一种液化天然气冷能发电的动力循环系统及发电方法与流程

本发明涉及石油化工设备技术领域，特别涉及一种液化天然气冷能发电的动力循环系统及发电方法。

背景技术：

天然气是环境友好型的化石燃料，对于所有热机都能够适用，因此最近几年以天然气为燃料的电厂几乎全部使用现今较先进的燃气轮机-蒸汽轮机联合循环，联合循环不消耗化石燃料而是通过利用顶部循环的废热蒸汽从而产生额外的电力，它的发电效率大概可以达到55％。所以，凡是所建的lng接收站的lng有用于发电的，总是要把发电厂和接收站一体化建设，这种有助于共享设备，能够比较好地互相配合从而组合成为总能系统。在这样的环境下，使用lng作为冷源从而改进已存在的动力系统或者单独利用lng发电，回收利用lng的冷能用于发电具有很强的现实意义和经济价值。因此，发明一种液化天然气冷能发电的动力循环系统来解决上述问题很有必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种液化天然气冷能发电的动力循环系统及发电方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液化天然气冷能发电的动力循环系统，其特征在于：包括液化天然气泵和第一换热器，所述第一换热器设置于液化天然气泵的输出端，所述第一换热器输出端设置有泵，所述泵输出端设置有第二换热器，所述第二换热器输出端设置有第一透平，所述第一透平输出端与第一换热器输入端连接，所述第二换热器输入端设置有海水泵，所述第一换热器输出端设置有冷凝器，所述冷凝器输出端设置有第三换热器，所述第三换热器输出端设置有第二透平，所述冷凝器输出端设置有低压泵，所述低压泵输出端设置有分流器，所述分流器输出端设置有混合器，所述混合器输出端设置有高压泵，所述高压泵输出端设置有余热锅炉，所述余热锅炉输出端设置有第三透平，所述第三透平输出端设置有第四换热器，所述第四换热器输出端设置有闪蒸罐，所述闪蒸罐输出端设置有节流阀，所述节流阀输出端与冷凝器输入端连接。

进一步的，在上述技术方案中，所述分流器输出端与第四换热器输入端连接。

进一步的，在上述技术方案中，所述余热锅炉输出端与第三换热器输入端连接。

进一步的，在上述技术方案中，所述冷凝器包括第一冷凝器和第二冷凝器，所述第一冷凝器的输出端与第二冷凝器的输入端连接，所述第四换热器输出端与第一冷凝器输入端连接，所述节流阀输出端与第一冷凝器输入端连接，所述第二冷凝器输出端与低压泵输入端连接，所述第二冷凝器输出端与第三换热器输入端连接。

进一步的，在上述技术方案中，所述液化天然气泵、第一换热器、泵、第二换热器、第一透平和海水泵形成朗肯循环整体系统，所述液化天然气泵、第一换热器、冷凝器、第三换热器和第二透平形成液化天然气气化循环系统，所述第二换热器和海水泵形成热源系统，所述液化天然气泵、第一换热器、冷凝器、第三换热器、第二透平、低压泵、分流器、混合器、高压泵、余热锅炉、第三透平、第四换热器、闪蒸罐和节流阀形成卡琳娜循环整体系统，所述第三换热器和余热锅炉形成燃气轮机排气系统。

进一步的，在上述技术方案中，所述工质循环包括朗肯工质ⅰ循环和卡琳娜工质ⅱ循环，所述朗肯工质ⅰ循环由第一换热器、泵、第二换热器和第一透平组成，所述卡琳娜工质ⅱ循环由冷凝器、低压泵、分流器、混合器、高压泵、余热锅炉、第三透平、第四换热器、闪蒸罐和节流阀组成。

一种液化天然气冷能发电的动力循环系统的发电方法，其特征在于：包括所述的液化天然气冷能发电的动力循环系统，包括以下步骤：

s1：工质ⅰ经第一换热器冷凝后为液态进入泵中，泵将工质ⅰ转化为高压液体，在热源方面，由热源系统提供，海水经过海水泵后进入第二换热器中加热工质ⅰ，高压液态工质ⅰ在第二换热器中被热源海水加热形成具有做功能力的高温高压的气体，然后进入第一透平中做功，带动电机发电。

s2：在冷源方面，从储罐出来的液化天然气经过泵加压到一定的压力后进入第一换热器中和第一透平出口的排气换热后，升温蒸发气化，随后进入冷凝器中，冷凝器对流入进来的天然气进一步的气化加热，再经过第三换热器中排气的加热形成高温高压的过热天然气，进而在第二透平中做功，带动电机发电。

s3：冷凝后的工质ⅱ进入低压泵后经过分流器，分为两股物流，一股物流进入混合器与闪蒸罐底部流出来的富水溶液混合，之后经过高压泵进入余热锅炉，在余热锅炉中被燃气轮机的排气加热为高温高压的气体进入第三透平中膨胀做功带动电机发电，从分流器出来的另外一股物流在第四换热器中被第三透平的排气预热后进入闪蒸罐进行汽液分离，分离后，一股是从闪蒸罐顶部出来的富氨蒸汽，另外一股是从闪蒸罐底部流出的富水溶液，闪蒸罐顶部的富氨蒸汽经节流阀后与第三透平出来的工作溶液混合后进入冷凝器被天然气冷凝为基础溶液。

本发明的技术效果和优点：本发明通过第一换热器的设置，有利于将工质ⅰ冷凝，加快液化天然气的加热速度，通过第二换热器的设置，有利于加热工质ⅰ，为后面操作提供热源，通过冷凝器的设置，有利于冷凝工质ⅱ，从而将气态工质ⅱ转化为液态工质ⅱ，通过分流器的设置，有利于将液态工质ⅱ分成两股，便于操作，通过余热锅炉的设置，有利于将液态工质ⅱ加热成高温高压的气体，从而通过透平带动电机发电，通过闪蒸罐的设置，有利于汽液分离，分离出富氨蒸汽和富水溶液，系统整体结构循环热效率和□效率大大提高，从而达到本发明的目的。

附图说明

图1是本发明整体循环系统结构示意图；

图2是本发明朗肯循环结构示意图；

图3是本发明第二级卡琳娜循环结构示意图；

图4是优化前后各模块的损比较。

图中：1液化天然气泵、2第一换热器、3泵、4第二换热器、5第一透平、6海水泵、7冷凝器、71第一冷凝器、72第二冷凝器、8第三换热器、9第二透平、10低压泵、11分流器、12混合器、13高压泵、14余热锅炉、15第三透平、16第四换热器、17闪蒸罐、18节流阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅

仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供了如图1-3所示的一种液化天然气冷能发电的动力循环系统，包括液化天然气泵1和第一换热器2，通过第一换热器2的设置，有利于将工质ⅰ冷凝，加快液化天然气的加热速度，所述第一换热器2设置于液化天然气泵1的输出端，其特征在于：所述第一换热器2输出端设置有泵3，所述泵3输出端设置有第二换热器4，通过第二换热器4的设置，有利于加热工质ⅰ，为后面操作提供热源，所述第二换热器4输出端设置有第一透平5，所述第一透平5输出端与第一换热器2输入端连接，所述第二换热器4输入端设置有海水泵6，所述第一换热器2输出端设置有冷凝器7，通过冷凝器7的设置，有利于冷凝工质ⅱ，从而将气态工质ⅱ转化为液态工质ⅱ，所述冷凝器7输出端设置有第三换热器8，所述第三换热器8输出端设置有第二透平9，所述冷凝器7输出端设置有低压泵10，所述低压泵10输出端设置有分流器11，通过分流器11的设置，有利于将液态工质ⅱ分成两股，便于操作，所述分流器11输出端设置有混合器12，所述混合器12输出端设置有高压泵13，所述高压泵13输出端设置有余热锅炉14，通过余热锅炉14的设置，有利于将液态工质ⅱ加热成高温高压的气体，从而通过透平带动电机发电，所述余热锅炉14输出端设置有第三透平15，所述第三透平15输出端设置有第四换热器16，所述第四换热器16输出端设置有闪蒸罐17，通过闪蒸罐17的设置，有利于汽液分离，分离出富氨蒸汽和富水溶液，所述闪蒸罐17输出端设置有节流阀18，所述节流阀18输出端与冷凝器7输入端连接。

所述分流器11输出端与第四换热器16输入端连接，所述余热锅炉14输出端与第三换热器8输入端连接，所述冷凝器7包括第一冷凝器71和第二冷凝器72，所述第一冷凝器71的输出端与第二冷凝器72的输入端连接，所述第四换热器16输出端与第一冷凝器71输入端连接，所述节流阀18输出端与第一冷凝器71输入端连接，所述第二冷凝器72输出端与低压泵10输入端连接，所述第二冷凝器72输出端与第三换热器8输入端连接，所述液化天然气泵1、第一换热器2、泵3、第二换热器4、第一透平5和海水泵6形成朗肯循环整体系统，所述液化天然气泵1、第一换热器2、冷凝器7、第三换热器8和第二透平9形成液化天然气气化循环系统，所述第二换热器4和海水泵6形成热源系统，所述液化天然气泵1、第一换热器2、冷凝器7、第三换热器8、第二透平9、低压泵10、分流器11、混合器12、高压泵13、余热锅炉14、第三透平15、第四换热器16、闪蒸罐17和节流阀18形成卡琳娜循环整体系统，所述第三换热器8和余热锅炉14形成燃气轮机排气系统，所述工质循环包括朗肯工质ⅰ循环和卡琳娜工质ⅱ循环，所述朗肯工质ⅰ循环由第一换热器2、泵3、第二换热器4和第一透平5组成，所述卡琳娜工质ⅱ循环由冷凝器7、低压泵10、分流器11、混合器12、高压泵13、余热锅炉14、第三透平15、第四换热器16、闪蒸罐17和节流阀18组成。

优选的，所述工质ⅰ为制冷剂；更为优选的，所述工质ⅰ为r170型制冷剂；所述工质ⅱ为氨水。以上工质具有最优的效果，但作为可替换的其他实施方式，所述工质ⅰ和所述工质ⅱ还可以采用其他具有相同功能的传热介质。

通过第一换热器2的设置，有利于将工质ⅰ冷凝，加快液化天然气的加热速度，通过第二换热器4的设置，有利于加热工质ⅰ，为后面操作提供热源，通过冷凝器7的设置，有利于冷凝工质ⅱ，从而将气态工质转化为液态工质，通过分流器11的设置，有利于将液态工质ⅱ分成两股，便于操作，通过余热锅炉14的设置，有利于将液态工质ⅱ加热成高温高压的气体，从而通过透平带动电机发电，通过闪蒸罐17的设置，有利于汽液分离，分离出富氨蒸汽和富水溶液，从而达到本发明的目的。

实施例2

一种液化天然气冷能发电的动力循环系统的发电方法，包括所述的液化天然气冷能发电的动力循环系统，包括以下步骤：

s1：工质ⅰ经第一换热器2冷凝后为液态进入泵3中，泵3将工质ⅰ转化为高压液体，在热源方面，由热源系统提供，海水经过海水泵6后进入第二换热器4中加热工质ⅰ，高压液态工质ⅰ在第二换热器4中被热源海水加热形成具有做功能力的高温高压的气体，然后进入第一透平5中做功，带动电机发电。

s2：在冷源方面，从储罐出来的液化天然气经过泵1加压到一定的压力后进入第一换热器2中和第一透平5出口的排气换热后，升温蒸发气化，随后进入冷凝器7中，冷凝器7对流入进来的天然气进一步的气化加热，再经过第三换热器8中排气的加热形成高温高压的过热天然气，进而在第二透平9中做功，带动电机发电。

s3：冷凝后的工质ⅱ进入低压泵10后经过分流器11，分为两股物流，一股物流进入混合器12与闪蒸罐17底部流出来的富水溶液混合，之后经过高压泵13进入余热锅炉14，在余热锅炉14中被燃气轮机的排气加热为高温高压的气体进入第三透平15中膨胀做功，带动电机发电；从分流器11出来的另外一股物流在第四换热器16中被第三透平15的排气预热后进入闪蒸罐17进行汽液分离，分离后，一股是从闪蒸罐17顶部出来的富氨蒸汽，另外一股是从闪蒸罐17底部流出的富水溶液，闪蒸罐17顶部的富氨蒸汽经节流阀18后与第三透平15出来的工作溶液混合后进入冷凝器7被天然气冷凝为基础溶液。

如图4所示：优化前后各模块的损比较

优化后各个模块中损的比较如图4所示，可以看出经过参数分析优化后，循环中损比重大的模块的损都有所减少。

本发明所建循环系统的热效率相比于现有技术中的卡琳娜循环，其热效率获得了显著的提高。对系统进行参数分析及优化之后，最终确定了系统的最优值，即朗肯循环中的循环最高压力为3.35mpa，卡琳娜循环中的发生压力为0.48mpa，循环的最高压力为7mpa，循环的工作溶液的浓度为0.53。选取最优值后，朗肯循环的效率为34.9％，卡琳娜循环的热效率和效率分别为52.13％和40.2％。对系统进行了经济性分析获得单位功率的成本为4.86$/w,与文献中的成本5.1$/w相比，有一定的降低，本文所构建的卡琳娜循环的热效率52.13％，相比于文献中的热效率提高了22.03％，具有在卡琳娜循环中同时回收lng冷能的效果，并且由于lng增加了系统中的净功率，系统的热效率得到了进一步提高。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。