CN110199100B - 天然气联合循环发电***以及天然气联合循环发电方法 - Google Patents

天然气联合循环发电***以及天然气联合循环发电方法 Download PDF

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Abstract

天然气联合循环发电***具备气化器、冷却器、循环流路、泵及燃气轮机联合发电装置，气化器具有：通过让凝固点低于水的凝固点的中间介质与从冷却器流出的水进行热交换，从而使中间介质的至少一部分蒸发的中间介质蒸发部；以及通过让中间介质与液化天然气进行热交换，从而使液化天然气的至少一部分气化的液体天然气气化部。

Description

天然气联合循环发电***以及天然气联合循环发电方法
技术领域
本发明涉及一种天然气联合循环发电***(natural gas fired combined-cyclepower generation system)。
背景技术
以往，已知有在用于使液化天然气(LNG)气化的气化器中，将从液化天然气回收的冷热能(cold heat energy)利用于冷却供应到燃气轮机联合发电装置的空气的天然气联合循环发电***。
例如，在专利文献1中公开了具备LNG气化器、燃气轮机吸气冷却器、燃气轮机吸气冷却水循环路径、燃气轮机吸气冷却水循环泵及燃气轮机发电装置的LNG联合循环发电设备。LNG气化器包含用于使LNG流动的传热管。在该LNG气化器中，通过让在传热管内流动的LNG与接触于传热管的表面的水进行热交换来使LNG气化。燃气轮机吸气冷却器通过让从LNG气化器流出的水(冷却水)与空气进行热交换来冷却空气。燃气轮机吸气冷却水循环路径连接LNG气化器和燃气轮机吸气冷却器。水通过在燃气轮机吸气冷却水循环路径循环，以LNG气化器和燃气轮机吸气冷却器的顺序流动。燃气轮机吸气冷却水循环泵设置在燃气轮机吸气冷却水循环路径中燃气轮机吸气冷却器的下游侧的部位。燃气轮机发电装置具有压缩从冷却器流出的空气的燃气轮机压缩机、利用从燃气轮机压缩机喷出的空气和天然气(NG)的燃烧气体的混合气体被驱动的燃气轮机、以及连接于燃气轮机的发电机。在该设备中，利用在LNG气化器中水从LNG回收的冷热能，冷却供应到燃气轮机发电装的燃气轮机压缩机的空气。
在专利文献1记载的LNG联合循环发电设备的气化器中，有时在LNG流动的传热管的表面发生结冰。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开平06-213001号
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制气化器中发生结冰的天然气联合循环发电***以及天然气联合循环发电方法。
本发明一个方面所涉及的天然气联合循环发电***包括：气化器，通过用水加热液化天然气，从而使该天然液化气的至少一部分气化；冷却器，通过让从所述气化器流出的水与空气进行热交换，从而冷却该空气；循环流路，以使水以所述气化器及所述冷却器的顺序流动的方式连接所述气化器和所述冷却器；泵，设置在所述循环流路；以及燃气轮机联合发电装置，具有利用包含从所述冷却器流出的空气的气体而被驱动的燃气轮机和连接于所述燃气轮机的燃气轮机发电机，其中，所述气化器具有：中间介质蒸发部，通过让凝固点低于水的凝固点的中间介质与从所述冷却器流出的水进行热交换，从而使所述中间介质的至少一部分蒸发；以及液化天然气气化部，通过让所述中间介质与所述液化天然气进行热交换，从而使所述液化天然气的至少一部分气化。
此外，本发明另一个方面所涉及的天然气联合循环发电方法将在用于使液化天然气气化的气化器中从所述天然液化气回收的冷热能，利用于冷却被供应到燃气轮机联合发电装置的空气，所述燃气轮机联合发电装置具有燃气轮机和连接于所述燃气轮机的燃气轮机发电机，所述天然气联合循环发电方法包括以下步骤：气化步骤，通过用水加热所述液化天然气，从而使该液化天然气的至少一部分气化；以及冷却步骤，利用在所述气化步骤中水从所述液化天然气回收的冷热能，冷却被供应到所述燃气轮机联合发电装置的空气，其中，所述气化步骤中，在所述气化器内进行如下操作：将在所述冷却步骤通过冷却空气而水从空气回收的热供应到中间介质，从而使该中间介质的至少一部分蒸发，所述中间介质的凝固点低于水的凝固点；以及利用所述中间介质加热所述液化天然气，从而使该液化天然气的至少一部分气化。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的天然气联合循环发电***的结构的概要的图。
图2是第一实施方式的气化器及加温器的周边的放大图。
图3是表示图1所示的天然气联合循环发电***的变形例的图。
图4是表示本发明的第二实施方式的天然气联合循环发电***的结构的概要的图。
图5是第二实施方式的气化器及加温器的周边的放大图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的优选的实施方式。
(第一实施方式)
参照图1及图2说明本发明的第一实施方式的天然气联合循环发电***1。本天然气联合循环发电***1是将在用于使液化天然气(LNG)气化的气化器10中通过水从液化天然气回收的冷热能利用于冷却供应到燃气轮机联合发电装置50的空气，并用燃气轮机联合发电装置50发电的发电***。具体而言，天然气联合循环发电***1具备气化器10、冷却器20、循环流路30、泵40、燃气轮机联合发电装置50。循环流路30将气化器10及冷却器20以该顺序连接。
气化器10是通过凝固点低于水的凝固点的中间介质(丙烷等)让水和液化天然气进行热交换来使液化天然气气化的中间介质式气化器(IFV)。也就是说，在该气化器10中，不是利用盐水等而是利用水加热中间介质，并利用该中间介质加热液化天然气。关于该气化器10的详细内容将在后面说明。
冷却器20通过使从气化器10流出的水和空气进行热交换而冷却该空气。
泵40设置在循环流路30中的气化器10的下游侧的部位。泵40将从气化器10流出的水(冷却水)输送到冷却器20。在本实施方式中，还在循环流路30中的冷却器20的下游侧的部位设有泵41。该泵41将从冷却器20流出的水(温水)输送到气化器10。此外，可在循环流路30中的气化器10与泵40之间的部位设有具有贮存冷热能的功能的冷热能贮存箱42。同样，可在循环流路30中的冷却器20与泵41之间的部位设有具有贮存温热的功能的温热贮存箱43。进一步，可在循环流路30中的冷却器20与温热贮存箱43之间的部位设有利用热源(海水等)加热水的备用加温器44。
燃气轮机联合发电装置50包含空气压缩机51、燃气轮机52、排热回收锅炉53、蒸汽涡轮54及燃气轮机发电机55。空气压缩机51压缩从冷却器20流出的空气。燃气轮机52利用从空气压缩机51喷出的压缩空气和通过天然气(NG)的燃烧而产生的燃烧气体的混合气体被驱动。排热回收锅炉53通过让从燃气轮机52排出的废气和水进行热交换来使水蒸发。蒸汽涡轮54利用从排热回收锅炉53流出的蒸汽而被驱动。燃气轮机发电机55连接于燃气轮机52及蒸汽涡轮54，通过它们的旋转而生成电力。
天然气联合循环发电***1可还具有设置在循环流路30中的冷却器20与气化器10之间的部位的加温器60。
在此，参照图2说明气化器10及加温器60。
气化器10具有中间介质蒸发部E1、液化天然气气化部E2、以及能够收容中间介质蒸发部E1、液化天然气气化部E2及中间介质M的壳体11。
中间介质蒸发部E1通过让液相的中间介质M与从冷却器20流出的水(温水)进行热交换来使中间介质M的至少一部分蒸发。在本实施方式中，中间介质蒸发部E1由传热管形成。中间介质蒸发部E1配置在壳体11内的下部(壳体11内的浸于液相的中间介质M中的位置)。也就是说，利用在中间介质蒸发部E1内流动的水，接触于中间介质蒸发部E1的中间介质M被加热。
液化天然气气化部E2通过让液化天然气与气相的中间介质M进行热交换来使液化天然气的至少一部分气化。在本实施方式中，液化天然气气化部E2由呈U字状的传热管形成。液化天然气气化部E2配置在壳体11内的上部(壳体11内的比液相的中间介质M的表面更位于上方的区域)。也就是说，在液化天然气气化部E2内流动的液化天然气通过接触于液化天然气气化部E2的表面的气相的中间介质M被加热。
在壳体11连接有彼此被分隔板14隔开的入口室12和出口室13。入口室12以该入口室12内与液化天然气气化部E2内连通的方式连接于液化天然气气化部E2的一端。出口室13以该出口室13内与液化天然气气化部E2内连通的方式连接于液化天然气气化部E2的另一端。也就是说，从入口室12流入液化天然气气化部E2内的液化天然气在通过液化天然气气化部E2的过程中被气相的中间介质M加热，从而其至少一部分气化并流入出口室13。
此外，在壳体11连接有水入口室15和水出口室16。水入口室15以该水入口室15内与中间介质蒸发部E1内连通的方式连接于壳体11的其中一侧。水出口室16以该水出口室16内与中间介质蒸发部E1内连通的方式连接于壳体11的另一侧。也就是说，从水入口室15流入中间介质蒸发部E1内的水在通过中间介质蒸发部E1的过程中从液相的中间介质M回收冷热能，并经由水出口室16而流出到循环流路30。
加温器60设置在循环流路30中的气化器10的上游侧的部位。加温器60加热从气化器10流出的天然气。加温器60具有加温部E3和收容加温部E3的外壳61。
加温部E3通过让从液化天然气气化部E2流出的天然气与从冷却器20流出的水进行热交换来对所述天然气进行加温。在本实施方式中，加温部E3由呈U字状的传热管形成。
在外壳61通过凸缘65连接有彼此被分隔板64隔开的入口室62和出口室63。另外，入口室62及出口室63的结构与连接于壳体11的入口室12及出口室13的结构相同。从气化器10的出口室13流出的天然气在流入入口室62后，在通过加温部E3的过程中利用外壳61内的水而被加热，并流入出口室63。凸缘65可装拆地连接于外壳61。也就是说，加温部E3、入口室62、出口室63及分隔板64可从外壳61卸下。
如图1所示，天然气联合循环发电***1具有热量调整流路31。热量调整流路31连接于循环流路30，旁通加温器60。因此，在中间介质蒸发部E1流入从冷却器20流出后通过了加温器60的水和经过了热量调整流路31的水。
如以上说明，在本实施方式的天然气联合循环发电***1中，通过凝固点低于水的凝固点的中间介质(丙烷等)而水与液化天然气进行热交换，因此，与水和液化天然气直接进行热交换的情况相比，抑制在中间介质蒸发部E1发生结冰。此外，也无需为了防止结冰问题而使用高价的盐水(乙二醇水等)来作为冷热介质。
此外，在气化器10的上游侧设有利用从冷却器20流出的水加热天然气的加温器60。因此，与利用从冷却器20流出的水以外的另外的加热介质对从液化天然气气化部E2流出的天然气进行加温的情况相比，以简单的结构加热天然气。
此外，在加温器60中，加温部E3、入口室62、出口室63及分隔板64可从外壳61卸下。因此，加温部E3及外壳61内的清扫(清洗)变得容易。
此外，如图3所示，天然气联合循环发电***1可还具备冷却器旁通流路32和冷热能回收部45。冷却器旁通流路32连接于循环流路30，旁通冷却器20。冷热能回收部45回收从气化器10流出的水的冷热能。作为冷热能回收部45，可举出冷却室内或电缆井的冷却装置。在该方式中，在冷却器20冷却空气所需的冷热能的剩余量有效地被冷热能回收部45回收。
(第二实施方式)
下面，参照图4及图5说明本发明的第二实施方式的天然气联合循环发电***1。另外，在第二实施方式中，只说明与第一实施方式不同的部分，省略与第一实施方式相同的结构、作用及效果的说明。
本实施方式的天然气联合循环发电***1还具备直接膨胀涡轮80、膨胀涡轮发电机90、加温部旁通流路33及追加加温部E4。
直接膨胀涡轮80利用从加温部E3流出的天然气而被驱动。膨胀涡轮发电机90连接于直接膨胀涡轮80。
加温部旁通流路33连接于循环流路30并旁通加温部E3。
追加加温部E4设置在加温部旁通流路33。追加加温部E4通过让在加温部旁通流路33流动的水与从直接膨胀涡轮80流出的天然气进行热交换来对该天然气进行加温。追加加温部E4由呈U字状的传热管形成。在本实施方式中，追加加温部E4收容在外壳61。换句话说，本实施方式的外壳61呈能够将加温部E3和追加加温部E4一起收容的形状。在该外壳61通过凸缘75还连接有彼此被分隔板74隔开的入口室72和出口室73。入口室72及出口室73与追加加温部E4内连通。从直接膨胀涡轮80流出的天然气流入入口室72后，在通过追加加温部E4的过程中被经由加温部旁通流路33流入外壳61内的水加热，并流入出口室73。该追加加温部E4也能与入口室72、出口室73及分隔板74一起从外壳61卸下。因此，追加加温部E4的清扫(清洗)也变得容易。
另外，在本实施方式中，从加温部E3流出的天然气所具有的能量在膨胀涡轮发电机90中作为电力而被回收，因此，作为***整体的发电量增加。
此外，不利用用于加热从直接膨胀涡轮80流出的天然气的专用的加热介质，而利用从冷却器20流出的水，能够使因通过直接膨胀涡轮80而下降的天然气的温度上升。具体而言，天然气通过直接膨胀涡轮80而该天然气的温度下降，但是，从冷却器20流出的水的热量的一部分代替被投入到加温部E3而通过加温部旁通流路33而被投入到追加加温部E4，因此，从直接膨胀涡轮80流出的天然气有效地升温。另外，在追加加温部E4加温天然气后，水还具有充分的热量，因此，利用该水，中间介质M在中间介质蒸发部E1有效地被加温。
另外，本次公开的所述实施方式在所有的点上为例示，不应认为用于限制。本发明的范围不是通过所述的实施方式的说明来表示而是通过权利要求而表示，而且还包含与权利要求均等的意思以及范围内的所有变更。
例如，加温部E3及追加加温部E4可分别收容在不同的外壳中。此时，从追加加温部E4流出的水也优选被供应到中间介质蒸发部E1。
在此，概括说明所述实施方式。
所述实施方式的天然气联合循环发电***包括：气化器，通过用水加热液化天然气，从而使该天然液化气的至少一部分气化；冷却器，通过让从所述气化器流出的水与空气进行热交换，从而冷却该空气；循环流路，以使水以所述气化器及所述冷却器的顺序流动的方式连接所述气化器和所述冷却器；泵，设置在所述循环流路；以及燃气轮机联合发电装置，具有利用包含从所述冷却器流出的空气的气体而被驱动的燃气轮机和连接于所述燃气轮机的燃气轮机发电机，其中，所述气化器具有：中间介质蒸发部，通过让凝固点低于水的凝固点的中间介质与从所述冷却器流出的水进行热交换，从而使所述中间介质的至少一部分蒸发；以及液化天然气气化部，通过让所述中间介质与所述液化天然气进行热交换，从而使所述液化天然气的至少一部分气化。
在本天然气联合循环发电***中，通过凝固点低于水的凝固点的中间介质(丙烷等)而水与液化天然气进行热交换，因此，抑制在中间介质蒸发部发生结冰。
此外，在所述天然气联合循环发电***中，优选还包括：加温部，设置在所述循环流路中的所述冷却器与所述气化器之间的部位，通过让从所述液化天然气气化部流出的天然气与从所述冷却器流出的水进行热交换来对所述天然气进行加温。
由此，与从液化天然气气化部流出的天然气利用从冷却器流出的水以外的另外的加热介质被加温的情况相比，结构简单。
而且，在所述天然气联合循环发电***中，优选还包括：直接膨胀涡轮，利用从所述加温部流出的天然气而被驱动；以及膨胀涡轮发电机，连接于所述直接膨胀涡轮。
由此，从加温部流出的天然气所具备的能量在膨胀涡轮发电机作为电力而被回收，因此，作为***整体的发电量增加。
而且，在所述天然气联合循环发电***中，优选还包括：加温部旁通流路，连接于所述循环流路，并旁通所述加温部；以及追加加温部，通过让在所述加温部旁通流路流动的水与从所述直接膨胀涡轮流出的天然气进行热交换，从而对所述天然气进行加温。
由此，不利用用于加热从直接膨胀涡轮流出的天然气的专用的加热介质，而是利用从冷却器流出的水，能够使通过直接膨胀涡轮而下降的天然气的温度上升。具体而言，天然气通过直接膨胀涡轮而该天然气的温度下降，但是，从冷却器流出的水的热量的一部分代替被投入到加温部而通过加温部旁通流路而被投入到追加加温部，因此，从直接膨胀涡轮流出的天然气有效地升温。另外，在追加加温部加温天然气后，水还具有充分的热量，因此，利用该水，中间介质在中间介质蒸发部中有效地被加温。
此外，在所述天然气联合循环发电***中，优选还包括：外壳，将所述加温部和所述追加加温部一起收容。
由此，与加温部和追加加温部分别收容在不同的外壳中的情况相比，加温部和追加加温部的结构简单，而且被小型化。
此外，优选所述加温部被构成为对所述外壳装拆自如。
由此，加温部及外壳内的清扫(清洗)变得容易。
此外，在所述天然气联合循环发电***中，优选所述追加加温部被构成为对所述外壳装拆自如。
由此，追加加温部及外壳内的清扫(清洗)变得容易。
此外，在所述天然气联合循环发电***中，优选还包括：冷却器旁通流路，连接于所述循环流路，并旁通所述冷却器；以及冷热能回收部，设置在所述冷却器旁通流路。
由此，在冷却器中冷却空气所需的冷热能的剩余量在冷热能回收部有效地被回收。
此外，所述实施方式的天然气联合循环发电方法将在用于使液化天然气气化的气化器中从所述天然液化气回收的冷热能，利用于冷却被供应到燃气轮机联合发电装置的空气，所述燃气轮机联合发电装置具有燃气轮机和连接于所述燃气轮机的燃气轮机发电机，所述天然气联合循环发电方法包括以下步骤：气化步骤，通过用水加热所述液化天然气，从而使该液化天然气的至少一部分气化；以及冷却步骤，利用在所述气化步骤中水从所述液化天然气回收的冷热能，冷却被供应到所述燃气轮机联合发电装置的空气，其中，所述气化步骤中，在所述气化器内进行如下操作：将在所述冷却步骤通过冷却空气而水从空气回收的热供应到中间介质，从而使该中间介质的至少一部分蒸发，所述中间介质的凝固点低于水的凝固点；以及利用所述中间介质加热所述液化天然气，从而使该液化天然气的至少一部分气化。
在本天然气联合循环发电方法的气化步骤中，在气化器内，通过凝固点低于水的凝固点的中间介质(丙烷等)进行液化天然气的气化，因此，抑制在气化器中发生结冰。

Claims (8)

1.一种天然气联合循环发电***，其特征在于包括：
气化器，通过用水加热液化天然气，从而使该液化天然气的至少一部分气化；
冷却器，通过让从所述气化器流出的水与空气进行热交换，从而冷却该空气；
循环流路，以使水以所述气化器及所述冷却器的顺序流动的方式连接所述气化器和所述冷却器；
泵，设置在所述循环流路；
燃气轮机联合发电装置，具有利用包含从所述冷却器流出的空气的气体而被驱动的燃气轮机和连接于所述燃气轮机的燃气轮机发电机；
加温部，设置在所述循环流路中的所述冷却器与所述气化器之间的部位；以及
热量调整流路，以使从所述冷却器流出并向所述气化器流动的水旁通所述加温部的方式连接于所述循环流路，其中，
所述气化器具有：
中间介质蒸发部，通过让凝固点低于水的凝固点的中间介质与从所述加温部流出的水及从所述热量调整流路流出的水进行热交换，从而使所述中间介质的至少一部分蒸发；以及
液化天然气气化部，通过让所述中间介质与所述液化天然气进行热交换，从而使所述液化天然气的至少一部分气化，
所述加温部通过让从所述液化天然气气化部流出的天然气与比该天然气高温且从所述冷却器流出的水进行热交换，从而对所述天然气进行加温以便流出比该天然气高温的天然气，
所述热量调整流路直接连接于所述中间介质蒸发部。
2.根据权利要求1所述的天然气联合循环发电***，其特征在于还包括：
直接膨胀涡轮，利用从所述加温部流出的天然气而被驱动；以及
膨胀涡轮发电机，连接于所述直接膨胀涡轮。
3.一种天然气联合循环发电***，其特征在于包括：
气化器，通过用水加热液化天然气，从而使该液化天然气的至少一部分气化；
冷却器，通过让从所述气化器流出的水与空气进行热交换，从而冷却该空气；
循环流路，以使水以所述气化器及所述冷却器的顺序流动的方式连接所述气化器和所述冷却器；
泵，设置在所述循环流路；
燃气轮机联合发电装置，具有利用包含从所述冷却器流出的空气的气体而被驱动的燃气轮机和连接于所述燃气轮机的燃气轮机发电机；
加温部，设置在所述循环流路中的所述冷却器与所述气化器之间的部位；
直接膨胀涡轮，利用从所述加温部流出的天然气而被驱动；
膨胀涡轮发电机，连接于所述直接膨胀涡轮；
加温部旁通流路，连接于所述循环流路，并旁通所述加温部；以及
追加加温部，通过让在所述加温部旁通流路流动的水与从所述直接膨胀涡轮流出的天然气进行热交换，从而对所述天然气进行加温，其中，
所述气化器具有：
中间介质蒸发部，通过让凝固点低于水的凝固点的中间介质与从所述冷却器流出的水进行热交换，从而使所述中间介质的至少一部分蒸发；以及
液化天然气气化部，通过让所述中间介质与所述液化天然气进行热交换，从而使所述液化天然气的至少一部分气化，
所述加温部通过让从所述液化天然气气化部流出的天然气与从所述冷却器流出的水进行热交换，从而对所述天然气进行加温。
4.根据权利要求3所述的天然气联合循环发电***，其特征在于还包括：
外壳，将所述加温部和所述追加加温部一起收容。
5.根据权利要求4所述的天然气联合循环发电***，其特征在于，
所述加温部被构成为相对于所述外壳可拆装。
6.根据权利要求4所述的天然气联合循环发电***，其特征在于，
所述追加加温部被构成为相对于所述外壳可拆装。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的天然气联合循环发电***，其特征在于还包括：
冷却器旁通流路，连接于所述循环流路，并旁通所述冷却器；以及
冷热能回收部，设置在所述冷却器旁通流路。
8.一种天然气联合循环发电方法，其特征在于，将在用于使液化天然气气化的气化器中从所述液化天然气回收的冷热能，利用于冷却被供应到燃气轮机联合发电装置的空气，所述燃气轮机联合发电装置具有燃气轮机和连接于所述燃气轮机的燃气轮机发电机，所述天然气联合循环发电方法包括以下步骤：
气化步骤，通过用水加热所述液化天然气，从而使该液化天然气的至少一部分气化；
冷却步骤，利用在所述气化步骤中水从所述液化天然气回收的冷热能，冷却被供应到所述燃气轮机联合发电装置的空气；以及
加温步骤，通过让在所述气化步骤得到的天然气与比该天然气高温且在所述冷却步骤冷却空气后的水的一部分在加温部进行热交换，从而对所述天然气进行加温以便从所述加温部流出比该天然气高温的天然气，其中，
所述气化步骤中，在所述气化器内进行如下操作：
将在所述冷却步骤通过冷却空气而水从空气回收的热供应到中间介质，从而使该中间介质的至少一部分蒸发，所述中间介质的凝固点低于水的凝固点；以及
利用所述中间介质加热所述液化天然气，从而使该液化天然气的至少一部分气化，
使在所述冷却步骤中冷却空气后的水的剩余部分不通过所述加温部而流入所述气化器，利用该水的剩余部分具有的热来使所述中间介质的至少一部分蒸发。
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