一种综合利用lng能量的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种综合利用LNG能量的系统和方法，主要利用气化后的天然气进行发电和供热，属于LNG冷能和热能的综合利用技术。
【背景技术】
[0002]液化天然气(LNG)在常压下为_162°C的超低温液体，生产1吨LNG需要电能约850kWh，1吨的LNG从_162°C气化到0°C，可以释放230?240kWh的冷量，如此大的冷量如果得以回收利用，具有十分可观的经济社会效益。
[0003]公开日为2010年09月01日，专利号为200920238201.X的中国专利中，公开了一种利用液化天然气冷能制冷的冷库运行装置，该冷库运行装置使用液氨作为冷媒，通过液氨与LNG直接换热回收LNG冷能用于冷库制冷，可以将LNG的冷能从_162°C利用到-25?-30°C，有效地提取了 LNG的冷能用于冷库供冷，同时冷库还采用了电压缩制冷作为备用冷源。但是该专利仅仅考虑了 LNG冷能利用系统，没有考虑LNG气化后天然气热能的综合利用。
[0004]公开日为2013年10月02日，申请号为201310295858.0的中国专利中，公开了一种LNG能源综合利用系统，该综合利用系统中先通过冷能回收设备将LNG冷能回收储存在冰蓄冷装置中，然后冰蓄冷装置将冷能传递给空调冷水，给居民供冷。LNG冷能回收以后进入天然气分布式能源站发电和生产热水、冷水。但是此LNG能源综合利用系统将LNG冷能生产空调冷水，属于将高品位冷能用于生产低品位冷水，也没有LNG冷能和热能之间互相协调的方法，因此需要考虑更为高效的冷热利用方法。
[0005]燃机出力对大气温度十分敏感，大气温度升高会造成压气机增压比下降，压气机消耗比功增加，空气质量流量减少，机组有效功下降。一般大气温度升高1K，燃机输出功率降低约1%，而空气温度每降低10°C，燃气轮机出力平均增加10%，系统效率也可提高2%左右，因此燃机进气冷却可以有效提高燃机的出力能力，尤其对于运行在夏季工况下的燃机。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决LNG冷能和热能综合利用难的问题，而提供一种综合利用LNG能量的系统和方法。该系统通过用冷单元回收利用LNG冷能，然后气化后的天然气进入燃气动力装置燃烧发电和余热利用，供给该系统的LNG冷能和热能被充分利用，没有多余的天然气返回主气管网，系统输出多余的电力和冷、热水，低温烟气排入大气。
[0007]本发明解决上述问题所采用的技术方案是:该综合利用LNG能量的系统包括一号阀门、一号流量计、LNG储罐、LNG栗和燃料输送管，其结构特点在于:还包括二号阀门、四号阀门、七号阀门、八号阀门、十号阀门、十一号阀门、二号流量计、三号流量计、一号测温计、二号测温计、给水栗、冷媒栗、引风机、鼓风机、一级换热器、二级换热器、凝汽器、余热锅炉、冷库、冷媒储罐、蒸汽轮机、燃气轮机、空气压缩机、燃烧室、交流发电机、空气加热器、烟气输入管、烟气输出管、排烟管、空气输送管、蒸汽循环管和冷媒循环管，所述LNG储罐、一号阀门、LNG栗、一号流量计、一级换热器、二级换热器、空气加热器、二号测温计和燃烧室依次连接在燃料输送管上，所述鼓风机、四号阀门、二级换热器、二号流量计和空气压缩机依次连接在空气输送管上，所述空气压缩机通过管路和燃烧室连接，该燃烧室通过管路和燃气轮机连接，所述燃气轮机通过烟气输入管和余热锅炉连接，所述余热锅炉、引风机、十号阀门和二级换热器依次连接在烟气输出管上，所述排烟管的一端连接在位于引风机和十号阀门之间的烟气输出管上，所述十一号阀门安装在排烟管上，所述余热锅炉、蒸汽轮机、凝汽器和给水栗依次连接在蒸汽循环管上，所述蒸汽轮机、交流发电机、燃气轮机和空气压缩机依次连接，所述二号阀门、一级换热器、七号阀门、冷媒储罐、冷媒栗、八号阀门、三号流量计和冷库依次连接在冷媒循环管上，所述一号测温计安装在冷库上。
[0008]作为优选，本发明还包括九号阀门、制冰站和制冰站连接管，所述制冰站连接管的一端连接在冷媒栗和八号阀门之间的冷媒循环管上，该制冰站连接管的另一端连接在冷库和二号阀门之间的冷媒循环管上，所述九号阀门和制冰站均连接在制冰站连接管上。
[0009]作为优选，本发明还包括三号阀门、电压缩制冷装置和二号旁路，所述二号旁路的一端连接在一级换热器和七号阀门之间的冷媒循环管上，该二号旁路的另一端连接在冷库和二号阀门之间的冷媒循环管上，所述三号阀门和电压缩制冷装置均连接在二号旁路上。
[0010]作为优选，本发明还包括五号阀门和一号旁路，所述一号旁路的一端连接在鼓风机和四号阀门之间的空气输送管上，该一号旁路的另一端连接在二级换热器和二号流量计之间的空气输送管上，所述五号阀门安装在一号旁路上。
[0011]作为优选，本发明还包括六号阀门和冷水加热管，所述冷水加热管和余热锅炉连接，所述六号阀门安装在冷水加热管上。
[0012]—种使用所述的系统进行综合利用LNG能量的方法，其特点在于:所述方法的步骤为:通过燃料输送管输送出的LNG通过一级换热器、二级换热器分别与冷媒循环管中的冷媒、燃气轮机中的进气进行换热，之后经过空气加热器和二号测温计，构成了 LNG冷能回收单元；准备进入燃气轮机的空气通过管路依次经过鼓风机、四号阀门、二级换热器、二号流量计进入空气压缩机，且在燃烧室内与天然气混合后进行燃烧，燃烧之后的烟气依次经过燃气轮机、余热锅炉、引风机、十号阀门以及二级换热器排入大气和/或依次经过燃气轮机、余热锅炉、引风机、十一号阀门排入大气，同时余热锅炉出来的蒸汽依次经过蒸汽轮机、凝汽器和给水栗，之后再次进入余热锅炉构成蒸汽循环，冷水经六号阀门和余热锅炉后加热为热水，以上构成具有进气冷却和余热利用的燃机发电单元；制冷后的冷媒沿管路先依次经过二号阀门、一级换热器回收LNG冷能和/或经过三号阀门、电压缩制冷装置，再依次经过七号阀门、冷媒储罐、冷媒栗，然后经过八号阀门、三号流量计进入冷库和/或经过九号阀门进入制冰站制冷，制冷后进入下一个循环，以上构成具有制冰调节和备用电制冷的冷库单兀。
[0013]作为优选，本发明首先通过主要用冷单元的冷负荷确定该系统的LNG供给量，然后根据气化后的天然气量确定燃气动力装置的装机容量；反之，也可根据燃气动力装置的装机容量确定所需天然气量，从而确定该系统的LNG供给量，然后通过LNG供给量确定主要用冷单元的冷负荷。
[0014]作为优选，本发明冷能回收利用过程灵活地相互协调，以满足不同的用能目的，LNG气化冷能回收利用过程分为两部分:A.通过一级换热器回收低温冷能供给冷负荷，B.通过二级换热器回收余低温冷能用以冷却进入燃气轮机的空气；当冷库的冷负荷发生波动时，通过制冰站的调节，使一级换热器的LNG气化量保持稳定；当需要增大燃机出力时，通过减小一级换热器的冷媒流量，减小其冷负荷，降低进入二级换热器中的天然气温度，从而降低燃气轮机进气的冷却温度，提高燃气轮机的出力。
[0015]作为优选，本发明的系统充分考虑了备用措施，在主要用冷单元故障或环境温度较低时，采用空气加热器或烟气余热加热来保证LNG气化；当一级换热器发生故障停用或燃气轮机工作在小于额定工况时，冷库需要启用备用的电压缩制冷装置。
[0016]作为优选，本发明热能利用过程主要包括:天然气燃烧后在燃气轮机中做功发电，余热锅炉生产蒸汽在蒸汽轮机中做功发电，余热锅炉生产热水，在环境温度较低工况下烟气余热在二级换热器中加热天然气，排烟损失较小，系统的热效率高。
[0017]作为优选，本发明鼓风机送出的空气在经过四号阀门、二级换热器采用了起到旁路作用的五号阀门，在环境温度较低时，燃气轮机进气不需要经过LNG余低温冷却，直接通过五号阀门、二号流量计进入空气压缩机；引风机出来的烟气，通过十一号阀门排至大气，采用了起到旁路作用的十号阀门，在环境温度较低时，空气加热器不能将NG加热至燃气轮机要求的温度，需要使烟气经过十号阀门送入二级换热器中加热NG。
[0018]本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果:该系统主要由LNG冷能回收单元、利用LNG冷能的主要用冷单元、具有燃气动力装置的分布式能源站和低品位的冷热负荷单元组成。整个系统先回收利用LNG冷能，然后气化后的天然气燃烧发电和余热利用，主要用冷单元所需LNG气化量与燃气动力装置消耗天然气量时刻匹配，供给该系统的LNG冷能和热能被充分利用，没有多余的天然气返回主气管网，系统输出多余的电力和冷、热水，低温烟气排入大气。
[0019]主要用