一种综合利用lng能量的系统和方法_3

文档序号:9643441阅读:来源:国知局
后在燃气轮机32中做功发电,余热锅炉25生产蒸汽在蒸汽轮机31中做功发电,余热锅炉25生产热水,在环境温度较低工况下烟气余热在二级换热器23中加热天然气,排烟损失较小,系统的热效率高。
[0037]鼓风机20送出的空气在经过四号阀门4、二级换热器23采用了起到旁路作用的五号阀门5,在环境温度较低时,燃气轮机32进气不需要经过LNG余低温冷却,直接通过五号阀门5、二号流量计13进入空气压缩机33 ;引风机19出来的烟气,通过十一号阀门11排至大气,采用了起到旁路作用的十号阀门10,在环境温度较低时,空气加热器36不能将NG加热至燃气轮机32要求的温度,需要使烟气经过十号阀门10送入二级换热器23中加热NG。
[0038]本实施例中根据燃气轮机32耗用的LNG气化量来设计冷库28的冷负荷规模。LNG的冷能和热能综合利用系统主要包括(a) LNG储运单元;(b) LNG冷能回收过程的换热器单元;(c)具有制冰调节和备用电制冷的冷库单元;(d)具有进气冷却和余热利用的燃气轮机发电单元。
[0039]LNG储运单元主要包括:通过槽车或是LNG输送管道输送过来的LNG进入LNG储罐21,通过一号流量计12和LNG栗26来调节LNG的气化流量,LNG的气化流量主要取决于燃气轮机32负荷的大小。
[0040]LNG冷能回收过程换热器单元包括:LNG与冷媒R717换热的一级换热器22,NG与燃气轮机32进气换热的二级换热器23,备用的空气加热器36,和二号测温计16。一级换热器22和二级换热器23的冷负荷可以通过控制进入一级换热器22中冷媒R717的流量进行调节,从而实现两级换热器之间冷负荷相互匹配。
[0041]空气加热器36的作用首先是作为LNG加热气化的备用,在冷库28停运或是一级换热器22发生故障时,直接用来加热LNG至燃气轮机32要求的天然气温度;其次,在冷库28LNG供冷与燃气轮机32进气冷却之间冷能相互调节过程中,由于燃气轮机32的过量空气系数的变化范围较小,当进入二级换热器23的天然气温度变低时,其出口天然气温度也会降低,因此需要空气加热器36进一步加热。二号测温计16监测气化后的天然气温度,从而调节空气加热器36的空气流量或者二级换热器23中的烟气流量,使天然气温度满足燃气轮机32的要求。
[0042]具有制冰调节和备用电制冷的冷库单元:冷库单元是本实施例中的基本冷负荷,本实施例通过燃气轮机32的装机容量设计冷库28的规模,同时配套制冰站29用来调节冷库28的冷负荷,电压缩制冷装置27作为冷库28的备用机组,在一级换热器22停止工作时启用。本实施例采用冷媒R717,设计工况下,电压缩制冷装置27停用,三号阀门3和九号阀门9关闭,二号阀门2、七号阀门7和八号阀门8开启,冷媒R717在一级换热器22中与LNG换热后,进入冷媒储罐30,然后经过冷媒栗18升压后送入冷库28,一号测温计15监测冷库28的温度,三号流量计14监测冷媒的流量,根据库温的变化来调节八号阀门8的开启大小,从而控制进入冷库28的冷媒流量;当冷库28的冷负荷发生波动或低于设计负荷时,九号阀门9打开,从冷媒栗18出来的冷媒一部分进入冷库28满足其冷负荷需求,另一部分冷媒进入配套制冰站29,通过制冰来消纳这部分冷能。释放冷能后的冷媒R717返回到一级换热器22中冷凝,开始下一个循环。
[0043]具有进气冷却和余热利用的燃气轮机发电单元:在环境温度较高工况下,燃气轮机32的天然气(NG)侧,从一级换热器22出来的NG进入二级换热器23,将余低温冷能释放冷却燃气轮机32的进气,然后NG进入空气加热器36中进一步加热到燃气轮机32所需的温度,之后进入燃气轮机32的燃烧室34参与燃烧。燃气轮机32的空气侧,五号阀门5和六号阀门6关闭,四号阀门4打开,空气经鼓风机20送入到二级换热器23被冷却,同时二号流量计13测量空气流量,从而通过鼓风机20调节燃气轮机32的过量空气系数,空气在二级换热器23冷却后,进入空气压缩机33中压缩,然后进入燃烧室34中参与燃烧。燃气轮机32烟气侧,十号阀门10关闭,^^一号阀门11打开,从燃烧室34出来的烟气,进入燃气轮机32做功发电,之后进入余热锅炉25生产蒸汽和热水,生产的合格蒸汽进入蒸汽轮机31做功发电,从余热锅炉25出来的烟气经引风机19排入大气。在环境温度较低的工况下,四号阀门4关闭,五号阀门5、十号阀门10和^ 号阀门11开启,空气经鼓风机20通过五号阀门5送入空气压缩机33,由于环境温度较低,空气加热器36无法将NG加热到燃气轮机32要求的温度,需要将引风机19出来的部分烟气通过十号阀门10送入到二级换热器23加热NG。通过二号测温计16监测烟气加热后的NG温度,控制十号阀门10的开度,从而调节送入二级换热器23的烟气流量,另一部分烟气经十一号阀门11排入大气,其余过程与环境温度较高工况相似。
[0044]二级换热器23在环境温度较高工况下回收NG余低温,实现进气冷却,提高燃气轮机32出力,增加发电量;在环境温度较低工况下,燃气轮机32本身出力较高,不需要额外进气冷却,而同时空气加热器36无法将NG加热到燃气轮机32要求温度,此工况下二级换热器23主要作用是回收烟气余热加热NG,使其满足燃气轮机32要求的燃气温度。
[0045]综合利用LNG能量的系统的协调性:燃气轮机32进气冷却的冷负荷与冷库28和制冰的冷负荷之间可以相互匹配,提高了 LNG冷能利用的灵活性。燃气轮机32所需的LNG气化量比较稳定,冷库28所需的LNG冷量受储存货物量的限制,制冰是冷能利用系统中最容易调节的部分。若不需要调节燃气轮机32进气冷却温度,则制冰主要用于调节冷库28负荷,通过八号阀门8和九号阀门9分别控制进入冷库28和制冰站29的冷媒流量来实现,综合效果使LNG-R717 —级换热器22的换热负荷稳定;若需要调节燃气轮机32进气冷却温度,则通过增加或减少制冰量来调节一级换热器22的换热负荷,从而改变NG-燃气轮机32进气二级换热器23的换热负荷。正常运行工况下,冷库28和制冰站29可以完全通过回收LNG冷能完成,制冰可以有效调节冷库负荷波动,进入燃气轮机32的空气可以得到较好的冷却,燃气轮机32有较大的出力能力。
[0046]综合利用LNG能量的系统的独立性:冷库28和制冰站29与LNG冷能利用系统具有相互独立性,如果LNG冷能利用系统故障,冷库28和制冰站29可以完全由备用的电压缩制冷装置27供冷,LNG的气化完全通过二级换热器23和空气加热器36实现,保障了天然气的正常供给。系统中所有耗功设备均可以通过天然气发电机组供给,保证了电能的自给自足。
[0047]综合利用LNG能量的系统的节能环保性:正常工况下,冷库28和制冰站29所需冷能完全由LNG供给,相比于传统电压缩制冷装置27,省去了电压缩耗功,制冷系统节能50%以上。天然气分布式能源站通过燃气-蒸汽联合循环,排烟温度约为160°C,通过生产热水可以将排烟温度降至80°C左右,然后低温烟气再去加热气化后的天然气,可使烟气温度继续下降1?2°C。因此本系统排烟损失较小,对环境热污染较小。
[0048]—方面,本发明中LNG的低温冷能供给低温水平的主要用冷单元,然后将主要用冷单元难以利用的余低温冷能通过具有燃气动力装置的分布式能源站回收利用,提高LNG能源综合利用效率;另一方面,本发明通过LNG冷能回收单元中的分级换热器将主要用冷单元的冷负荷和影响燃气动力装置出力的相关冷却过程结合起来,使主要用冷单元的冷负荷与燃气动力装置的出力能够相互调节、有效匹配,同时为保证系统安全、稳定运行,各单元都考虑了备用措施,有效保障系统各单元的独立性。因此,本发明在综合利用LNG冷能和热能的基础上,可以根据不同的用能目的,对LNG冷能和热能的利用程度进行调节。
[0049]此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其零、部件的形状、所取名称等可以不同,本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种综合利用LNG能量的系统,包括一号阀门(1)、一号流量计(12 )、LNG储罐(21)、LNG栗(26)和燃料输送管(37),其特征在于:还包括二号阀门(2)、四号阀门
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