專利名稱：液化天然氣的布雷頓循環(huán)再氣化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題大體而言涉及液化天然氣(LNG)的再氣化，且更具體而言涉及利用布雷頓循環(huán)再氣化LNG的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，天然氣以液化形式運(yùn)輸，即作為LNG，其隨后被再氣化用于作為管道天然氣分配或者用于燃燒用途。LNG通常在大約零下160攝氏度的溫度，在大約1巴至2巴的壓力運(yùn)輸，且需要在消耗或分配之前再氣化至大約10攝氏度與大約30攝氏度之間的溫度和大約30巴與大約250巴之間的壓力。某些常規(guī)技術(shù)使用海水作為LNG再氣化的熱源，其在某些情形下使用可能會(huì)對環(huán)境具有不利的影響。舉例而言，涉及海水作為熱源使用LNG再氣化過程冷卻海水可能會(huì)對 LNG再氣化設(shè)施緊鄰的海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不可預(yù)知的影響。在其它常規(guī)技術(shù)中，可燃燒天然氣以產(chǎn)生再氣化LNG所需的熱，其增加了(例如)用于發(fā)電的LNG使用的碳足跡。因此，存在對用于再氣化LNG的改進(jìn)的方法和設(shè)備的需要，這種方法和設(shè)備克服了與常規(guī)LNG再氣化技術(shù)相關(guān)聯(lián)的上述問題中的至少某些。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，一種包括用于再氣化液化天然氣(LNG)的設(shè)備的發(fā)電設(shè)施包括壓縮機(jī)，其被配置成對工作流體加壓；熱回收系統(tǒng)，其被配置成向工作流體提供熱；渦輪機(jī)，其被配置成利用工作流體做功；以及，一個(gè)或多個(gè)熱交換器，其被配置成從工作流體傳熱。該熱交換器被配置成向在第一壓力的第一級液化天然氣傳熱，以及向在第二壓力的第二級液化天然氣、和壓縮工作流體中的至少一個(gè)傳熱。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，一種用于再氣化LNG發(fā)電設(shè)施中的液化天然氣的方法包括從發(fā)電設(shè)施的頂部循環(huán)回收熱和加熱該發(fā)電設(shè)施的底部循環(huán)的工作流體以提供熱的工作流體。熱的工作流體的能量的至少一部分被釋放以做功。在做功后從工作流體向在第一壓力的第一級液化天然氣傳熱，以及向在第二壓力的第二級液化天然氣、和壓縮工作流體中的至少一個(gè)傳熱。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，一種改造LNG發(fā)電設(shè)施中用于再氣化液化天然氣的設(shè)備的方法包括提供一個(gè)或多個(gè)熱交換器，其被配置成從工作流體向在第一壓力的第一級液化天然氣傳熱，以及向在第二壓力的第二級液化天然氣、和壓縮工作流體中的至少一個(gè)傳熱。還提供第一級LNG泵和至少一個(gè)第二級LNG泵中的至少一個(gè)，第一級LNG泵被配置成提供在第一壓力的第一級液化天然氣，至少一個(gè)第二級LNG泵被配置成提供在第二壓力的第二級液化天然氣。一個(gè)或多個(gè)熱交換器、第一級LNG泵和第二級LNG泵形成LNG發(fā)電設(shè)施的修改的底部布雷頓循環(huán)的一部分。


當(dāng)參看附圖來閱讀本發(fā)明下文的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在所有附圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相似的部件，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有兩級LNG氣化的頂部循環(huán)和底部布雷頓循環(huán)的示意圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有兩個(gè)LNG再氣化壓力水平的整合級聯(lián)氮?dú)獠祭最D循環(huán)的溫度相對于熵的圖表。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例具有兩級LNG氣化的頂部循環(huán)和底部布雷頓循環(huán)的示意圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例具有單級LNG氣化的頂部循環(huán)(topping cycle)和同流換熱的底部布雷頓循環(huán)(recuperatedbottoming Brayton cycle)的示意圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例具有雙級LNG氣化的頂部循環(huán)和混合同流換熱底部布雷頓循環(huán)的示意圖。元件列表110頂部循環(huán)112熱回收系統(tǒng)114渦輪機(jī)116壓縮機(jī)118熱交換器第一級LNG泵122 第二級 LNG 泵140熱的工作流體流142 第一級 LNG 流144 第二級 LNG 流200溫度相對于熵的曲線圖310頂部循環(huán)312熱回收系統(tǒng)314渦輪機(jī)316壓縮機(jī)318第一熱交換器320第二熱交換器322 第一級 LNG 泵324 第二級 LNG 泵340第一熱交換器318的熱的工作流體流341第二熱交換器320的熱的工作流體流342 第一級 LNG 流344 第二級 LNG 流410頂部循環(huán)412熱回收系統(tǒng)414渦輪機(jī)
416壓縮機(jī)
418熱交換器
420第一級LNG泵
440熱的工作流體流
442第一級LNG流
444工作流體同流換熱流
510頂部循環(huán)
512熱回收系統(tǒng)
514渦輪機(jī)
516壓縮機(jī)
518熱交換器
520第一級LNG泵
522第二級LNG泵
540熱的工作流體流
542第一級LNG流
544第二級LNG流
546工作流體同流換熱流
具體實(shí)施例方式如本文所用的以單數(shù)形式陳述且前面有詞“一”的元件或功能應(yīng)被理解為并不排除多個(gè)所述元件或功能，除非明確地陳述這種排除。另外，對本發(fā)明“一個(gè)實(shí)施例”的提及預(yù)期不被理解為排除也合并所陳述的特征的其它實(shí)施例的存在。如所提到的那樣，在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種發(fā)電設(shè)施，包括用于再氣化液化天然氣(LNG)的設(shè)備，該設(shè)備包括(a)壓縮機(jī)，其被配置成對工作流體加壓；(b)熱回收系統(tǒng)，其被配置成向工作流體提供熱；(c)渦輪機(jī)，其被配置成利用工作流體做功；以及，(d) 一個(gè)或多個(gè)熱交換器，其被配置成從工作流體向第一壓力的第一級液化天然氣傳熱，以及向第二壓力的第二級液化天然氣、和壓縮工作流體中的至少一個(gè)傳熱。在各種實(shí)施例中，該發(fā)電設(shè)施還包括第一級LNG泵，其可用于提供在第一壓力的第一級液化天然氣；和第二級LNG泵，其用于提供在第二壓力的第二級液化天然氣。工作流體用于俘獲由發(fā)電設(shè)施生成的熱且分級地向被再氣化的LNG傳熱。在各種實(shí)施例中，工作流體在熱回收系統(tǒng)中被加熱，熱回收系統(tǒng)被配置成向工作流體提供熱。在一實(shí)施例中，工作流體在熱回收系統(tǒng)中被加熱至大約300°C與大約700°C之間的溫度。在一實(shí)施例中，熱回收系統(tǒng)被配置成從發(fā)電渦輪機(jī)產(chǎn)生的熱廢氣提取熱。在替代實(shí)施例中，熱回收系統(tǒng)被配置成從外部熱循環(huán)提取熱。在一實(shí)施例中，外部熱循環(huán)是LNG發(fā)電設(shè)施的頂部循環(huán)。在各種實(shí)施例中，在熱交換器中進(jìn)行從工作流體到LNG的傳熱。在一實(shí)施例中，熱交換器被配置成提供在大約_140°C與大約-110°C之間溫度的熱的第一級液化天然氣。在一實(shí)施例中，熱交換器被配置成接收在大約-130°C與大約-100°C之間溫度和在大約50巴與大約700巴之間壓力的第二級液化天然氣。在一實(shí)施例中，熱交換器被配置成提供在大約0°c與大約40°C之間溫度的熱的第二級液化天然氣。在一實(shí)施例中，存在至少兩個(gè)熱交換器，第一熱交換器和第二熱交換器。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，第一熱交換器被配置成提供熱的第一級液化天然氣，且第二熱交換器被配置成提供熱的第二級液化天然氣。在一實(shí)施例中，熱交換器被配置成向第二級液化天然氣和壓縮工作流體傳熱。 在一實(shí)施例中，壓縮工作流體在大約-30°C與大約50°C之間的溫度和大約100巴與大約 200巴之間的壓力被遞送到熱交換器。在這些情形下，熱交換器可被說成配置成接收在大約-30°C與大約50°C之間的溫度和大約100巴與大約200巴之間壓力的壓縮工作流體。在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于在LNG發(fā)電設(shè)施中再氣化液化天然氣的方法，該方法包括(a)從發(fā)電設(shè)施的頂部循環(huán)回收熱和加熱該發(fā)電設(shè)施的底部循環(huán)的工作流體以提供熱的工作流體；(b)釋放包含于熱的工作流體中的能量的至少一部分以做功； 以及，(c)在做功后從工作流體向在第一壓力的第一級液化天然氣傳熱，以及向在第二壓力的第二級液化天然氣、和壓縮工作流體中的至少一個(gè)傳熱。在一實(shí)施例中，該方法采用選自氬氣、氦氣、二氧化碳和氮?dú)獾墓ぷ髁黧w。在一替代實(shí)施例中，該方法采用包括氬氣、氦氣、二氧化碳和氮?dú)庵兄辽僖环N的工作流體。在一實(shí)施例中，工作流體是氮?dú)?。在一?shí)施例中，工作流體在與發(fā)電設(shè)施的頂部循環(huán)相關(guān)聯(lián)的熱回收系統(tǒng)中被加熱至大約300°C與大約700°C之間范圍的溫度。在一替代實(shí)施例中，工作流體在與發(fā)電設(shè)施的頂部循環(huán)相關(guān)聯(lián)的熱回收系統(tǒng)中被加熱至大約350°C與大約650°C之間范圍的溫度。在又一替代實(shí)施例中，工作流體在與發(fā)電設(shè)施的頂部循環(huán)相關(guān)聯(lián)的熱回收系統(tǒng)中被加熱至大約 4000C與大約6000C之間范圍的溫度。在本發(fā)明的方法的一實(shí)施例中，第一級液化天然氣具有大約_160°C與大約-140°C之間的溫度和在大約1巴與大約50巴之間的壓力。在一替代實(shí)施例中，第一級液化天然氣具有大約_160°C與大約_140°C之間的溫度和大約2巴與大約15巴之間的壓力。在本發(fā)明的方法的一實(shí)施例中，第一級液化天然氣被引入熱交換器中，在熱交換器中其從工作流體吸熱以提供從熱交換器出來的大約-140°C與大約-110°C之間溫度的熱的第一級液化天然氣。在本發(fā)明的方法的一實(shí)施例中，第二級液化天然氣在大約_130°C與大約-100°C 之間的溫度和在大約50巴與大約700巴之間的壓力被引入熱交換器中。第二級液化天然氣從引入到熱交換器內(nèi)的工作流體吸熱以提供從熱交換器出來的具有大約0°C與大約40°C 之間溫度的熱的第二級液化天然氣。在本發(fā)明的方法的一實(shí)施例中，在第一熱交換器中從工作流體向第一級液化天然氣傳熱，且在第二熱交換器中從工作流體向第二級液化天然氣傳熱，以提供熱的第一級液化天然氣和熱的第二級液化天然氣。在本發(fā)明的方法的一實(shí)施例中，單個(gè)熱交換器用于從工作流體向第一級液化天然氣和第二級液化天然氣傳熱。因此，在第一熱交換器中，從工作流體向第一級液化天然氣傳熱，且在相同第一熱交換器中，從工作流體向第二級液化天然氣傳熱以提供熱的第一級液化天然氣和熱的第二級液化天然氣。如已提到的那樣，在本發(fā)明方法的一實(shí)施例中，從發(fā)電設(shè)施的頂部循環(huán)回收熱且用于加熱發(fā)電設(shè)施的底部循環(huán)的工作流體以提供熱的工作流體。工作流體可在整合到發(fā)電設(shè)施內(nèi)的熱回收系統(tǒng)中加熱。通常，工作流體在能量提取裝置下游的點(diǎn)被引入到熱交換器內(nèi)，能量提取裝置諸如為渦輪機(jī)，其使用包含于熱的工作流體中能量的一部分來做功。在一實(shí)施例中，工作流體在能量提取裝置下游的點(diǎn)被引入熱交換器中且向第一級液化天然氣傳熱以提供熱的第一級液化天然氣。從熱交換器出來的工作流體可之后經(jīng)受壓縮步驟以提供壓縮的工作流體?？赏ㄟ^使壓縮工作流體通過與第一級液化天然氣和第二級液化天然氣中的任一個(gè)或二者接觸的一個(gè)或多個(gè)熱交換器來從此壓縮工作流體提取額外的熱。在一實(shí)施例中，壓縮工作流體的溫度充分低使得隨著其穿過熱交換器向壓縮工作流體傳熱。在這些情形下，熱交換器被說成被配置為向壓縮工作流體傳熱。在一實(shí)施例中，壓縮工作流體在大約_30°C與大約50°C之間的溫度和大約100巴與大約200巴之間的壓力被引入到熱交換器。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)電設(shè)施或系統(tǒng)100，其包括用于再氣化液化天然氣(LNG)的設(shè)備。該系統(tǒng)100包括頂部循環(huán)110，頂部循環(huán)110使用燃料(例如，再氣化的LNG)與氧化劑(例如，周圍空氣)一起燃燒來生成能量和熱廢氣等。根據(jù)本文所提供的本發(fā)明的若干實(shí)施例，頂部循環(huán)110是開放式布雷頓循環(huán)。自頂部循環(huán)110的熱廢氣通過熱回收系統(tǒng)112導(dǎo)送，熱回收系統(tǒng)112被配置成從熱廢氣吸熱且將向底部布雷頓循環(huán)132的工作流體提供熱。該系統(tǒng)100提供發(fā)電和在兩個(gè)壓力水平的液化天然氣的高效再氣化。該系統(tǒng)100包括兩個(gè)級聯(lián)的布雷頓循環(huán)，S卩，頂部布雷頓循環(huán)110和底部封閉布雷頓循環(huán)132。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解頂部循環(huán)100被示出為布雷頓循環(huán)只是舉例說明且并無限制意義。 在圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，頂部布雷頓循環(huán)110是基于開放式簡單燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，且底部循環(huán)132是基于利用合適工作流體工作的封閉簡單布雷頓循環(huán)。在圖1所示的實(shí)施例中，底部布雷頓循環(huán)132提供兩級LNG再氣化。底部循環(huán)132包括渦輪機(jī)114，其從工作流體做功；熱交換器118，其從工作流體向LNG傳熱用于再氣化；以及，壓縮機(jī)116，其對工作流體進(jìn)行加壓。在圖示實(shí)施例中，底部循環(huán)的工作流體是在正常情形下相對惰性的任何合適流體，且可被選擇成減輕火、爆炸或其它安全危險(xiǎn)。合適工作流體包括(但不限于)通常惰性的氣體，諸如氬氣、氦氣、氮?dú)?、二氧化碳等。雖然在本文所討論的實(shí)施例中，氮?dú)馐怯?jì)劃的工作流體，本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于了解在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，可使用本領(lǐng)域中眾所周知的替代工作流體。該系統(tǒng)100還包括第一級LNG泵和第二級LNG泵，第一級LNG泵用于向熱交換器118提供第一級液化天然氣，且第二級LNG泵用于向熱交換器118提供第二級液化天然氣。如圖1所示，熱交換器 118是3流熱交換器，其被配置成在工作流體與第一級液化天然氣和第二液化天然氣之間進(jìn)行熱交換。3流熱交換器118包括熱的工作流體流140、第一級LNG流142和第二級LNG 流 144。仍參看圖1所示的實(shí)施例，在操作中，熱回收系統(tǒng)112在工作流體進(jìn)入渦輪機(jī)114 之前加熱工作流體或向工作流體提供能量。渦輪機(jī)114做功(用于例如發(fā)電)且釋放工作流體，其已流失至少某些能量至渦輪機(jī)，且工作流體然后作為熱的工作流體140進(jìn)入熱交換器118。熱交換器118以兩級再氣化液化天然氣。在圖示實(shí)施例中，該系統(tǒng)100(例如) 包括頂部燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)110和底部氮?dú)獠祭最D循環(huán)132，其通過從工作流體向兩個(gè)壓力水平的LNG傳熱而再氣化LNG。在此實(shí)例中，液化天然氣被再氣化且再氣化的天然氣可被提供到管道或需要?dú)鈶B(tài)的天然氣的另一設(shè)置。在一實(shí)施例中，再氣化的天然氣以大約80巴與大約250巴之間的壓力提供。在一替代實(shí)施例中，再氣化的天然氣以大約50巴與大約700 巴之間的壓力提供。在一實(shí)施例中，再氣化的天然氣以大約10°C與大約30°C之間的溫度提供。在第一再氣化級，第一級LNG泵120將第一級液化天然氣加熱到大約1巴與大約50巴之間的壓力和大約-160°C與大約-140°C之間的溫度。加壓的LNG進(jìn)入熱交換器118且在圖 1中被示出為第一級LNG流142。第一級液化天然氣從工作流體吸熱且在大約-140°C與大約-110°C的溫度以液態(tài)離開熱交換器118。之后，在第二級，第二級LNG泵122將第二級液化天然氣加壓至在大約50巴與大約700巴之間的汽化壓力(取決于所需遞送壓力)且在大約-130°C與大約-100°C之間的溫度。第二級液化天然氣進(jìn)入熱交換器118且在圖1中被示出為第二級LNG流144。第二級液化天然氣從工作流體吸熱，且在通常大約50巴與大約700巴之間的壓力和在大約0°C與40°C之間的溫度以基本上完全汽態(tài)離開熱交換器118。 因此，與(例如)具有單級再氣化的2級聯(lián)布雷頓循環(huán)相比，通過使用二級泵送，以更高效率再氣化液化天然氣?？傊?，3流熱交換器118通過將第一級液化天然氣泵送到中壓(有利地盡可能地低)且以很低溫度發(fā)送到第一級LNG流142而操作。第一級液化天然氣從工作流體吸熱且以液態(tài)從第一級LNG流142出來。從熱交換器出來的此液化天然氣然后被泵送到更高壓力(第二級)且作為第二級LNG流144被再次引入到熱交換器118內(nèi)以通過與工作流體進(jìn)行第二次熱接觸而被完全汽化，工作流體相對于被處理的液化天然氣具有相對較高的溫度 (在工作流體從渦輪機(jī)出來時(shí)大約50-250°C )。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解本文關(guān)于各種圖示所描述的概念并不限于諸如118的3流熱交換器，且包括本領(lǐng)域技術(shù)人員易于想到的其它變型。舉例而言，根據(jù)一實(shí)施例(進(jìn)一步關(guān)于圖3描述)，利用兩個(gè)單獨(dú)的熱交換器來使用本發(fā)明所提供的方法來再氣化LNG。發(fā)現(xiàn)降低所用工作流體的最低溫度對于LNG液化過程的總效率具有有益的效果且提高了底部循環(huán)的電效率。在如圖1所示配置的本發(fā)明的實(shí)施例中，保持進(jìn)入熱交換器 118的第一級液化天然氣的溫度盡可能低且避免LNG壓力(和溫度)急劇增加，這種急劇增加為單級再氣化系統(tǒng)的特有特征。有利地，液化天然氣分兩級而非一級再氣化(和泵送)。 以多級泵送(和因此加壓)液化天然氣且能通過多級更好地控制送到熱交換器118的液化天然氣的溫度(盡可能低)，且有利地總體地提供底部循環(huán)和液化過程的總效率提高。圖2是對于級聯(lián)的氮?dú)獠祭最D循環(huán)(模擬)，溫度與熵的曲線200，其中LNG再氣化在兩個(gè)壓力級執(zhí)行，如在圖1所描繪的系統(tǒng)100中。在曲線200所描繪的模擬結(jié)果中，出于模擬目的，做出各種假設(shè)。因此，假設(shè)頂部循環(huán)效率為42%，假設(shè)廢氣溫度為460°C，假設(shè) LNG溫度為_162°C且假設(shè)再氣化LNG為10_15°C和200巴。作為模擬的結(jié)果確定且可從曲線圖200推知出使用本發(fā)明的方法(例如)總效率從53. 8%增加到55%且凈發(fā)電增加大約2%。所實(shí)現(xiàn)的效率至少部分地是由于從氮?dú)?工作流體)向液化天然氣的高效傳熱。 根據(jù)一實(shí)例，由于包含于頂部循環(huán)的廢氣中的可用熱量不變，且進(jìn)出熱回收系統(tǒng)112的工作流體的特征保持與以一個(gè)壓力水平再氣化LNG的常規(guī)配置相同，底部循環(huán)的工作流體質(zhì)量流量以及熱回收系統(tǒng)112的設(shè)計(jì)和特征保持不變。因此，本發(fā)明的各種實(shí)施例可易于在現(xiàn)有發(fā)電設(shè)施中配置或修改且從而改進(jìn)發(fā)電設(shè)施相關(guān)聯(lián)的效率。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，類似于系統(tǒng)100的發(fā)電設(shè)施或系統(tǒng)300，其包括用于再氣化液化天然氣(LNG)的設(shè)備。該系統(tǒng)300包括頂部循環(huán)310;熱回收系統(tǒng) 312，其用于從頂部循環(huán)310回收熱且向底部循環(huán)332的工作流體提供熱；渦輪機(jī)314 ；壓縮機(jī)316 ；第一熱交換器318，其具有熱的工作流體流340和第一級LNG流342 ；第二熱交換器320，其具有熱的工作流體流341和第二級LNG流；344 ；第一級LNG泵322 ；以及，第二級 LNG泵324。第一熱交換器318和第二熱交換器320各為2流熱交換器。使用第一級LNG 泵322將第一級液化天然氣泵送到第一級LNG流342，在大約1巴與大約50巴之間的壓力和大約-160°C與大約_140°C之間的溫度。第一級液化天然氣以大約_140°C與大約_110°C 的溫度離開第一熱交換器318。之后，在第二級，使用第二級LNG泵3M將液化天然氣泵送至第二級LNG流344至第二熱交換器320，在大約50巴與大約700巴之間的壓力(取決于所需遞送壓力)且在大約_130°C與大約-100°C之間的溫度。第二級液化天然氣在大約50 巴與大約700巴之間的壓力離開第二熱交換器320，在一實(shí)施例中，在大約80巴與大約250 巴之間的壓力。離開第二熱交換器320的天然氣的溫度通常在大約0°C與大約40°C之間。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的發(fā)電設(shè)施或系統(tǒng)400，其包括用于再氣化液化天然氣(LNG)的設(shè)備。該系統(tǒng)400包括頂部循環(huán)410 ；熱回收系統(tǒng)412，其用于從頂部循環(huán)回收熱且向底部循環(huán)432的工作流體提供熱；渦輪機(jī)414 ；壓縮機(jī)416 ；3流熱交換器418 ； 以及，第一級LNG泵420。3流熱交換器418包括熱的工作流體流440、第一級LNG流442和工作流體同流換熱流444。該系統(tǒng)400的操作類似于圖1的系統(tǒng)100，例如，且此外，該系統(tǒng) 400包括一級LNG再氣化，且離開壓縮機(jī)416的工作流體被傳送到熱交換器418用于底部布雷頓循環(huán)432的同流換熱。因此，底部布雷頓循環(huán)432包括1級LNG再氣化和工作流體的同流換熱級。工作流體在大約100巴至大約200巴的壓力和大約_50°C至大約50°C的溫度以工作流體同流換熱流444進(jìn)入熱交換器418，從熱的工作流體流440吸熱，且在大約相同的壓力和大約50°C至大約200°C的溫度離開熱交換器418。使用第一級LNG泵420將第一級液化天然氣泵送到第一級LNG流442，在大約1巴與大約50巴之間的壓力與大約_160°C與大約-140°C之間的溫度。在圖4所示的實(shí)施例中，第一級液化天然以大約0°C與大約40°C 之間的溫度離開第一熱交換器418。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的發(fā)電設(shè)施或系統(tǒng)500，其包括用于再氣化液化天然氣(LNG)的設(shè)備。該系統(tǒng)500包括頂部循環(huán)510;熱回收系統(tǒng)512，其用于從頂部循環(huán)510回收熱且向底部循環(huán)532的工作流體提供熱；渦輪機(jī)514 ；壓縮機(jī)516 ；4流熱交換器518 ；第一級LNG泵520 ；以及，第二級LNG泵522。4流熱交換器518包括熱的工作流體流M0、第一級LNG流M2、第二級LNG流544和工作流體同流換熱流M6。該系統(tǒng)500的操作類似于圖1的系統(tǒng)100，例如，且此外，離開壓縮機(jī)516的工作流體被傳送到熱交換器518 用于底部布雷頓循環(huán)532的同流換熱。因此，底部布雷頓循環(huán)532包括2級LNG再氣化和工作流體的同流換熱級。工作流體在大約100巴至大約200巴的壓力和大約_50°C至50°C 的溫度以工作流體同流換熱流546進(jìn)入熱交換器518，從熱的工作流體流540吸熱，且在大約50°C至大約200°C之間的溫度離開熱交換器518。另外，在第一再氣化級，第一級LNG泵 520將第一級液化天然氣加熱到大約1巴與大約50巴之間的壓力和大約-160°C與_140°C 之間的溫度。第一級液化天然氣然后作為第一級LNG流542進(jìn)入熱交換器518。第一級液化天然氣從工作流體吸熱且在大約-140°C與大約-110°C之間的溫度同時(shí)仍以液態(tài)離開熱交換器518。之后，在第二級，第二級LNG泵522將第二級液化天然氣加壓至大約50巴與大約700巴之間的汽化壓力(取決于所需遞送壓力)且在大約-130°C與大約-100°C之間的溫度。第二級液化天然氣然后作為第二級LNG流544進(jìn)入熱交換器518。第二級液化天然氣從工作流體吸熱且在通常大約50巴與大約700巴之間的壓力和在大約0°C與大約40°C 之間的溫度以基本上完全汽態(tài)離開熱交換器518。在同流換熱布雷頓循環(huán)中，在通過熱回收系統(tǒng)之后，熱的工作流體通過渦輪機(jī)膨脹，且隨后被傳送到4流熱交換器518，4流熱交換器518以多個(gè)級再氣化液化天然氣，且同時(shí)作為同流換熱器工作以預(yù)熱離開壓縮機(jī)516的高壓工作流體。由于氮?dú)獗活A(yù)熱，在壓縮機(jī)出口處獲得更低的溫度，且因此與非同流換熱布雷頓循環(huán)相比，壓縮機(jī)在更低壓力比操作。因此，與非同流換熱實(shí)施例相比，同流換熱布雷頓循環(huán)可實(shí)現(xiàn)更高的電效率。如上文所討論，本發(fā)明的許多變型是可能的。舉例而言，由圖1的系統(tǒng)100示出的本發(fā)明的實(shí)施例的多種變型在本文中詳盡地討論。在一實(shí)施例中，用于底部布雷頓循環(huán)的同流換熱器可包括4流熱交換器(如圖5的系統(tǒng)500所示的實(shí)施例所示)、或者3流熱交換器和單獨(dú)同流換熱器(未圖示)、或者兩個(gè)單獨(dú)的LNG熱交換器和同流換熱器。在替代實(shí)施例中，第一級LNG泵送和第二級LNG泵送可由具有兩個(gè)壓力級的單個(gè)泵來提供。在一實(shí)施例中，每個(gè)壓力級安裝于兩級泵的共同驅(qū)動(dòng)軸桿上。對本文所述實(shí)施例的這些和其它變型、 置換和組合將由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到且在本公開的范疇內(nèi)。對本文所述的實(shí)施例的這些變型、置換和組合包括于本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。而且，應(yīng)了解雖然各種實(shí)施例在本文中圖示為利用氮?dú)庾鳛榈撞坎祭最D循環(huán)的工作流體，也可使用除了氮?dú)庵獾钠渌ぷ髁黧w。如所提到的那樣，可在本發(fā)明的實(shí)踐中采用任何合適的工作流體。通常，工作流體相對于發(fā)電設(shè)施的環(huán)境為惰性的或非反應(yīng)性的。合適的工作流體包括(例如)氬氣、氦氣、二氧化碳和其混合物。取決于所用特定工作流體， 各種溫度和壓力范圍可相應(yīng)地不同，如由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到且在本公開的范疇內(nèi)。本發(fā)明的實(shí)施例提供優(yōu)于已知實(shí)施例的多種優(yōu)點(diǎn)。舉例而言，通過在兩個(gè)不同的壓力水平泵送LNG，能在第一壓縮級中具有很低的LNG溫度相關(guān)增加。另外，降低了工作流體的最低適用溫度。而且，與以一個(gè)壓力水平再氣化LNG的配置相比，顯著地提高了底部循環(huán)的電效率。在各種實(shí)施例中，增加了系統(tǒng)滿足用于遞送/儲存的再氣化LNG要求的靈活性，因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)很高的LNG汽化壓力。而且，使用帶多個(gè)壓力級的單個(gè)泵來執(zhí)行泵送。有利地，本文所公開的各種實(shí)施例可易于在現(xiàn)有發(fā)電設(shè)施內(nèi)改造?，F(xiàn)有發(fā)電設(shè)施的具體構(gòu)件可被合適的修改或替換以提供與本文所述的各種實(shí)施例一致的發(fā)電設(shè)施。另外，LNG從其液態(tài)到氣態(tài)的轉(zhuǎn)換可以與簡單級聯(lián)配置相同或更高的可靠性實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵谀承?shí)施例中，不需要額外的器械。最后，與相當(dāng)?shù)膬闪鳠峤粨Q器相比，三流熱交換器的體積可增加，且因此可得到每單位體積更高的具體功率?？蓪?shí)現(xiàn)所消耗的每單位燃料所發(fā)的每單位電力更低的 CO2排放，因?yàn)槭褂帽景l(fā)明的實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)更高的電力效率和更高的功率輸出(相對于相當(dāng)?shù)囊阎到y(tǒng))。除非另外定義，本文所用的科技術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的相同的意義。如本文所用的術(shù)語“第一”、“第二”和類似詞語并不表示任何順序、量或重要性，而是用于區(qū)分一個(gè)元件與另一個(gè)元件。而且，術(shù)語“一”并不表示對量的限制，而是表示所提及項(xiàng)目中至少一個(gè)的存在，且術(shù)語“前”、“后”、“底部”和/或“頂部”除非另外指出， 只是為了便于說明而使用，且并不限于任一個(gè)位置或空間方位。若公開了范圍，針對于相同構(gòu)件或性質(zhì)的所有范圍的端點(diǎn)是包括性的且可獨(dú)立地組合(例如，“高達(dá)大約25重量％或者更具體地，大約5重量％至大約20重量％”的范圍包括在“在大約5重量％至大約25重量％ ”范圍的端點(diǎn)和所有中間值)。作為另一實(shí)例，由“在大約-130°C與大約-100°C之間” 的表達(dá)所表示的溫度應(yīng)被理解為包括每個(gè)指定的溫度_130°C與-100°C。結(jié)合量使用的修飾詞“大約”包括所提到的值且具有特定情形決定的意義(例如，包括與特定量的測量相關(guān)聯(lián)的誤差程度)。 雖然僅在本文中示出和描述了本發(fā)明的某些特征，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)想到許多修改和變化。因此應(yīng)了解權(quán)利要求預(yù)期涵蓋屬于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)的所有修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電設(shè)施，其包括用于再氣化液化天然氣(LNG)的設(shè)備(100)，包括 壓縮機(jī)(116)，其被配置成對工作流體加壓；熱回收系統(tǒng)(112)，其被配置成向所述工作流體提供熱； 渦輪機(jī)(114)，其被配置成利用所述工作流體做功；以及一個(gè)或多個(gè)熱交換器(118)，其被配置成從所述工作流體向在第一壓力的第一級液化天然氣傳熱，以及向在第二壓力的第二級液化天然氣、和壓縮工作流體中的至少一個(gè)傳熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)施，其特征在于還包括第一級LNG泵(120)和第二級LNG泵(12 中的至少一個(gè)，所述第一級LNG泵(120) 提供在第一壓力的第一級液化天然氣，所述第二級LNG泵(12 提供在第二壓力的第二級液化天然氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)施，其特征在于，所述工作流體包括氬氣、氦氣、二氧化碳和氮?dú)庵械闹辽僖环N。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)施，其特征在于包括第一熱交換器(318)和第二熱交換器(320)，其中所述第一熱交換器(318)被配置成提供熱的第一級液化天然氣，且所述第二熱交換器(320)被配置成提供熱的第二級液化天然氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電設(shè)施，其特征在于包括熱交換器(518)，所述熱交換器 (518)被配置成向第二級液化天然氣和壓縮工作流體傳熱。
6.一種用于在LNG發(fā)電設(shè)施中再氣化液化天然氣的方法，所述方法包括從發(fā)電設(shè)施的頂部循環(huán)回收熱和加熱所述發(fā)電設(shè)施的底部循環(huán)的工作流體以提供熱的工作流體；釋放包含于熱的工作流體的能量的至少一部分以做功；以及在做功后從所述工作流體向在第一壓力的第一級液化天然氣傳熱，以及向在第二壓力的第二級液化天然氣、和壓縮工作流體中的至少一個(gè)傳熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一級液化天然氣具有大約-160°C 與大約_140°C之間的溫度和大約1巴到大約50巴之間的壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括，將在大約-130°C與大約-10(TC之間的溫度和在大約50巴與大約700巴之間的壓力的第二級液化天然氣引入熱交換器中，以提供在大約0°C與大約40°C之間溫度的熱的第二級液化天然氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于包括從所述工作流體向所述第一級液化天然氣和所述第二級液化天然氣傳熱，所述傳熱在第一熱交換器中進(jìn)行以提供熱的第一級液化天然氣和熱的第二級液化天然氣，其中所述壓縮工作流體在大約-30°C與大約50°C之間的溫度和大約100巴與大約200巴之間的壓力被引入到所述熱交換器內(nèi)。
10.一種用于改造在LNG發(fā)電設(shè)施中用于再氣化液化天然氣的設(shè)備方法，所述方法包括提供一個(gè)或多個(gè)熱交換器(118)，其被配置成從工作流體向在第一壓力的第一級液化天然氣傳熱，以及向在第二壓力的第二級液化天然氣、和壓縮工作流體中的至少一個(gè)傳執(zhí).y 、人 提供至少一個(gè)第一級LNG泵(120)，其被配置成提供在所述第一壓力的所述第一級液化天然氣；以及提供至少一個(gè)第二級LNG泵(122)，其被配置成提供在第二壓力的第二級液化天然氣， 其中所述一個(gè)或多個(gè)熱交換器(118)、所述第一級LNG泵(120)和所述第二級LNG泵 (122)形成所述LNG發(fā)電設(shè)施的修改的底部布雷頓循環(huán)的一部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包括用于再氣化液化天然氣(LNG)的設(shè)備(100)的發(fā)電設(shè)施。該設(shè)備包括壓縮機(jī)(116)和熱回收系統(tǒng)(112)，壓縮機(jī)(116)被配置成對工作流體加壓，熱回收系統(tǒng)(112)被配置成向工作流體提供熱。渦輪機(jī)(114)被配置成利用熱的工作流體做功。一個(gè)或多個(gè)熱交換器(118)被配置成從工作流體向在第一壓力的第一級液化天然氣傳熱，以及向在第二壓力的第二級液化天然氣、和壓縮工作流體中的至少一個(gè)傳熱。
文檔編號F01K25/10GK102261272SQ20111015694
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者C·S·K·貝洛尼, J·?？怂固┒? M·A·戈扎拉斯薩拉札, M·芬肯拉思 申請人:通用電氣公司