一种带有绕管式换热器的LNG冷能发电系统的制作方法

一种带有绕管式换热器的lng冷能发电系统
技术领域
1.本实用新型属于节能环保领域，具体的涉及一种带有绕管式换热器的lng冷能发电系统。


背景技术：

2.lng(liquefied natural gas，液化天然气)作为一种清洁高效的能源，其需求量正在逐年增长。lng在使用前需先加压气化，然后输入管网。lng气化过程中会释放出大量可利用的冷能，将其用于发电是充分利用lng高品位冷能的有效途径。
3.传统的lng冷能发电系统中的换热设备数量较多、占地面积大、系统结构复杂。且传统的lng冷能发电系统的热源一般为海水，当环境温度变化导致海水温度较低时，天然气的温度难以满足入网的使用要求，发电系统的发电功率也会相应减少，无法达到设计要求，进而直接影响lng冷能发电系统运行的可靠性与经济性。
4.为此，本实用新型提供了一种带有绕管式换热器的lng冷能发电系统，以至少部分地解决上述问题。


技术实现要素：

5.在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.为了至少部分地解决上述问题，本实用新型提供了一种带有绕管式换热器的lng冷能发电系统，所述发电系统包括：
7.循环泵，用于输送发电工质；
8.蒸发器，所述蒸发器为绕管式换热器，且包括第一壳程和至少两个第一管程，所述第一壳程的进口连接至所述循环泵的出口，所述第一管程用于形成热源工质的流道；
9.膨胀发电机组，所述膨胀发电机组的进口连接至所述第一壳程的出口，所述膨胀发电机组用于利用气态的所述发电工质发电；
10.冷凝器，所述冷凝器连接在所述膨胀发电机组的出口和所述循环泵的进口之间，用于利用lng的冷能冷凝发电后的所述发电工质；
11.复热器，所述复热器为绕管式换热器，且包括第二壳程和至少两个第二管程，所述第二壳程的进口连接至所述冷凝器的用于输出天然气的出口，所述第二管程和所述第一管程对应连通，用于形成所述热源工质的流道。
12.根据本实用新型的带有绕管式换热器的lng冷能发电系统，将蒸发器设置为包括第一壳程和至少两个第一管程的绕管式换热器，将复热器设置为包括第二壳程和至少两个第二管程的绕管式换热器，第一壳程用于形成发电工质的流道，第二壳程用于形成天然气的流道，且第二管程和第一管程对应连通，用于形成热源工质的流道，以使热源工质加热发
电工质和lng，既能够在不增加换热设备的情况下保证对发电系统热源工质的供给，有效简化发电系统的结构，减少发电系统的换热设备数量以及占地面积，又能够对发电系统供给至少一种热源工质，有效降低环境温度对发电系统的影响，并保证天然气的温度达到入网使用要求，保证发电系统的发电功率达到设计值并维持稳定，进而保证发电系统运行的可靠性与经济性。
13.可选地，所述冷凝器为绕管式换热器，且包括第三管程，所述第三管程用于形成lng的流道。
14.可选地，所述发电系统还包括调节组件和热源工质供给管路，所述热源工质供给管路至少为两条，且与所述第二管程对应连通，所述调节组件包括第一调节阀，所述第一调节阀设置在所述热源工质供给管路上。
15.可选地，所述发电系统还包括第一连通管路，所述第一连通管路设置在相邻的所述热源工质供给管路之间，用于连通相邻的所述热源工质供给管路，所述调节组件还包括第二调节阀，所述第二调节阀设置在所述第一连通管路上。
16.可选地，所述发电系统还包括调节组件和热源工质输出管路，所述热源工质输出管路至少为两条，且与所述第一管程对应连通，所述调节组件包括第三调节阀，所述第三调节阀设置在热源工质输出管路上。
17.可选地，所述发电系统还包括第二连通管路，所述第二连通管路设置在相邻的所述热源工质输出管路之间，用于连通相邻的所述热源工质输出管路，所述调节组件还包括第四调节阀，所述第四调节阀设置在所述第二连通管路上。
18.可选地，所述发电系统还包括第一旁通管路，所述第一旁通管路连接至所述冷凝器的出口和所述蒸发器的进口，且所述第一旁通管路上设置有第五调节阀。
19.可选地，所述发电系统还包括第二旁通管路，所述第二旁通管路连接至所述蒸发器的出口和所述冷凝器的进口，且所述第二旁通管路上设置有第六调节阀。
20.可选地，所述热源工质供给管路用于输送海水、热水、蒸汽和烟气中的至少一种热源工质。
附图说明
21.本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。
22.附图中：
23.图1为根据本实用新型的优选实施方式的带有绕管式换热器的lng冷能发电系统的示意图。
24.附图标记说明：
25.100：发电系统
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110：循环泵
26.120：蒸发器
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121：第一壳程
27.122：第一管程
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130：膨胀发电机组
28.131：膨胀机
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132：发电机
29.140：冷凝器
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141：第三壳程
30.142：第三管程
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150：复热器
31.151：第二壳程
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152：第二管程
32.161：热源工质供给管路
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162：热源工质输出管路
33.171：第一调节阀
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172：第二调节阀
34.173：第三调节阀
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174：第四调节阀
35.175：第五调节阀
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176：第六调节阀
36.181：第一连通管路
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182：第二连通管路
37.191：第一旁通管路
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192：第二旁通管路
具体实施方式
38.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
39.为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本实用新型。显然，本实用新型的施行并不限定于该技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式，不应当解释为局限于这里提出的实施方式。
40.应当理解的是，在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施方式并且不作为本实用新型的限制，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本实用新型中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。
41.本实用新型中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。
42.以下，将参照附图对本实用新型的具体实施方式进行更详细地说明，这些附图示出了本实用新型的代表实施方式，并不是限定本实用新型。
43.参考图1，根据本实用新型的一个优选实施方式的带有绕管式换热器的lng冷能发电系统100包括循环泵110、蒸发器120、膨胀发电机组130、冷凝器140和复热器150。
44.其中，循环泵110、蒸发器120、膨胀发电机组130和冷凝器140依次连接，共同构成带有绕管式换热器的lng冷能发电系统100的有机朗肯循环发电回路。
45.具体的，循环泵110用于将低沸点的液态有机发电工质输送至蒸发器120。
46.蒸发器120构造为绕管式换热器，且包括第一壳程121和至少两个第一管程122。第一壳程121的进口连接至循环泵110的出口，低沸点的液态有机发电工质经循环泵110流入蒸发器120的第一壳程121。至少两个第一管程122用于形成诸如海水、热水、蒸汽和烟气等的至少一种热源工质的流道。第一壳程121内的发电工质被第一管程122内的热源工质加热气化，使得第一壳程121出口处的气态发电工质的温度和压力达到一定值，以满足发电要求。
47.膨胀发电机组130的进口连接至第一壳程121的出口，气态发电工质经第一壳程121的出口进入膨胀发电机组130后膨胀做功发电。具体的，膨胀发电机组130可以包括膨胀机131和发电机132。发电机132与膨胀机131可通过传动轴连接。气态发电工质进入膨胀机131后膨胀做功，并驱动发电机132发电。
48.冷凝器140连接在膨胀发电机组130的出口和循环泵110的进口之间。发电后的发电工质经由膨胀发电机组130的出口进入冷凝器140，在冷凝器140中利用lng的冷能被冷凝成液态后，进入循环泵110的进口，然后经由循环泵110升压后再次进入蒸发器120的第一壳程121中循环。也就是发电工质按照图1中箭头abcdefa所示的流动路径循环。
49.冷凝器140的冷源为lng。lng可以经由lng存储罐进入冷凝器140，并在冷凝器140中被发电工质加热气化以释放冷能，冷却发电工质。冷凝器140的用于输出天然气的出口与复热器150相连通，以将天然气输送至复热器150中继续被加热，以得到温度满足入网使用要求的天然气，如温度不低于0℃的天然气。
50.具体的，复热器150为绕管式换热器，且包括第二壳程151和至少两个第二管程152。第二壳程151的进口连接至冷凝器140的用于输出天然气的出口。天然气经由冷凝器140的用于输出天然气的出口进入复热器150的第二壳程151。至少两个第二管程152用于形成输送诸如海水、热水、蒸汽和烟气等的至少一种热源工质的流道。第二壳程151内的天然气被第二管程152内的热源工质继续加热，以得到温度满足入网使用要求的天然气。
51.也就是lng在冷凝器140中被发电工质加热气化后，进入复热器被热源工质进一步被加热成温度不低于0℃的天然气，然后进入天然气输送管网，即按照图1中箭头hij所示的流动路径流动。
52.复热器150的第二管程152与蒸发器120的第一管程122对应连通，以共同形成热源工质的流道。热源工质一般由热源工质供给管路161进入复热器150的第二管程152，在复热器150中与天然气换热后进入蒸发器120的第一管程122，继续加热发电工质，然后经由热源工质输出管路162输出。也就是热源工质按照图1中箭头lmn所示的流动路径流动。
53.在图1所示实施方式中，蒸发器120具有三个第一管程122，复热器150具有三个第二管程152，且三个第二管程152和三个第一管程122一一对应连通。可以理解，在未示出的实施方式中，第一管程122和第二管程152也可以设置为其它数量，如四个、五个或六个等，在此不再做具体限定。
54.根据本实用新型的带有绕管式换热器的lng冷能发电系统100，将蒸发器120设置为包括第一壳程121和至少两个第一管程122的绕管式换热器，将复热器150设置为包括第二壳程151和至少两个第二管程152的绕管式换热器，第一壳程121用于形成发电工质的流道，第二壳程151用于形成天气热的流道，且第二管程152和第一管程122对应连通，用于共同形成热源工质的流道，以加热发电工质和天然气，既能够在不增加换热设备的情况下保证对发电系统100热源工质的供给，有效简化发电系统100的结构，减少发电系统100的换热设备数量以及占地面积，又能够对发电系统100供给至少一种热源工质，有效降低环境温度和海水温度对发电系统100的影响，并保证天然气的温度达到入网使用要求，保证发电系统100的发电功率达到设计值并维持稳定，进而保证发电系统100运行的可靠性与经济性。
55.此外，将蒸发器120和复热器150设置为绕管式换热器，能够使得蒸发器120和复热器150的结构更加紧凑，有效增加蒸发器120和复热器150单位体积的传热面积，进而提高热
源工质与发电工质和天然气之间的换热效率。且绕管式换热器易于大型化，因此单台绕管式的蒸发器120和复热器150就能够满足发电系统100高负荷运行的需求，无需采用多台换热设备串联或并联运行。
56.为了进一步简化发电系统100的结构，减少发电系统100中换热设备的数量，冷凝器140优选地构造为绕管式换热器，且包括第三壳程141和第三管程142。第三壳程141的进口和出口分别连接至膨胀发电机组130的出口和循环泵110的进口，以形成发电工质的流道。第三管程142的进口可以连接至诸如lng存储罐之类的lng存储容器，第三管程142的出口连接至复热器150的第二壳程151，以输出天然气。lng在第三管程142内释放冷能，以冷却膨胀做功后的发电工质。
57.热源工质通过热源工质供给管路161输送至复热器150。根据本实用新型的带有绕管式换热器的lng冷能发电系统100包括至少两条热源工质供给管路161。热源工质供给管路161与复热器150的第二管程152一一对应连通，以向第二管程152输送海水、热水、蒸汽和烟气等的至少一种热源工质。
58.在图1所示实施方式中，有三条热源工质供给管路161，分别与复热器150的三个第二管程152对应连通。可以理解，在未示出的实施方式中，热源工质供给管路161也可以设置为其它数量，如四条、五条或六条等，在此不再做具体限定。
59.发电系统100的运行通过调节组件进行调节。调节组件包括设置在热源工质供给管路161上的第一调节阀171，以根据发电系统100的需求调节热源工质供给管路161的开度。下面以图1所示的具有三条热源工质供给管路161的发电系统100为例，说明第一调节阀171对发电系统100的调节作用。
60.当环境温度高时，海水温度相应也较高，此时可以仅以海水作为热源工质。根据发电系统100的运行需求，如膨胀发电机组130进口处发电工质的温度以及复热器150第二壳程151出口处天然气的温度要求，打开三个第一调节阀171中的至少一个，并调节第一调节阀171的开度，使一定量的海水流入三条热源工质供给管路161中的至少一条，以维持发电系统100的稳定运行。
61.当环境温度低时，海水温度相应也较低，此时仅以海水作为热源工质难以满足发电系统100的运行需求。为维持发电系统100的稳定运行，可以打开三个第一调节阀171中的至少两个，并调节每个第一调节阀171的开度，使三条热源工质供给管路161中的至少两条运行，且根据膨胀发电机组130进口处发电工质的温度以及复热器150第二壳程151出口处天然气的温度要求，分别输送海水、热水、蒸汽和烟气等的不同种类的热源工质。
62.热源工质流经复热器150的第二管程152和蒸发器120的第一管程122后，通过热源工质输出管路162输出。根据本实用新型的带有绕管式换热器的lng冷能发电系统100包括至少两条热源工质输出管路162，热源工质输出管路162与蒸发器120的第一管程122一一对应连通，以输出第一管程122内的海水、热水、蒸汽和烟气等的至少一种热源工质。
63.在图1所示实施方式中，有三条热源工质输出管路162，分别与蒸发器120的三个第一管程122对应连通。可以理解，在未示出的实施方式中，热源工质供输出管路也可以设置为其它数量，如四条、五条或六条等，在此不再做具体限定。
64.调节组件优选地还包括设置在热源工质输出管路162上的第三调节阀173，以根据需要输出的热源工质的种类和流量调节参与发电系统100运行的热源工质输出管路162的
数量与开度。
65.由于热源工质输出管路162与热源工质供给管路161通过第一管程122和第二管程152对应连通，因此第三调节阀173的开关情况以及开度可以与第一调节阀171的开关情况以及开度保持一致。
66.发电系统100优选地还包括第一连通管路181，第一连通管路181设置在相邻的热源工质供给管路161之间，用于连通相邻的热源工质供给管路161。调节组件优选地还包括设置在第一连通管路181上的第二调节阀172。
67.当需要向复热器150的相邻的第二管程152中输送同种热源工质时，可以只打开一条热源工质供给管路161上的第一调节阀171，然后再打开与上述相邻的第二管程152相连通的热源工质供给管路161之间的第一连通管路181上的第二调节阀172即可。如此能够减少参与发电系统100运行的动力设备的数量，如减少向热源工质供给管路161输送热源工质的泵的数量，进而节省能源。
68.进一步地，发电系统100还包括第二连通管路182。第二连通管路182设置在相邻的热源工质输出管路162之间，用于连通相邻的热源工质输出管路162。调节组件对应的还包括设置在第二连通管路182上的第四调节阀174。
69.第二连通管路182和第四调节阀174的设置，可以使蒸发器120的相邻的第一管程122中流出的同种热源工质从同一个热源工质输出管路162输出，以便于对输出的同种热源工质进行后续的处理。
70.同样地，由于热源工质输出管路162与热源工质供给管路161通过第一管程122和第二管程152对应连通，因此第四调节阀174的开关情况以及开度可以与第二调节阀172的开关情况以及开度保持一致。
71.此外，发电系统100还包括第一旁通管路191和第二旁通管路192。
72.第一旁通管路191连接至冷凝器140的出口和蒸发器120的进口，具体的连接至冷凝器140的第三壳程141的出口和蒸发器120的第一壳程121的进口。调节组件还包括设置在第一旁通管路191上的第五调节阀175。
73.第一旁通管路191用于调节从循环泵110出口进入蒸发器120的第一壳程121的发电工质的流量。如当需要减小从循环泵110出口进入蒸发器120的第一壳程121的发电工质的流量时，打开第五调节阀175，循环泵110出口的一部分发电工质进入蒸发器120第一壳程121，即沿图1中箭头abcdefa所示的流动路径循环流动，循环泵110出口的另一部分发电工质进入第一旁通管路191，即沿图1中箭头aofa所示的流动路径循环流动。
74.第二旁通管路192连接至蒸发器120的出口和冷凝器140的进口，具体的连接至蒸发器120的第一壳程121的出口和冷凝器140的第三壳程141的进口。调节组件还包括设置在第二旁通管路192上的第六调节阀176。
75.第二旁通管路192在发电系统100处于非发电模式的情况下开启，此时膨胀发电机组130处于关闭状态，发电工质沿图1中箭头abcpefa所示的流动路径循环流动，发电系统100仅用于气化lng，以获得满足使用要求的天然气。
76.另外，调节组件的各个调节阀的开关情况以及开度调节，可以通过手动控制，也可以设置控制系统自动控制。
77.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术
人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中出现的诸如“部”、“件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其他特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
78.本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。