基于LNG气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统

本发明涉及基于lng气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统，属于液化天然气气化及余热发电。

背景技术：

1、随着低碳环保政策及双碳目标的确立，近些年天然气需求量急剧增大，其中2021年中国液化天然气进口数量为7879.9万吨,同比增长17.4%。

2、液化天然气（lng）船运并输配至高压气化站进行气化，再以高/中/低压方式通过管网送到下游中低压用气站，或者就地进行发电供热等。由于液化天然气的储存温度约为-162℃，含有极大的冷量，而其气化过程中需要外部热源进行加热。例如南通口岸lng：设计供应量2000万吨，目前已达到700多万吨。其气化过程采用大量海水（全年约15～30℃）与lng进行换热，lng气化后的压力约为10mpa、温度常温（约10～30℃），比容约100kg/m3，再输入高压燃气管道进行远距离输配。

3、存在问题如下。海水退水的温度下降，返回大海后降低了临近海域的水温，严重影响到许多海洋生物的正常生长及渔业资源生态，政府希望彻底解决问题。

4、lng液化过程中耗费了极高的电力等能源，也蕴含了品位极高的冷量资源，目前通过海水加热气化的方法，白白浪费了冷量资源。

5、双碳政策下更应采取创新性技术方式，高效回收利用lng冷量资源，实现节能环保一体化效益。

技术实现思路

1、本发明的目的和任务是，针对上述lng气化工程中存在的极大的低温㶲资源及做功能力，采用全新的基于余热驱动的能源动力工艺系统，通过多级发电及供冷等技术方式，实现高效的综合梯级利用余热资源，实现节能环保一体化。

2、本发明的具体描述是：基于lng气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统，其特征在于，甚低温多效余热发电供冷系统由液化天然气lng气化子系统、工业余热水冷却子系统、一级水蒸气余热发电模块、二级有机朗肯低温余热发电模块、三级有机朗肯甚低温余热发电模块、四级燃气低温余压发电模块、余能供冷模块及连接管路组成，其中，所述的lng气化子系统包括lng供液装置1、中低压燃气用户2、高压给液泵44，所述的工业余热水冷却子系统包括工业余热水来水h1的来水管6、工业余热水退水h2的退水管5、冷却塔3、冷却循环泵4，其中冷却塔3的进水口与来水管6相通，冷却塔3的出水口与冷却循环泵4的进口相连，冷却循环泵4的出口与退水管5相通，所述的一级水蒸气余热发电模块中的低温蒸发器11的热源水进口与来水管6相通，低温蒸发器11的热源水出口与热源回水泵15的进口相连，低温蒸发器11的二次蒸汽出口与超低压汽轮机12的主蒸汽进口相连，超低压汽轮机12的乏气出口与凝汽器13的进汽口相连，凝汽器13的凝结水出口与凝结泵14的进口相连，凝结泵14的出口与供冷器7的低温侧进口相连，并通过旁通阀与供冷器7的低温侧出口相连，供冷器7的高温侧进口与冷冻水来水c1相通，供冷器7的高温侧出口与冷冻水退水c2相通，供冷器7的低温侧出口还与热源回水泵15的出口相连，并与退水管5相通，凝汽器13的冷却液进口与低温凝液泵24的出口相连，凝汽器13的冷却汽出口与低温余热再热器21的低温侧进口相连，低温余热再热器21的高温侧进口与来水管6相通，低温余热再热器21的高温侧出口与退水管5相通，低温余热再热器21的低温侧出口与有机朗肯低温余热膨胀机22的主汽进口相连，有机朗肯低温余热膨胀机22的乏气出口与低温冷凝器23的进汽口相连，低温冷凝器23的凝结液出口与低温凝液泵24的进口相连，低温冷凝器23的冷却液进口与甚低温凝液泵34的出口相连，低温冷凝器23的冷却汽出口与甚低温余热再热器31的低温侧进口相连，甚低温余热再热器31的高温侧进口与来水管6相通，甚低温余热再热器31的高温侧出口与退水管5相通，甚低温余热再热器31的低温侧出口与有机朗肯甚低温余热膨胀机32的主汽进口相连，有机朗肯甚低温余热膨胀机32的乏气出口与甚低温冷凝器33的进汽口相连，甚低温冷凝器33的凝结液出口与甚低温凝液泵34的进口相连，甚低温冷凝器33的冷却液进口与高压给液泵44的出口相连，高压给液泵44的进口与lng供液装置1的供液口相连，甚低温冷凝器33的冷却汽出口与高压燃气余热再热器41的低温侧进口相连，高压燃气余热再热器41的高温侧进口与来水管6相通，高压燃气余热再热器41的高温侧出口与退水管5相通，高压燃气余热再热器41的低温侧出口与燃气低温余压发电膨胀机42的主汽进口相连，燃气低温余压发电膨胀机42的乏气出口与低压燃气余热再热器43的进汽口相连，低压燃气余热再热器43的高温侧进口与来水管6相通，低压燃气余热再热器43的高温侧出口与退水管5相通，低压燃气余热再热器43的低温侧出口与中低压燃气用户2的进气管相连。

3、低温蒸发器11采用闪蒸器结构或间壁式自由液面蒸发器结构。

4、超低压汽轮机12的主蒸汽压力范围为绝压5～30kpa，乏气压力范围为1～3kpa。

5、工业余热水来水h1的温度范围为35～70℃，所述的冷冻水退水c2的温度范围为7～15℃。

6、有机朗肯低温余热膨胀机22采用透平机或螺杆机的结构，其做功工质采用乙烷或丙烷。

7、有机朗肯甚低温余热膨胀机32采用透平机或螺杆机的结构，其做功工质采用甲烷。

8、燃气低温余压发电膨胀机42采用透平机或螺杆机的结构，其做功工质采用lng气化后的天然气。

9、本发明的有益效果如下：其一，利用lng气化时的低温㶲和高压做功能力进行多级发电，及适配性的满足供冷需求。其二，利用各类高耗能工业企业最大的余热资源——30～70℃的冷却水余热，进行多级甚低温发电，实现了前所未有的节能方式。第三，对各级发电的主汽进行再热，提高主汽温度及焓值，同时提高了其做功能力，结合多效多级发电，可取得较为显著的发电效率，可最充分开发lng气化做功能力。其四，避免了通常采用海水进行lng气化过程中所带来的所涉及海域内海水温度显著降低对海域生物及渔业资源带来的不利影响，且避免了海水在换热过程中对所接触的设备部件及管线等带来的严重的腐蚀及维修更新费用及其工作量。

技术特征：

1.基于lng气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统，其特征在于，甚低温多效余热发电供冷系统由液化天然气（lng）气化子系统、工业余热水冷却子系统、一级水蒸气余热发电模块、二级有机朗肯低温余热发电模块、三级有机朗肯甚低温余热发电模块、四级燃气低温余压发电模块、余能供冷模块及连接管路组成，其中，所述的lng气化子系统包括lng供液装置（1）、中低压燃气用户（2）、高压给液泵（44），所述的工业余热水冷却子系统包括工业余热水来水（h1）的来水管（6）、工业余热水退水（h2）的退水管（5）、冷却塔（3）、冷却循环泵（4），其中冷却塔（3）的进水口与来水管（6）相通，冷却塔（3）的出水口与冷却循环泵（4）的进口相连，冷却循环泵（4）的出口与退水管（5）相通，所述的一级水蒸气余热发电模块中的低温蒸发器（11）的热源水进口与来水管（6）相通，低温蒸发器（11）的热源水出口与热源回水泵（15）的进口相连，低温蒸发器（11）的二次蒸汽出口与超低压汽轮机（12）的主蒸汽进口相连，超低压汽轮机（12）的乏气出口与凝汽器（13）的进汽口相连，凝汽器（13）的凝结水出口与凝结泵（14）的进口相连，凝结泵（14）的出口与所述的余能供冷模块中的供冷器（7）的低温侧进口相连，并通过旁通阀与供冷器（7）的低温侧出口相连，供冷器（7）的高温侧进口与冷冻水来水（c1）相通，供冷器（7）的高温侧出口与冷冻水退水（c2）相通，供冷器（7）的低温侧出口还与热源回水泵（15）的出口相连，并与退水管（5）相通，凝汽器（13）的冷却液进口与低温凝液泵（24）的出口相连，凝汽器（13）的冷却汽出口与所述的二级有机朗肯低温余热发电模块中的低温余热再热器（21）的低温侧进口相连，低温余热再热器（21）的高温侧进口与来水管（6）相通，低温余热再热器（21）的高温侧出口与退水管（5）相通，低温余热再热器（21）的低温侧出口与有机朗肯低温余热膨胀机（22）的主汽进口相连，有机朗肯低温余热膨胀机（22）的乏气出口与低温冷凝器（23）的进汽口相连，低温冷凝器（23）的凝结液出口与低温凝液泵（24）的进口相连，低温冷凝器（23）的冷却液进口与甚低温凝液泵（34）的出口相连，低温冷凝器（23）的冷却汽出口与所述的三级有机朗肯甚低温余热发电模块中的甚低温余热再热器（31）的低温侧进口相连，甚低温余热再热器（31）的高温侧进口与来水管（6）相通，甚低温余热再热器（31）的高温侧出口与退水管（5）相通，甚低温余热再热器（31）的低温侧出口与有机朗肯甚低温余热膨胀机（32）的主汽进口相连，有机朗肯甚低温余热膨胀机（32）的乏气出口与甚低温冷凝器（33）的进汽口相连，甚低温冷凝器（33）的凝结液出口与甚低温凝液泵（34）的进口相连，甚低温冷凝器（33）的冷却液进口与所述的四级燃气低温余压发电模块中的高压给液泵（44）的出口相连，高压给液泵（44）的进口与lng供液装置（1）的供液口相连，甚低温冷凝器（33）的冷却汽出口与高压燃气余热再热器（41）的低温侧进口相连，高压燃气余热再热器（41）的高温侧进口与来水管（6）相通，高压燃气余热再热器（41）的高温侧出口与退水管（5）相通，高压燃气余热再热器（41）的低温侧出口与燃气低温余压发电膨胀机（42）的主汽进口相连，燃气低温余压发电膨胀机（42）的乏气出口与低压燃气余热再热器（43）的进汽口相连，低压燃气余热再热器（43）的高温侧进口与来水管（6）相通，低压燃气余热再热器（43）的高温侧出口与退水管（5）相通，低压燃气余热再热器（43）的低温侧出口与中低压燃气用户（2）的进气管相连。

2.如权利要求1所述的基于lng气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统，其特征在于所述的低温蒸发器（11）采用闪蒸器结构或间壁式自由液面蒸发器结构。

3.如权利要求1所述的基于lng气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统，其特征在于所述的超低压汽轮机（12）的主蒸汽压力范围为绝压5～30kpa，乏气压力范围为1～3kpa。

4.如权利要求1所述的基于lng气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统，其特征在于所述的工业余热水来水（h1）的温度范围为35～70℃，所述的冷冻水退水（c2）的温度范围为7～15℃。

5.如权利要求1所述的基于lng气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统，其特征在于所述的有机朗肯低温余热膨胀机（22）采用透平机或螺杆机的结构，其做功工质采用乙烷或丙烷。

6.如权利要求1所述的基于lng气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统，其特征在于所述的有机朗肯甚低温余热膨胀机（32）采用透平机或螺杆机的结构，其做功工质采用甲烷。

7.如权利要求1所述的基于lng气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统，其特征在于所述的燃气低温余压发电膨胀机（42）采用透平机或螺杆机的结构，其做功工质采用lng气化后的天然气。

技术总结
基于LNG气化㶲驱动的甚低温多效余热发电供冷系统，属于液化天然气气化及余热发电技术领域。该系统包括液化天然气（LNG）气化子系统、工业余热水冷却子系统、一级水蒸气余热发电模块、二级有机朗肯低温余热发电模块、三级有机朗肯甚低温余热发电模块、四级燃气低温余压发电模块、余能供冷模块。其中，工业余热水作为第一级发电的新蒸汽热源和后三级发电的再热热源，剩余冷负荷由冷却塔承担；LNG低温冷却能力作为第三级发电乏气的冷源，而其气化后的高压做功能力作为第四级发电的驱动能源；第三级、第二级工质冷凝液分别作为第二级、第一级发电乏气的冷源，第一级工质冷凝液优先作为供冷冷源。该专利可最充分开发LNG气化做功能力。

技术研发人员：李先庭,张茂勇,石文星,王宝龙,李天成,韦发林,卢剑勇,李鑫,王学勇,苗舰,温耀欣,倪文岗,尹全亮
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12