专利名称：一种lng冷能四级回收利用系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及能量的转换利用领域，特别涉及一种LNG (液化天然气)冷能四级回收利用系统。该系统依据LNG的汽化特性曲线对LNG冷能采用四级回收利用的方式，提高了 LNG冷能的回收利用率。
背景技术：
随着国家对减少碳排放和提高节能效率的要求日益提高，我国的能源消费结构将更加倚重天然气。未来天然气的供应中，来自海外的LNG比重占较大份额。无论是从海外进口的LNG，还是我国制取的LNG，在汽化时要放出大量的冷能，一般为830-860kJ/kg。世界各国都在努力探索提高LNG冷能利用率的途径和方法，其中发电和供冷是主要途径。目前， 利用LNG冷能发电的方法主要有直接膨胀循环、郎肯循环或二者的复合循环等。由于LNG 冷能释放温度跨度大，换热温差悬殊，造成冷火用损失大，LNG冷能利用效率难于提高，一般 LNG冷能利用率只有30%左右。
发明内容本实用新型的目的是提供一种LNG冷能四级回收利用系统。该系统依据LNG的汽化特性曲线对LNG冷能采用四级回收利用的方式，提高了 LNG冷能的回收利用率。所述的LNG冷能四级回收利用系统包括1)、由LNG储罐、加压泵、第一冷凝器、第二冷凝器、第三膨胀透平机和换热器构成的LNG汽化升温膨胀主回路，该主回路与天然气管网或用户连接；2)、由第一冷凝器、第一压缩机、第一蒸发器、第一膨胀透平机和第一发电机构成的第一级郎肯循环发电单元；3)、由第二冷凝器、第二压缩机、第二蒸发器、第二膨胀透平机和第二发电机构成的第二级郎肯循环发电单元；4)、由第三膨胀透平机和第三发电机构成的膨胀发电单元；5)、由换热器、循环泵和储冰槽构成的低温储冰供冷单元；在所述LNG汽化升温膨胀主回路中，LNG储罐通过管路依次与加压泵、第一冷凝器、第二冷凝器、第三膨胀透平机和换热器连接；在所述第一级郎肯循环发电单元中，第一冷凝器通过管路依次与第一压缩机、第一蒸发器和第一膨胀透平机连接并回到第一冷凝器构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质I，第一膨胀透平机通过机械轴与第一发电机连接，第一蒸发器通过另一管路与低温供冷管路连接；在所述第二级郎肯循环发电单元中，第二冷凝器通过管路依次与第二压缩机、第二蒸发器和第二膨胀透平机连接并回到第二冷凝器构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质II，第二膨胀透平机通过机械轴与第二发电机连接，第二蒸发器通过另一管路与低温供冷管路连接；[0013]在所述膨胀发电单元中，第三膨胀透平机通过机械轴与第三发电机连接；在所述低温储冰供冷单元中，换热器通过管路依次与循环泵和储冰槽连接并回到换热器构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质III，储冰槽通过另一管路与低温供冷管路连接。优选地，所述冷媒工质I包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲
烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷。优选地，所述冷媒工质II包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲
烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷。优选地，所述冷媒工质III包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、二氟
甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷。在所述LNG汽化升温膨胀主回路中，LNG储罐输出的LNG经加压泵加压后送至第一冷凝器，在第一冷凝器中LNG吸收冷媒工质I的热量汽化为天然气的饱和蒸汽，该饱和蒸汽在第二冷凝器中吸收冷媒工质II的热量后进入第三膨胀透平机膨胀做功，天然气膨胀做功降温后进入换热器，在换热器中天然气吸收冷媒工质III的热量升温，升温后的天然气进入管网或用户。在所述第一级郎肯循环发电单元中，冷媒工质I在第一冷凝器中冷凝为低压液态，然后经第一压缩机加压为高压液态后进入第一蒸发器，在第一蒸发器中冷媒工质I吸收所述低温供冷管路的热量蒸发为高压气态，该高压气态的冷媒工质I进入第一膨胀透平机，在第一膨胀透平机中膨胀做功降压为低压气态的冷媒工质I，该低压气态的冷媒工质I 进入第一冷凝器再次冷凝为低压液态继续下一次循环，冷媒工质I在第一膨胀透平机中所做的功转化为机械能并通过机械轴驱动第一发电机发电。在所述第二级郎肯循环发电单元中，冷媒工质II在第二冷凝器中冷凝为低压液态，然后经第二压缩机加压为高压液态后进入第二蒸发器，在第二蒸发器中冷媒工质II吸收所述低温供冷管路的热量蒸发为高压气态，该高压气态的冷媒工质II进入第二膨胀透平机，在第二膨胀透平机中膨胀做功降压为低压气态的冷媒工质II，该低压气态的冷媒工质II进入第二冷凝器再次冷凝为低压液态继续下一次循环，冷媒工质II在第二膨胀透平机中所做的功转化为机械能并通过机械轴驱动第二发电机发电。在所述膨胀发电单元中，天然气在第三膨胀透平机中所做的功转化为机械能并通过机械轴驱动第三发电机发电。在所述低温储冰供冷单元中，冷媒工质III在换热器中向LNG汽化升温膨胀主回路中的天然气释放热量，然后经循环泵驱动进入储冰槽，在储冰槽中冷媒工质III吸收低温供冷管路的热量后再次进入换热器继续下一次循环。本实用新型具有如下有益效果本实用新型依据LNG汽化曲线的分段特性，构建了两级郎肯循环和一级膨胀循环发电单元，并为提高LNG冷能利用率设置了低温供冷单元，实现了 LNG冷能四级回收利用。 理论计算表明，在SMPa的工作压力下，所述系统的LNG冷能的综合利用率可达38%以上，如降低工作压力，LNG冷能的综合利用率还可进一步提高。
[0025]图1为本实用新型实施例1的LNG冷能四级回收利用系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型的发明内容作进一步的描述。实施例1如图1所示，本实用新型提供的LNG冷能四级回收利用系统包括1)、由LNG储罐1、加压泵2、第一冷凝器3、第二冷凝器8、第三膨胀透平机13和换热器15构成的LNG汽化升温膨胀主回路，该主回路与天然气管网或用户连接；2)、由第一冷凝器3、第一压缩机4、第一蒸发器5、第一膨胀透平机6和第一发电机 7构成的第一级郎肯循环发电单元；3)、由第二冷凝器8、第二压缩机9、第二蒸发器10、第二膨胀透平机11和第二发电机12构成的第二级郎肯循环发电单元；4)、由第三膨胀透平机13和第三发电机14构成的膨胀发电单元；5)、由换热器15、循环泵16和储冰槽17构成的低温储冰供冷单元。在所述LNG汽化升温膨胀主回路中，LNG储罐1通过管路依次与加压泵2、第一冷凝器3、第二冷凝器8、第三膨胀透平机13和换热器15连接。在所述第一级郎肯循环发电单元中，第一冷凝器3通过管路依次与第一压缩机4、 第一蒸发器5和第一膨胀透平机6连接并回到第一冷凝器3构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质I，第一膨胀透平机6通过机械轴与第一发电机7连接，第一蒸发器 5通过另一管路与低温供冷管路连接。在所述第二级郎肯循环发电单元中，第二冷凝器8通过管路依次与第二压缩机9、 第二蒸发器10和第二膨胀透平机11连接并回到第二冷凝器8构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质II，第二膨胀透平机11通过机械轴与第二发电机12连接，第二蒸发器10通过另一管路与低温供冷管路连接。在所述膨胀发电单元中，第三膨胀透平机13通过机械轴与第三发电机14连接。在所述低温储冰供冷单元中，换热器15通过管路依次与循环泵16和储冰槽17连接并回到换热器15构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质III，储冰槽17通过另一管路与低温供冷管路连接。由于LNG的组分及其含量存在差异，随着LNG汽化过程中的工作压力的不同而LNG 汽化曲线的分段特性也不同，因此所述冷媒工质I、所述冷媒工质II和所述冷媒工质III需要根据实际情况来选用和调配。在所述LNG汽化升温膨胀主回路中，LNG储罐1输出的LNG经加压泵2加压后送至第一冷凝器3，在第一冷凝器3中LNG吸收冷媒工质I的热量汽化为天然气的饱和蒸汽，该饱和蒸汽在第二冷凝器8中吸收冷媒工质II的热量后进入第三膨胀透平机13膨胀做功， 天然气膨胀做功降温后进入换热器15，在换热器15中天然气吸收冷媒工质III的热量升温，升温后的天然气进入管网或用户。在所述第一级郎肯循环发电单元中，冷媒工质I在第一冷凝器3中冷凝为低压液态，然后经第一压缩机4加压为高压液态后进入第一蒸发器5，在第一蒸发器5中冷媒工质 I吸收所述低温供冷管路的热量蒸发为高压气态，该高压气态的冷媒工质I进入第一膨胀透平机6，在第一膨胀透平机6中膨胀做功降压为低压气态的冷媒工质I，该低压气态的冷媒工质I进入第一冷凝器3再次冷凝为低压液态继续下一次循环，冷媒工质I在第一膨胀透平机6中所做的功转化为机械能并通过机械轴驱动第一发电机7发电。在所述第二级郎肯循环发电单元中，冷媒工质II在第二冷凝器8中冷凝为低压液态，然后经第二压缩机9加压为高压液态后进入第二蒸发器10，在第二蒸发器10中冷媒工质II吸收所述低温供冷管路的热量蒸发为高压气态，该高压气态的冷媒工质II进入第二膨胀透平机11，在第二膨胀透平机11中膨胀做功降压为低压气态的冷媒工质II，该低压气态的冷媒工质II进入第二冷凝器8再次冷凝为低压液态继续下一次循环，冷媒工质II在第二膨胀透平机11中所做的功转化为机械能并通过机械轴驱动第二发电机12发电。在所述膨胀发电单元中，天然气在第三膨胀透平机13中所做的功转化为机械能并通过机械轴驱动第三发电机14发电。在所述低温储冰供冷单元中，冷媒工质III在换热器15中向LNG汽化升温膨胀主回路中的天然气释放热量，然后经循环泵16驱动进入储冰槽17，在储冰槽17中冷媒工质 III吸收低温供冷管路的热量后再次进入换热器15继续下一次循环。应当理解，以上借助优选实施例对本实用新型的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本实用新型说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求1.一种LNG冷能四级回收利用系统，其特征在于，该系统包括1)、由LNG储罐(1)、加压泵(2)、第一冷凝器(3)、第二冷凝器(8)、第三膨胀透平机 (13)和换热器(15)构成的LNG汽化升温膨胀主回路，该主回路与天然气管网或用户连接；2)、由第一冷凝器(3)、第一压缩机(4)、第一蒸发器(5)、第一膨胀透平机(6)和第一发电机(7)构成的第一级郎肯循环发电单元；3)、由第二冷凝器(8)、第二压缩机(9)、第二蒸发器(10)、第二膨胀透平机(11)和第二发电机(12)构成的第二级郎肯循环发电单元；4)、由第三膨胀透平机(13)和第三发电机(14)构成的膨胀发电单元；5)、由换热器(15)、循环泵(16)和储冰槽(17)构成的低温储冰供冷单元；在所述LNG汽化升温膨胀主回路中，LNG储罐(1)通过管路依次与加压泵(2)、第一冷凝器(3)、第二冷凝器(8)、第三膨胀透平机(13)和换热器(15)连接；在所述第一级郎肯循环发电单元中，第一冷凝器(3)通过管路依次与第一压缩机(4)、 第一蒸发器(5)和第一膨胀透平机(6)连接并回到第一冷凝器(3)构成封闭的循环回路， 在该循环回路中充有冷媒工质I，第一膨胀透平机(6)通过机械轴与第一发电机(7)连接， 第一蒸发器(5)通过另一管路与低温供冷管路连接；在所述第二级郎肯循环发电单元中，第二冷凝器(8)通过管路依次与第二压缩机(9)、 第二蒸发器(10)和第二膨胀透平机(11)连接并回到第二冷凝器(8)构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质II，第二膨胀透平机(11)通过机械轴与第二发电机(12) 连接，第二蒸发器(10)通过另一管路与低温供冷管路连接；在所述膨胀发电单元中，第三膨胀透平机(13)通过机械轴与第三发电机(14)连接；在所述低温储冰供冷单元中，换热器(15)通过管路依次与循环泵(16)和储冰槽(17) 连接并回到换热器(15)构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质III，储冰槽 (17)通过另一管路与低温供冷管路连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷媒工质I采用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷材质。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷媒工质II采用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷材质。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷媒工质III采用甲烷、乙烷、丙烷、 丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷材质。
专利摘要本实用新型公开了一种LNG冷能四级回收利用系统，该系统包括由LNG储罐(1)、加压泵(2)、第一冷凝器(3)、第二冷凝器(8)、第三膨胀透平机(13)和换热器(15)构成的LNG汽化升温膨胀主回路；由第一冷凝器(3)、第一压缩机(4)、第一蒸发器(5)、第一膨胀透平机(6)和第一发电机(7)构成的第一级郎肯循环发电单元；由第二冷凝器(8)、第二压缩机(9)、第二蒸发器(10)、第二膨胀透平机(11)和第二发电机(12)构成的第二级郎肯循环发电单元；由第三膨胀透平机(13)和第三发电机(14)构成的膨胀发电单元；由换热器(15)、循环泵(16)和储冰槽(17)构成的低温储冰供冷单元。理论计算表明，在8MPa的工作压力下，所述系统的LNG冷能的综合利用率可达38％以上。
文档编号F01K25/10GK202250272SQ201120294959
公开日2012年5月30日 申请日期2011年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者付成山, 廖品常 申请人:北京天成山泉电子科技有限公司