LNG冷能斯特林发电系统的制作方法

本实用新型涉及液化天然气(LNG)领域，具体涉及一种LNG冷能斯特林发电系统。

背景技术：

根据我国能源中长期发展规划，天然气将成为我国能源发展战略的一个亮点和绿色能源支柱之一。在未来的时间内，我国将会大量进口天然气，其中大部分天然气将以液化天然气(LNG)的方式输送到中国。大量进口的LNG，同时携带着大量的冷能，如果不能有效地利用这些冷能，将会造成巨大的能源浪费和环境污染。因此，如何有效地利用这些冷能，就变得极为重要与必要。而利用LNG冷能发电，一方面可以有效的利用LNG的高品位冷能；另一方面，在获得巨大的经济效益的同时，不仅对天然气本身没有消耗，而且可以减少LNG气化过程中的环境污染。这对加快天然气在我国能源消耗结构中的广度与深度，提高LNG的能源利用效率，实现国家可持续发展都是非常必要的。

目前LNG冷能发电以直接膨胀法或二次媒介朗肯循环法为主，这两种方法都存在发电效率低、系统和设备结构复杂的确定，而且膨胀法仅适用于存在高压LNG的工况，对于低压LNG系统无法使用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种结构简单、适用性强的、能在低压条件下使用的LNG冷能斯特林发电系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种LNG冷能斯特林发电系统，包括LNG储罐、LNG液相管路、LNG气相管路、冷能斯特林发电装置、LNG加热器，LNG储罐的出液口连通于LNG液相管路，冷能斯特林发电装置的冷端连接LNG液相管路以吸收LNG冷能，冷能斯特林装置的热端连接外界热源，LNG气相管路分别连通于冷能斯特林装置的冷端和LNG加热器以将冷能斯特林装置的冷端的气相天然气传送到LNG加热器，LNG加热器的输出端连通于天然气的传送端。具体地，天然气的传送端可为管道天然气或天然气撬罐车。

进一步，所述LNG储罐储存的内容物为-170℃～-150℃液相LNG。液化天然气(LNG)是天然气经压缩、冷却至其沸点温度后变成液体，通常液化天然气储存在-170℃～-150℃、0.1MPa左右的低温储存罐内。

再进一步，所述冷能斯特林发电装置的冷端内设有换热盘管，液相LNG在换热盘管外部蒸发成为低温天然气。由于换热盘管外部流通低温的LNG，故换热盘管的材质为耐低温的材质。

进一步，所述换热盘管连通于冷能斯特林发电装置的气体工作介质管路，用于与从LNG液相管路而来的液相LNG换热。

再进一步，所述冷能斯特林发电装置的气体工作介质为在-170℃以下还能保持气态的气体。具体地，气体工作介质为氢气、氦气、氩气或其他惰性气体中的任意一种。

进一步，所述冷能斯特林发电装置的热端所用热源为海水、地表水、空气、烟气余热、工业余热中的任意一种。

再进一步，所述LNG加热器的热源为海水、地表水、空气、烟气余热、工业余热中的任意一种。

LNG冷能斯特林发电系统的工作方法，包括如下步骤：

S1液相LNG从LNG储罐通过LNG液相管路传送到冷能斯特林发电装置的冷端；

S2冷能斯特林发电装置的热端为冷能斯特林发电装置内部的工作介质提供热能，工作介质受热膨胀，经液相LNG冷却后体积压缩，带动气缸做活塞运动，从而输出动力带动发电机发电；

具体工作原理为：工作介质通过冷能斯特林发电装置的热端通入散热盘管内部，工作介质受热膨胀，液相LNG通过LNG液相管路进入冷能斯特林发电装置的冷端的散热盘管的外部与散热盘管内部的工作介质换热，工作介质冷却压缩，带动气缸做活塞运动，从而输出动力带动发电机发电，工作介质在散热盘管内循环使用，液相LNG在换热盘管外部受热汽化为低温气相天然气。

S3受热后的液相LNG汽化为低温气相天然气从冷能斯特林发电装置的冷端排出通过LNG气相管路传送到LNG加热器，通过加热达到管道天然气或天然气撬罐车的温度压力要求后传送到输气管道以供使用。

本实用新型的有益技术效果：

1、利用液相LNG和热端温差造成冷能斯特林发电装置内部的工作介质的冷却压缩和吸热膨胀，带动气缸做活塞运动，从而输出动力带动发电机发电，同时，冷能斯特林发电系统可在低压LNG系统中应用；

2、换热后的气相天然气在加热加压以达到管道天然气或天然气撬罐车的温度压力要求后，可通过输气管道供用户使用；

3、液相LNG作为冷端的冷能，冷能斯特林发电装置无需在冷端另外设置冷却散热器，简化了结构和步骤。

附图说明

图1为LNG冷能斯特林发电系统的结构图；

图2为LNG的温焓状态随压力变化曲线图。

附图标记

LNG储罐1；冷能斯特林发电装置2；冷端3；热端4；热端热源5；LNG加热器6；LNG加热器热源7。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

一种LNG冷能斯特林发电系统，包括LNG储罐1、LNG液相管路、LNG气相管路、冷能斯特林发电装置2、LNG加热器6，LNG储罐1的出液口连通于LNG液相管路，冷能斯特林发电装置的冷端3连接LNG液相管路以吸收LNG冷能，冷能斯特林装置的热端4连接外界热端热源5，LNG气相管路分别连通于冷能斯特林装置的冷端3和LNG加热器6以将冷能斯特林装置的冷端3的气相天然气传送到LNG加热器6，LNG加热器6的输出端连通于天然气的传送端。具体地，天然气的传送端可为管道天然气或天然气撬罐车。

进一步，所述LNG储罐1储存的内容物为-170℃～-150℃液相LNG。液化天然气(LNG)是天然气经压缩、冷却至其沸点温度后变成液体，通常液化天然气储存在-170℃～-150℃、0.1MPa左右的低温储存罐内。

再进一步，所述冷能斯特林发电装置的冷端3内设有换热盘管，液相LNG在换热盘管外部蒸发成为低温天然气。由于换热盘管外部流通低温的LNG，故换热盘管的材质为耐低温的材质。

进一步，所述换热盘管连通于冷能斯特林发电装置2的气体工作介质管路，用于与从LNG液相管路而来的液相LNG换热。

再进一步，所述冷能斯特林发电装置2的气体工作介质为在-170℃以下还能保持气态的气体。具体地，气体工作介质为氢气、氦气、氩气或其他惰性气体中的任意一种。

进一步，所述冷能斯特林发电装置的热端4所用的热端热源5为海水、地表水、空气、烟气余热、工业余热中的任意一种。

再进一步，所述LNG加热器6的所用的LNG加热器热源7为海水、地表水、空气、烟气余热、工业余热中的任意一种。

如图1所示，LNG冷能斯特林发电系统的工作方法，包括如下步骤：

S1-170℃～-150℃的液相LNG从LNG储罐1通过LNG液相管路传送到冷能斯特林发电装置的冷端3，在本实施例中，液相LNG的温度为-162℃；

S2冷能斯特林发电装置的热端4经热端热源5加热为冷能斯特林发电装置2的换热盘管内部的工作介质提供热量，液相LNG在换热盘管外部受热汽化为低温天然气，低温天然气冷却换热盘管内部的工作介质，利用冷端3和热端4温差造成工作介质的冷却压缩和吸热膨胀，带动气缸做活塞运动，从而输出动力带动发电机发电，所述低温天然气温度为-35℃；

S3受热后的液相LNG汽化为-35℃的低温气相天然气从冷能斯特林发电装置的冷端3排出通过LNG气相管路传送到LNG加热器6，通过LNG加热器热源7加热达到29℃要求后传送到输气管道以供使用。

如图2所示，可以通过LNG冷量与LNG的温度压力的变化曲线图快速查询LNG冷量的大概数值，但准确的冷量技术需要按照下面的计算公式进行计算。

上述LNG冷能斯特林发电系统的冷能应用冷量及发电量满足下面的计算公式：

1.冷能利用及损失能量平衡式：

Q总＝FLNG*(T供-T0)*CpLNG＝QStirling+QHeater

其中：斯特林冷能利用总量QStirling＝FLNG*(T2-T1)*CpLNG

LNG加热器散热损失QHeater＝Q1+Q2+…+Qn

2.冷能利用发电量计算式：

P总＝PStirling

斯特林发电量PStirling＝F工质*Q吸热*ηS*ηe

＝F工质*Q吸热*(1-T1’/T2’)*ηe

式中，PStirling斯特林发电机发电量；F工质为斯特林机内循环工质流量；ηS为斯特林发动机热效率，ηe为发电机效率，Q吸热为斯特林机热端吸热量，其决定T2’热端平均温度，T1’为冷端平均温度由斯特林冷能利用总量QStirling决定。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。