CN210509312U - 一种基于联合循环法的回冷式lng冷能发电*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***，包括LNG气源、朗肯循环单元、膨胀发电单元，所述朗肯循环单元具有第一透平膨胀机，所述膨胀发电单元具有第二透平膨胀机，所述朗肯循环单元与膨胀发电单元共用工质冷凝器；第二透平膨胀机的出口经所述工质冷凝器与空温式气化器连接。本实用新型将利用LNG冷能的联合法发电循环中的第二级膨胀机出口物流引入朗肯循环部分的工质冷凝器中，充分利用二级膨胀机出口的冷能，在不增加任何主要设备的前提下提高整个***的发电量；相对于其他利用透平膨胀机后NG冷能的方案本方案有着结构简单，占地面积小，不需要大量下游配套设施等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于LNG冷能的发电***，具体来说，是一种基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***。
背景技术
LNG(液化天然气)是常压下-162℃的低温混合物，其再气化时要放出大量的冷能，一般为830-860KJ/kg。世界各国都在努力探索利用LNG冷能的方法，其中发电时主要途径之一，目前利用LNG冷能发电的方法主要有朗肯循环法，直接膨胀法或二者复合而成的联合循环法。
传统的联合法发电***(即朗肯循环法与直接膨胀法的叠加)中，NG经过二级膨胀机后直接进入空温式气化器加热，并没有利用自身因膨胀做功而产生的冷能。
公开号为CN102943698A，公开日为2013年2月27日的中国专利文献提出了一种LNG冷能四级回收利用***，虽然采用冰蓄冷设备收集了经过膨胀机后的NG冷能，但蓄冷部分较为复杂，增加了多个主要设备，而且产生的冰块不便处理，需要与下游用冷端或冰块运输车配合使用。
公开号为CN106194302A，公开日为2016年12月7日的中国专利文献提出了一种LNG冷能综合利用***，***在直接膨胀部分前设置了三段回收LNG冷能的方案，实现了LNG冷能的梯级利用。但此***太过于庞大与复杂，并且并没有利用直接膨胀部分以后NG中所蕴含的冷能，而是直接将这部分低温NG与海水换热，然后输入管网***。
公开号为CN108087050A，公开日为2018年5月29日的中国专利文献提出了一种综合利用LNG冷能发电及供冷的***，在直接膨胀部分后又设置了冷库与冰蓄冷***回收此处的LNG冷能，此方案设备繁多，需要增冷库，工质泵及蓄冰池等设备，投资高，占地面积大。
综上所述，目前联合法发电***中二级膨胀机后NG的冷能通常都是直接浪费或提供给蓄冷蓄冰部分使用，但蓄冷蓄冰方案又存在新增设备多，占地面积大，需要与下游配合使用等问题。因此探索在尽量不增加过多设备，保证***的简洁性前提下，如何利用二级膨胀机后NG的冷能是目前尚需解决的技术难题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：在传统的联合法发电***中，往往都只利用了LNG自身的冷能，但忽略了二级膨胀机做功后因温度下降而带来的冷能。此部分冷能与二级膨胀机压差及进口温度有关，膨胀机压差越大，入口温度越低，其出口物流温度越低，所具有的冷能越大。但若一味的加大膨胀机压差，会使前面LNG泵耗功增加，并且增大设备投资；若一味降低二级膨胀机入口温度，会使二级膨胀机做功减小，反而使整个***净输出功减小。因此找到适合的LNG压力与二级膨胀机入口温度是构建此循环的重点之一。
本实用新型采取以下技术方案：
一种基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***，包括LNG气源、朗肯循环单元、膨胀发电单元，所述朗肯循环单元具有第一透平膨胀机5，所述膨胀发电单元具有第二透平膨胀机7，所述朗肯循环单元与膨胀发电单元共用工质冷凝器2；第二透平膨胀机7的出口经所述工质冷凝器2与空温式气化器10连接。
优选的，所述朗肯循环单元包括依次连接的工质增压泵3、工质蒸发器4、第一透平膨胀机5、工质冷凝器2；所述工质冷凝器2设置在工质增压泵3的前端；第一透平膨胀机5还与第一发电机6连接。
优选的，所述膨胀发电单元前端通过增压泵1与LNG气源连通，后端依次通过工质冷凝器2、第二透平膨胀机7、并再次经过工质冷凝器2后与空温式气化器10连接。
进一步的，所述工质蒸发器4与供水管路换热，供水管路上设有水泵9。
更进一步的，所述膨胀发电单元还包括第二发电机8，所述第二发电机8与第二透平膨胀机7连接。
优选的，第一透平膨胀机5通过机械轴与第一发电机6连接。
优选的，在所述的膨胀发电单元中，第二透平膨胀机7通过机械轴与第二发电机8连接。
优选的，所述朗肯循环单元是第一级朗肯循环单元，所述膨胀发电单元是第二级膨胀发电单元。
本实用新型的有益效果在于：
1)将利用LNG冷能的联合法发电循环中的第二级膨胀机出口物流引入朗肯循环部分的工质冷凝器中，充分利用二级膨胀机出口的冷能，在不增加任何主要设备的前提下提高整个***的发电量。
2)相对于其他利用透平膨胀机后NG冷能的方案本方案有着结构简单，占地面积小，不需要大量下游配套设施等优点。
附图说明
图1是本实用新型基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***的结构示意图。
图中，1.增压泵，2.工质冷凝器，3.工质增压泵，4.工质蒸发器，5.第一透平膨胀机，6.第一发电机，7.第二透平膨胀机，8.第二发电机，9.工质冷凝器，10.空温式气化器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。
如图1所示，一种基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***由LNG增压泵1，工质冷凝器2，工质增压泵3，工质蒸发器4，第一透平膨胀机5，第一发电机6，第二透平膨胀机7，第二发电机8，水泵9，10空温式气化器构成。
其中工质冷凝器2，工质增压泵3，工质蒸发器4，第一透平发膨胀机5，第一发电机6，构成第一级朗肯循环单元。
第二透平发膨胀机7，第二发电机8构成第二级膨胀发电单元。
在所述的第一级朗肯循环发电单元中，工质冷凝器2通过管道依次与工质增压泵3，工质蒸发器4，第一透平膨胀机5连接并回到工质冷凝器2构成封闭的循环回路，在该回路中，充有冷媒工质Ⅰ。第一透平膨胀机5通过机械轴与第一发电机6连接。
在所述的第二级膨胀发电单元中，第二透平膨胀机7通过机械轴与第二发电机8连接。
本基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***的使用方法如下：
LNG储罐输出的LNG经LNG增压泵1增压后，送至工质冷凝器2中，在工质冷凝器2中LNG吸收冷媒工质Ⅰ的热量气化成气态天然气，然后该气态天然气进入第二级透平膨胀机7做功，膨胀后的天然气温度降低，又被送回到工质冷凝器2中吸收冷媒工质Ⅰ的热量，温度上升，再次升温的天然气通过空温式气化器10升温，达到管网要求后送入管网。
在所述的第一级朗肯循环发电单元中，冷媒工质Ⅰ在工质冷凝器2中冷凝为低压液态，然后经工质增压泵3增压为高压液态后进入工质蒸发器4，在工质蒸发器4中冷媒工质Ⅰ吸收经水泵9加压后的热源水(海水，湖水，江水等)的热量蒸发为高压气态，该高压气态的冷媒工质Ⅰ进入第一透平膨胀机5，在第一透平膨胀机5中膨胀做功，降压为低压气态的冷媒工质Ⅰ，该低压气态的冷媒工质Ⅰ进入工质冷凝器2再次冷凝为低压液态继续下一次循环。冷媒工质Ⅰ在第一透平膨胀机5所做的功转化为机械能并通过机械轴驱动第一发电机6发电。
在所述的第二级膨胀发电单元中，天然气在第二透平膨胀机7所做的功转化为机械能并通过机械轴驱动第二发电机8发电。
上文提到“找到适合的LNG压力与二级膨胀机入口温度是构建此循环的重点之一。”在利用LNG冷能发电的朗肯循环部分中，通常有如下假定：1.工质的冷凝压力为微正压力：0.11MPa；2.换热器的端差为5℃。二级膨胀机7入口温度即工质冷凝器2LNG出口温度，而朗肯循环冷媒工质的选取与此处的温度息息相关，利用仿真软件，对比了多种常见朗肯循环工质后，选用R290作为此***的循环工质(冷媒工质Ⅰ)，即确定二级膨胀机入口温度为-45.55℃。另外通过对***仿真还可以得出，LNG泵将LNG增压至4.3MPa时***的净输出功最大。
本实施例核心是：将利用LNG冷能的联合法发电循环中的第二级膨胀机出口物流引入朗肯循环部分的工质冷凝器中，充分利用二级膨胀机出口的冷能，在不增加任何主要设备的前提下提高整个***的发电量.
以LNG质量流量2000kg/h，NG出口压力0.6MPa，热源水温度20℃为例，基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***净输出功约为：108.3KW。而在其他条件都相同的情况下，传统的利用LNG冷能的联合法发电***净输出功约为：96.4KW。即在相同条件下，一种基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***净输出功比传统的利用LNG冷能的联合法发电***净输出功高约12％。
而相对于其他利用透平膨胀机后NG冷能的方案本方案有着结构简单，占地面积小，不需要大量下游配套设施等优点。
以上是本实用新型的优选实施例，本领域普通经技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本实用新型总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本实用新型要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***，包括LNG气源、朗肯循环单元、膨胀发电单元，所述朗肯循环单元具有第一透平膨胀机(5)，所述膨胀发电单元具有第二透平膨胀机(7)，其特征在于：
所述朗肯循环单元与膨胀发电单元共用工质冷凝器(2)；第二透平膨胀机(7)的出口经所述工质冷凝器(2)与空温式气化器(10)连接。
2.如权利要求1所述的基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***，其特征在于：所述朗肯循环单元包括依次连接的工质增压泵(3)、工质蒸发器(4)、第一透平膨胀机(5)、工质冷凝器(2)；所述工质冷凝器(2)设置在工质增压泵(3)的前端；第一透平膨胀机(5)还与第一发电机(6)连接。
3.如权利要求1所述的基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***，其特征在于：所述膨胀发电单元前端通过增压泵(1)与LNG气源连通，后端依次通过工质冷凝器(2)、第二透平膨胀机(7)、并再次经过工质冷凝器(2)后与空温式气化器(10)连接。
4.如权利要求2所述的基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***，其特征在于：所述工质蒸发器(4)与供水管路换热，供水管路上设有水泵(9)。
5.如权利要求3所述的基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***，其特征在于：所述膨胀发电单元还包括第二发电机(8)，所述第二发电机(8)与第二透平膨胀机(7)连接。
6.如权利要求1所述的基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***，其特征在于：第一透平膨胀机(5)通过机械轴与第一发电机(6)连接。
7.如权利要求1所述的基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***，其特征在于：在所述的膨胀发电单元中，第二透平膨胀机(7)通过机械轴与第二发电机(8)连接。
8.如权利要求1所述的基于联合循环法的回冷式LNG冷能发电***，其特征在于：所述朗肯循环单元是第一级朗肯循环单元，所述膨胀发电单元是第二级膨胀发电单元。
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| CN112364465A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-02-12 | 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 | 一种空温式气化器支腿高度的计算方法 |
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| CN112364465B (zh) * | 2020-12-07 | 2022-04-15 | 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 | 一种空温式气化器支腿高度的计算方法 |
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