一种高品位LNG冷能分步式联合利用系统的制作方法

本发明涉及液化天燃气lng冷能转换利用，特别涉及一种高品位lng冷能分步式联合利用系统。

背景技术：

1、lng是天然气贮存和运输的主要形式，其终端大多是以气态的形式加以利用，气化为常温气体时会释放出约830mj/t的冷能，传统lng气化工艺中，冷能回收方法较为单一，综合利用效率较低，导致大量能源浪费。

2、我国已经规划和建设的lng接收站,主要考虑港口和气化设施的空间布局，而对冷能利用产业链考虑较少，也远离大型石化工业集群，难以发挥能量集成优化利用的优势，而lng调峰站冷能用户种类繁多，分布范围广，更有利于梯级利用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高品位lng冷能分步式联合利用系统，以解决采用现有冷能回收方法，冷能综合利用效率较低，导致大量能源浪费的技术问题。

2、本发明所采用的技术方案是，一种高品位lng冷能分步式联合利用系统，其特殊之处在于：

3、包括第一发电系统、第二发电系统以及蓄冷制冷循环系统；

4、所述第一发电系统为以氮气为工质的布雷顿闭式循环气体透平发电系统，用于实现lng冷能的第一次释放及利用其发电；所述第一发电系统包括第一冷却器；所述第一冷却器的冷侧介质进口与lng储罐上的lng出口连通，第一冷却器用于使lng与循环的所述氮气工质热交换，实现lng冷能的第一次释放，且从第一冷却器的冷侧介质经换热后的出口流出的lng的温度最高升至-110℃；

5、所述第二发电系统为混合工质的朗肯循环发电系统，用于实现lng冷能的第二次释放及利用其发电；所述第二发电系统包括第二冷却器；所述第二冷却器的冷侧介质进口与第一冷却器的冷侧介质经换热后的出口连通；第二冷却器用于使经第一冷却器升温后的lng，与循环的所述混合工质热交换，实现lng冷能的第二次释放，且从第二冷却器的冷侧介质经换热后的出口流出的lng的温度最高升至-65℃；

6、所述蓄冷制冷循环系统用于实现lng冷能的第三次释放、储存及利用，并且使lng气化，用于供给城市管网；所述蓄冷制冷循环系统包括第三冷却器和蓄冷装置；所述蓄冷装置中预先装有常温的溶液；所述第三冷却器的冷侧介质进口与第二冷却器的冷侧介质经换热后的出口连通，第三冷却器的冷侧介质经换热后的出口用于与城市管网连通；第三冷却器的热侧介质进口和热侧介质经换热后的出口均与蓄冷装置连通且之间形成回路；第三冷却器用于使经第二冷却器升温后的lng，与所述溶液热交换，并使lng气化用于供给城市管网，实现lng冷能的第三次释放；所述蓄冷装置用于冷能的储存及释放。

7、进一步地，为了在使用第一发电系统利用冷能发电的过程中，同时利用冷能处理工业废料和有机垃圾，上述本发明的高品位lng冷能分步式联合利用系统还包括粉碎冷箱；

8、从第一冷却器的热侧介质经换热后的出口流出的氮气工质温度降至-140℃～-100℃；

9、所述第一发电系统还包括分流器、混合器、压缩机、第一蒸发器、第一膨胀机以及第一发电机；

10、所述第一冷却器的热侧介质经换热后的出口与分流器的入口连通，经分流器分流为两路，一路直接与混合器的入口连通，另一路通过所述粉碎冷箱后，与混合器的入口连通；所述粉碎冷箱用于冷冻、破碎工业废料和有机垃圾；混合器的出口与压缩机的入口连通，压缩机的出口与第一蒸发器的冷侧介质进口连通，第一蒸发器的热侧介质进口与第一热源连通，第一蒸发器的冷侧介质经换热后的出口与第一膨胀机的氮气工质进口连通，第一膨胀机与第一发电机连接，通过第一发电机向外输出电能，第一膨胀机的氮气工质出口与所述第一冷却器的热侧介质进口连通，使氮气工质循环使用，第一发电系统循环发电。

11、这样，在从第一冷却器的热侧介质经换热后的出口流出的氮气工质温度降至-140℃～-100℃的情况下，可以满足处理工业废料和有机垃圾等进行低温粉碎时对氮气温度的要求，增加粉碎冷箱后，即可处理工业废料和有机垃圾。

12、进一步地，为了提高布雷顿闭式循环气体透平发电系统的发电效率，所述氮气为超临界氮气；

13、从所述混合器的出口通入压缩机的入口的氮气的压力大小为4mpa～5mpa。

14、进一步地，所述第二发电系统还包括工质泵、第二蒸发器、第二膨胀机以及第二发电机；

15、所述第二冷却器的热侧介质经换热后的出口与工质泵的入口连通，工质泵的出口与第二蒸发器的冷侧介质进口连通，第二蒸发器的热侧介质进口与第二热源连通，第二蒸发器的冷侧介质经换热后的出口与第二膨胀机的混合工质进口连通；第二膨胀机与第二发电机连接，通过第二发电机向外输出电能，第二膨胀机的混合工质出口与所述第二冷却器的热侧介质进口连通，使混合工质循环使用，第二发电系统循环发电。

16、进一步地，所述第一热源为工业余热；

17、所述第二热源为工业余热或者所述第二蒸发器的热侧介质进口与第一蒸发器的热侧介质经换热后的出口连通，所述第二热源为经第一蒸发器降温后的工业余热。这样，在实现冷能利用的基础上，也可对工业园区的工业余热进行回收利用。

18、进一步地，所述蓄冷制冷循环系统还包括第四冷却器；

19、所述第四冷却器的冷侧介质进口和冷侧介质经换热后的出口均与蓄冷装置连接且之间形成回路，第四冷却器的热侧介质进口和热侧介质经换热后的出口用于与需冷能设备连接且之间形成回路，向需冷能设备传递、供给冷能。这样，当调峰站在高峰时段时，溶液吸收的冷能大于需冷能设备所需冷能，多余的冷能通过蓄冷装置储存起来；当调峰站处于峰谷时，溶液吸收的冷能小于需冷能设备所需冷能，蓄冷装置释放储存的冷能来补充冷能的不足，然后通过第四冷却器将冷能传递、供给给需冷能设备。

20、进一步地，所述需冷能设备为冷库。

21、进一步地，为了使第三冷却器中lng与溶液热交换时，以及第四冷却器中溶液与需冷能设备热交换时，热交换用时较短，效率更高，所述蓄冷制冷循环系统还包括一号蓄冷泵和二号蓄冷泵；

22、所述一号蓄冷泵设置在第三冷却器的热侧介质经换热后的出口与蓄冷装置之间的管路上，用于将所述溶液不断地循环冷却；

23、所述二号蓄冷泵设置在第四冷却器的冷侧介质经换热后的出口与蓄冷装置之间的管路上。

24、进一步地，为了蓄冷能效果更佳，所述溶液为乙二醇水溶液，且所述乙二醇水溶液的浓度为57％～59％。

25、进一步地，所述混合工质是指甲烷、乙烷和丙烷的混合工质。甲烷、乙烷和丙烷的混合工质，其比热容大、传热特性好，采用该混合工质，朗肯循环发电系统的发电效率更高。

26、本发明的有益效果是：

27、(1)本发明的高品位lng冷能分步式联合利用系统，充分利用液化天然气lng在不同温位段，将冷能传递给中间介质，利用不同的中间介质接受一定量的冷能后经过系统循环，输出此温位段的冷能，以减小冷能损失，保证lng冷能有较高的利用率，并与各工质进行完善的换热流体曲线匹配；因此，本发明的高品位lng冷能分步式联合利用系统解决了采用现有冷能回收方法，冷能综合利用效率较低，导致大量能源浪费的技术问题。本发明充分利用了lng的温位特性，将系统冷能分级传递实施，提高了各级换热效率，增加了冷能利用率，扩展了适用范围。

28、(2)本发明在lng冷能发电循环的基础上将工质上各温位段的冷能进一步转换，同时再进一步利用低品位的lng进行蓄冷制冷循环，有效的利用了lng的不同品位冷能；而且在本发明中优选地第一热源和第二热源为工业余热，循环利用了周边工业余热的排放；因此，本发明的高品位lng冷能分步式联合利用系统，在利用冷能的同时，减少了在lng气化过程中的能源消耗和工业余热的浪费，不但节能减排，而且提高了lng能源综合利用率。

29、(3)本发明采用lng冷能利用循环发电系统和冷能蓄冷制冷循环系统，将系统冷能分级传递，相对于采用单一的冷能利用系统，本发明中每一级的冷能利用系统不需要像单一的冷能利用系统那样，一次性要将lng温度升高很多，而是每个冷能利用系统逐步升高，因此，前一级冷能利用循环系统降低了后一级lng冷能利用循环系统的蒸发温度，减小了系统间循环蒸发温度与冷凝温度的差值，降低了系统冷却器、蒸发器及压缩机的损失。

30、(4)本发明中采用蓄冷制冷循环系统，第三冷却器将低品位的lng冷能转换到乙二醇水溶液蓄冷装置中，lng气化后进入ng城市管网，乙二醇水溶液得到lng释放的冷能，当lng不在调峰时段时将蓄冷装置中乙二醇水溶液储存的冷量释放出来，通过第四冷却器换热对需冷能设备供冷，减少了制冷压缩机工作时间。

31、(5)本发明由于使系统循环工质温度降低，充分实现换热过程，减少了污染排放，改善了系统性能。