zhì)混合器4、工質(zhì)-工質(zhì)換熱器5、工質(zhì)輸送泵
6、工質(zhì)-熱源換熱器7和透平膨脹機(jī)-發(fā)電機(jī)組8。LNG-工質(zhì)換熱器I的第一入口與液化天然氣管線連接，其第一出口與天然氣-熱源換熱器2連接，LNG-工質(zhì)換熱器I的第二入口與工質(zhì)分離器3的第一出口連接，其第二出口與工質(zhì)混合器4的第一入口連接。工質(zhì)分離器3的第二出口與工質(zhì)-工質(zhì)換熱器5的第一入口連接，工質(zhì)-工質(zhì)換熱器5的第一出口與工質(zhì)混合器4的第二入口連接。工質(zhì)混合器4的出口與工質(zhì)輸送泵6的入口連接，工質(zhì)輸送泵6的出口與工質(zhì)-工質(zhì)換熱器5第二