一种LNG冷能的梯级存储和利用装置的制作方法

本发明属于lng冷能利用技术领域，具体涉及一种lng冷能阶梯式利用装置。

背景技术：

液化天然气以其高效节能、体积小、运输方便、清洁环保等特点而受到世界各国的关注，成为重要的战略储备能源。lng气化时释放大量冷能，约为830-860kj/kg，折合电能约231kwh/t，冷量若不能有效利用，将会造成极大的浪费。而传统的制冷行业是耗电大户，根据有关统计，目前制冷设备所消耗的电能占全世界总发电量的15%，因此将lng冷能用于冷库的制冷将是节能减排的一大举措。

在现有的lng冷库利用技术中，专利cn205079513u公开了一种基于液化天然气冷能的冷库制冷系统，将氨制冷机组和lng气化器2结合起来，组成双级备用的冷库制冷系统，这种系统保证了冷库运行的稳定性，但是两套系统增加初投资和运行的浪费。专利cn201680657u公开了一种基于液化天然气和冷库的热管式冷能利用装置，通过分别独立的热管维持不同冷库的温度需求，但是并未提出控温的具体方式和控制的实施方式，且系统形式比较单一。专利cn101619914a公开了一种回收液化天然气冷能的冷媒无相变冷库，设置lng冷媒换热器，冷库换热器使得冷媒逐级释放冷量，实现冷能的梯级利用，但是其无法解决lng放冷时间和冷库用冷时间不一致的问题，无法保证库温的稳定性。

技术实现要素：

本发明提供了一种lng冷能的梯级存储和利用装置，解决lng冷能利用率低的问题。本发明采取的技术方案是：

一种lng冷能的梯级存储和利用装置，包括lng储罐，lng储罐内的lng通过管路输送到气化器，经所述气化器气化后供给用户管网，其特征在于，在所述lng储罐和所述气化器之间还设置梯式利用装置，所述梯式利用装置包括三个一级换热器：一级换热器甲，一级换热器乙，一级换热器丙；两个二级换热器：二级换热器a，二级换热器b；一个冷冻间，一个低温冷藏库，一个高温冷藏库；

所述一级换热器甲的lng侧管路进口与所述lng储罐出口通过第一阀门相连，所述一级换热器甲的lng侧管路出口与所述一级换热器乙的lng侧管路进口通过第二阀门相连，所述一级换热器乙的lng侧管路进口还通过第三阀门与所述lng储罐出口相连，所述一级换热器甲的冷媒侧管路进口与所述冷冻间内设置的冻结间换热器的冷媒出口相连，所述一级换热器甲的冷媒侧管路出口通过第一溶液泵与所述冷冻间内设置的冻结间换热器的冷媒进口相连；

所述一级换热器乙的lng侧管路出口与所述一级换热器丙的lng侧管路进口通过第四阀门相连；所述一级换热器乙的冷媒侧管路进口与所述二级换热器a内设置的二级换热器a冷媒盘管的冷媒出口相连，所述一级换热器乙的冷媒侧管路出口通过第二溶液泵与所述二级换热器a冷媒盘管的冷媒进口相连；

所述一级换热器丙的lng侧管路出口与所述气化器的进口相连，所述一级换热器丙的冷媒侧管路进口与所述二级换热器b内设置的二级换热器b冷媒盘管的冷媒出口相连，所述一级换热器丙的冷媒侧管路出口通过第三溶液泵与所述二级换热器b冷媒盘管的冷媒进口相连；

所述二级换热器a内设置的二级换热器a蓄冷盘管的蓄冷剂出口通过第一蓄冷剂泵连接所述低温冷藏库内设置的低温冷藏库换热器的蓄冷剂进口，所述二级换热器a蓄冷盘管的蓄冷剂进口与所述低温冷藏库换热器的蓄冷剂出口相连；

所述二级换热器b内设置的二级换热器b蓄冷盘管的蓄冷剂出口通过第二蓄冷剂泵连接所述高温冷藏库内设置的高温冷藏库换热器的蓄冷剂进口，所述二级换热器b蓄冷盘管的蓄冷剂进口与所述高温冷藏库换热器的蓄冷剂出口相连。

进一步地，还包括一个低温蓄冷池和一个高温蓄冷池，所述低温蓄冷池内设置低温蓄冷池蓄冷盘管和低温蓄冷池放冷盘管，所述高温蓄冷池内设置高温蓄冷池蓄冷盘管和高温蓄冷池放冷盘管；

所述低温蓄冷池蓄冷盘管的蓄冷剂进口通过第五阀门和所述第一蓄冷剂泵连接所述二级换热器a蓄冷盘管的蓄冷剂出口，所述低温蓄冷池蓄冷盘管的蓄冷剂进口也连接所述二级换热器a蓄冷盘管的蓄冷剂进口；所述低温蓄冷池放冷盘管的蓄冷剂进口通过第六阀门和第三蓄冷剂泵连接的所述低温冷藏库内设置的所述低温冷藏库换热器的蓄冷剂出口，所述低温蓄冷池放冷盘管的蓄冷剂出口通过第七阀门与所述低温冷藏库换热器的蓄冷剂进口相连；

所述高温蓄冷池蓄冷盘管的蓄冷剂进口通过第八阀门和所述第二蓄冷剂泵连接所述二级换热器b蓄冷盘管的蓄冷剂出口，所述高温蓄冷池蓄冷盘管的蓄冷剂进口也连接所述二级换热器b蓄冷盘管的蓄冷剂进口；所述高温蓄冷池放冷盘管的蓄冷剂进口通过第九阀门和第四蓄冷剂泵连接的所述高温冷藏库内设置的所述高温冷藏库换热器的蓄冷剂出口，所述高温蓄冷池放冷盘管的蓄冷剂出口通过第十阀门与所述高温冷藏库换热器的蓄冷剂进口相连。

进一步地，实施低温蓄冷池和高温蓄冷池的围护结构采用保温隔热材料，内容的蓄冷剂采用不同比例的共晶盐水溶液。

进一步地，还包两个流量计，分别设置在所述第一蓄冷剂泵与所述二级换热器a蓄冷盘管的蓄冷剂出口之间、所述第二蓄冷剂泵与所述二级换热器b蓄冷盘管的蓄冷剂出口之间。

进一步地，所述一级换热器甲和一级换热器乙还具有lng侧管路附加出口，所述lng侧管路附加出口与所述气化器的进口相连。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的技术效果：

1、首次发明lng冷库分级式冷量储存系统，将lng释放期间多余的冷量进行多温区相变存储，并在非释放时间根据需要分别供给不同功能库，维持库温的连续性、稳定性。

2、能量储存采用共晶盐溶液相变蓄冷，且蓄冷池结构布置采用特殊布置，蓄冷、放冷均匀，效率高。

3、采用本发明的lng食品冷冻、保鲜系统，完全不需要外部辅助制冷设备。

4、采用本发明的lng食品冷冻、保鲜系统，能够实现lng冷能的梯级利用，分别满足冻结、低温、高温不同功能冷库，能量利用效率高。

5、一级冷媒采用相变换热，二级冷媒采用非相变换热，一级系统相变蓄冷可减少一级冷媒量和设备容积，二级冷媒采用非相变换热，达到要求后，通向蓄冷池蓄冷盘管，进行蓄冷换热。

6、装置能够配套全智能化控制支腿进行精准化控制，提高安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明低温蓄冷池或高温蓄冷池的结构示意图。

图3是图2去掉围护结构后的结构示意图。

具体实施方式

实施例1，如图1所示的一种lng冷能的梯级存储和利用装置，包括lng储罐1，lng储罐1内的lng通过管路输送到气化器2，经所述气化器2气化后供给用户管网，在所述lng储罐1和所述气化器2之间还设置梯式利用装置，所述梯式利用装置包括三个一级换热器：一级换热器甲4，一级换热器乙5，一级换热器丙6；两个二级换热器：二级换热器a7，二级换热器b8；一个冷冻间3，一个低温冷藏库9，一个高温冷藏库10；

所述一级换热器甲4的lng侧管路进口41与所述lng储罐1出口通过第一阀门46相连，所述一级换热器甲4的lng侧管路出口42与所述一级换热器乙5的lng侧管路进口51通过第二阀门47相连，所述一级换热器乙5的lng侧管路进口51还通过第三阀门48与所述lng储罐1出口相连，所述一级换热器甲4的冷媒侧管路进口43与所述冷冻间3内设置的冻结间换热器31的冷媒出口相连，所述一级换热器甲4的冷媒侧管路出口44通过第一溶液泵11与所述冷冻间3内设置的冻结间换热器31的冷媒进口相连；

所述一级换热器乙5的lng侧管路出口52与所述一级换热器丙6的lng侧管路进口61通过第四阀门65相连；所述一级换热器乙5的冷媒侧管路进口53与所述二级换热器a7内设置的二级换热器a冷媒盘管71的冷媒出口相连，所述一级换热器乙5的冷媒侧管路出口54通过第二溶液泵12与所述二级换热器a冷媒盘管71的冷媒进口相连；

所述一级换热器丙6的lng侧管路出口62与所述气化器2的进口相连，所述一级换热器丙6的冷媒侧管路进口63与所述二级换热器b8内设置的二级换热器b冷媒盘管81的冷媒出口相连，所述一级换热器丙6的冷媒侧管路出口64通过第三溶液泵13与所述二级换热器b冷媒盘管81的冷媒进口相连；

所述二级换热器a7内设置的二级换热器a蓄冷盘管72的蓄冷剂出口通过第一蓄冷剂泵14连接所述低温冷藏库9内设置的低温冷藏库换热器91的蓄冷剂进口，所述二级换热器a蓄冷盘管72的蓄冷剂进口与所述低温冷藏库换热器91的蓄冷剂出口相连；

所述二级换热器b8内设置的二级换热器b蓄冷盘管82的蓄冷剂出口通过第二蓄冷剂泵15连接所述高温冷藏库10内设置的高温冷藏库换热器101的蓄冷剂进口，所述二级换热器b蓄冷盘管82的蓄冷剂进口与所述高温冷藏库换热器101的蓄冷剂出口相连。

还包括一个低温蓄冷池16和一个高温蓄冷池17，所述低温蓄冷池16内设置低温蓄冷池蓄冷盘管161和低温蓄冷池放冷盘管162，所述高温蓄冷池17内设置高温蓄冷池蓄冷盘管171和高温蓄冷池放冷盘管172；

所述低温蓄冷池蓄冷盘管161的蓄冷剂进口通过第五阀门163和所述第一蓄冷剂泵14连接所述二级换热器a蓄冷盘管72的蓄冷剂出口，所述低温蓄冷池蓄冷盘管161的蓄冷剂进口也连接所述二级换热器a蓄冷盘管72的蓄冷剂进口；所述低温蓄冷池放冷盘管162的蓄冷剂进口通过第六阀门164和第三蓄冷剂泵165连接的所述低温冷藏库9内设置的所述低温冷藏库换热器91的蓄冷剂出口，所述低温蓄冷池放冷盘管162的蓄冷剂出口通过第七阀门166与所述低温冷藏库换热器92的蓄冷剂进口相连；

低温蓄冷池16和高温蓄冷池17的围护结构采用保温隔热材料，内容的蓄冷剂采用不同比例的共晶盐水溶液。通过改变其比例实现多温区相变蓄冷存储，满足不同功能库需求。

所述高温蓄冷池蓄冷盘管171的蓄冷剂进口通过第八阀门173和所述第二蓄冷剂泵15连接所述二级换热器b蓄冷盘管82的蓄冷剂出口，所述高温蓄冷池蓄冷盘管171的蓄冷剂进口也连接所述二级换热器b蓄冷盘管82的蓄冷剂进口；所述高温蓄冷池放冷盘管172的蓄冷剂进口通过第九阀门174和第四蓄冷剂泵175连接的所述高温冷藏库10内设置的所述高温冷藏库换热器101的蓄冷剂出口，所述高温蓄冷池放冷盘管172的蓄冷剂出口通过第十阀门176与所述高温冷藏库换热器101的蓄冷剂进口相连。

在实际应用中，从lng储罐中来的lng依次经过一级换热器甲4、一级换热器乙5、一级换热器丙6与其内的冷媒r404a进行一次换热，将冷量传递给冷媒r404a，换热后的气态的天然气则进入到气化器2，经过调节送去供气管网。在一级换热器甲换热后的冷媒r404a换热后为-70~-60℃左右，不发生相变，直接通入速冻间，其中速冻间换热器采用顶排管方式，用于提供速冻间需要冷量。在一级换热器乙换热后的冷媒r404a通向二级换热器a7，二级换热器a7中冷媒为乙二醇溶液，乙二醇温度在-35℃左右，乙二醇先通向低温冷藏库换热器91向低温库9进行供冷，其余乙二醇通向低温蓄冷池16的低温蓄冷池蓄冷盘管161进行相变蓄冷，蓄冷温度在-25℃左右，将部分冷量传给蓄冷剂便于调峰，在lng非释放时间，冷媒通过低温蓄冷池16的的低温蓄冷池放冷盘管162向低温库进行供冷。

在一级换热器丙换热后的冷媒r404a通向二级换热器b8，二级换热器b8中冷媒为乙二醇溶液，不发生相变。冷媒乙二醇溶液的换热温度在-20℃，冷媒乙二醇先通向高温冷藏库换热器101向高温冷藏库10进行供冷，其余冷媒乙二醇通向高温蓄冷池17的高温蓄冷池蓄冷盘管171进行相变蓄冷，蓄冷温度在-10℃左右，将部分冷量传给蓄冷剂便于调峰，在lng非释放时间，冷媒通过高温蓄冷池放冷盘管172向高温冷藏库10进行供冷。这样既实现了能量的梯级利用，还有利于维持库温的稳定。蓄冷剂采用共晶盐水溶液，通过改变其比例实现多温区相变蓄冷存储，满足不同功能库需求。

实施例2，其他同实施例1，不同的是所述一级换热器甲4和一级换热器乙5还具有lng侧管路附加出口45、55，所述lng侧管路附加出口45、55与所述气化器2的进口相连。

采取该技术方案，可根据需要依次供给速冻间、低温库、高温库。整个系统串并联结合，可以根据需要任意关闭其中一个或者几个，系统灵活。

实施例2，其他同实施例1，还包两个流量计，分别设置在所述第一蓄冷剂泵14与所述二级换热器a蓄冷盘管72的蓄冷剂出口之间、所述第二蓄冷剂泵15与所述二级换热器b蓄冷盘管82的蓄冷剂出口之间。智能控制系统能够能根据流量计采集的数据，通过控制各个阀门的开度实现整个系统的智能化、精准化控制。