專利名稱：一種lng冷能四級回收利用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及能量的轉(zhuǎn)換利用領(lǐng)域，特別涉及一種LNG (液化天然氣)冷能四級回收利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)依據(jù)LNG的汽化特性曲線對LNG冷能采用四級回收利用的方式，提高了 LNG冷能的回收利用率。
背景技術(shù)：
隨著國家對減少碳排放和提高節(jié)能效率的要求日益提高，我國的能源消費結(jié)構(gòu)將更加倚重天然氣。未來天然氣的供應(yīng)中，來自海外的LNG比重占較大份額。無論是從海外進(jìn)口的LNG，還是我國制取的LNG，在汽化時要放出大量的冷能，一般為830-860kJ/kg。世界各國都在努力探索提高LNG冷能利用率的途徑和方法，其中發(fā)電和供冷是主要途徑。目前， 利用LNG冷能發(fā)電的方法主要有直接膨脹循環(huán)、郎肯循環(huán)或二者的復(fù)合循環(huán)等。由于LNG 冷能釋放溫度跨度大，換熱溫差懸殊，造成冷火用損失大，LNG冷能利用效率難于提高，一般 LNG冷能利用率只有30%左右。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種LNG冷能四級回收利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)依據(jù)LNG的汽化特性曲線對LNG冷能采用四級回收利用的方式，提高了 LNG冷能的回收利用率。所述的LNG冷能四級回收利用系統(tǒng)包括1)、由LNG儲罐、加壓泵、第一冷凝器、第二冷凝器、第三膨脹透平機(jī)和換熱器構(gòu)成的LNG汽化升溫膨脹主回路，該主回路與天然氣管網(wǎng)或用戶連接；2)、由第一冷凝器、第一壓縮機(jī)、第一蒸發(fā)器、第一膨脹透平機(jī)和第一發(fā)電機(jī)構(gòu)成的第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；3)、由第二冷凝器、第二壓縮機(jī)、第二蒸發(fā)器、第二膨脹透平機(jī)和第二發(fā)電機(jī)構(gòu)成的第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；4)、由第三膨脹透平機(jī)和第三發(fā)電機(jī)構(gòu)成的膨脹發(fā)電單元；5)、由換熱器、循環(huán)泵和儲冰槽構(gòu)成的低溫儲冰供冷單元；在所述LNG汽化升溫膨脹主回路中，LNG儲罐通過管路依次與加壓泵、第一冷凝器、第二冷凝器、第三膨脹透平機(jī)和換熱器連接；在所述第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第一冷凝器通過管路依次與第一壓縮機(jī)、第一蒸發(fā)器和第一膨脹透平機(jī)連接并回到第一冷凝器構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)I，第一膨脹透平機(jī)通過機(jī)械軸與第一發(fā)電機(jī)連接，第一蒸發(fā)器通過另一管路與低溫供冷管路連接；在所述第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第二冷凝器通過管路依次與第二壓縮機(jī)、第二蒸發(fā)器和第二膨脹透平機(jī)連接并回到第二冷凝器構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)II，第二膨脹透平機(jī)通過機(jī)械軸與第二發(fā)電機(jī)連接，第二蒸發(fā)器通過另一管路與低溫供冷管路連接；[0013]在所述膨脹發(fā)電單元中，第三膨脹透平機(jī)通過機(jī)械軸與第三發(fā)電機(jī)連接；在所述低溫儲冰供冷單元中，換熱器通過管路依次與循環(huán)泵和儲冰槽連接并回到換熱器構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)III，儲冰槽通過另一管路與低溫供冷管路連接。優(yōu)選地，所述冷媒工質(zhì)I包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲
烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷。優(yōu)選地，所述冷媒工質(zhì)II包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲
烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷。優(yōu)選地，所述冷媒工質(zhì)III包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、二氟
甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷。在所述LNG汽化升溫膨脹主回路中，LNG儲罐輸出的LNG經(jīng)加壓泵加壓后送至第一冷凝器，在第一冷凝器中LNG吸收冷媒工質(zhì)I的熱量汽化為天然氣的飽和蒸汽，該飽和蒸汽在第二冷凝器中吸收冷媒工質(zhì)II的熱量后進(jìn)入第三膨脹透平機(jī)膨脹做功，天然氣膨脹做功降溫后進(jìn)入換熱器，在換熱器中天然氣吸收冷媒工質(zhì)III的熱量升溫，升溫后的天然氣進(jìn)入管網(wǎng)或用戶。在所述第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，冷媒工質(zhì)I在第一冷凝器中冷凝為低壓液態(tài)，然后經(jīng)第一壓縮機(jī)加壓為高壓液態(tài)后進(jìn)入第一蒸發(fā)器，在第一蒸發(fā)器中冷媒工質(zhì)I吸收所述低溫供冷管路的熱量蒸發(fā)為高壓氣態(tài)，該高壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I進(jìn)入第一膨脹透平機(jī)，在第一膨脹透平機(jī)中膨脹做功降壓為低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I，該低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I 進(jìn)入第一冷凝器再次冷凝為低壓液態(tài)繼續(xù)下一次循環(huán)，冷媒工質(zhì)I在第一膨脹透平機(jī)中所做的功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并通過機(jī)械軸驅(qū)動第一發(fā)電機(jī)發(fā)電。在所述第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，冷媒工質(zhì)II在第二冷凝器中冷凝為低壓液態(tài)，然后經(jīng)第二壓縮機(jī)加壓為高壓液態(tài)后進(jìn)入第二蒸發(fā)器，在第二蒸發(fā)器中冷媒工質(zhì)II吸收所述低溫供冷管路的熱量蒸發(fā)為高壓氣態(tài)，該高壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II進(jìn)入第二膨脹透平機(jī)，在第二膨脹透平機(jī)中膨脹做功降壓為低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II，該低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II進(jìn)入第二冷凝器再次冷凝為低壓液態(tài)繼續(xù)下一次循環(huán)，冷媒工質(zhì)II在第二膨脹透平機(jī)中所做的功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并通過機(jī)械軸驅(qū)動第二發(fā)電機(jī)發(fā)電。在所述膨脹發(fā)電單元中，天然氣在第三膨脹透平機(jī)中所做的功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并通過機(jī)械軸驅(qū)動第三發(fā)電機(jī)發(fā)電。在所述低溫儲冰供冷單元中，冷媒工質(zhì)III在換熱器中向LNG汽化升溫膨脹主回路中的天然氣釋放熱量，然后經(jīng)循環(huán)泵驅(qū)動進(jìn)入儲冰槽，在儲冰槽中冷媒工質(zhì)III吸收低溫供冷管路的熱量后再次進(jìn)入換熱器繼續(xù)下一次循環(huán)。本實用新型具有如下有益效果本實用新型依據(jù)LNG汽化曲線的分段特性，構(gòu)建了兩級郎肯循環(huán)和一級膨脹循環(huán)發(fā)電單元，并為提高LNG冷能利用率設(shè)置了低溫供冷單元，實現(xiàn)了 LNG冷能四級回收利用。 理論計算表明，在SMPa的工作壓力下，所述系統(tǒng)的LNG冷能的綜合利用率可達(dá)38%以上，如降低工作壓力，LNG冷能的綜合利用率還可進(jìn)一步提高。

[0025]圖1為本實用新型實施例1的LNG冷能四級回收利用系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型的發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步的描述。實施例1如圖1所示，本實用新型提供的LNG冷能四級回收利用系統(tǒng)包括1)、由LNG儲罐1、加壓泵2、第一冷凝器3、第二冷凝器8、第三膨脹透平機(jī)13和換熱器15構(gòu)成的LNG汽化升溫膨脹主回路，該主回路與天然氣管網(wǎng)或用戶連接；2)、由第一冷凝器3、第一壓縮機(jī)4、第一蒸發(fā)器5、第一膨脹透平機(jī)6和第一發(fā)電機(jī) 7構(gòu)成的第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；3)、由第二冷凝器8、第二壓縮機(jī)9、第二蒸發(fā)器10、第二膨脹透平機(jī)11和第二發(fā)電機(jī)12構(gòu)成的第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；4)、由第三膨脹透平機(jī)13和第三發(fā)電機(jī)14構(gòu)成的膨脹發(fā)電單元；5)、由換熱器15、循環(huán)泵16和儲冰槽17構(gòu)成的低溫儲冰供冷單元。在所述LNG汽化升溫膨脹主回路中，LNG儲罐1通過管路依次與加壓泵2、第一冷凝器3、第二冷凝器8、第三膨脹透平機(jī)13和換熱器15連接。在所述第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第一冷凝器3通過管路依次與第一壓縮機(jī)4、 第一蒸發(fā)器5和第一膨脹透平機(jī)6連接并回到第一冷凝器3構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)I，第一膨脹透平機(jī)6通過機(jī)械軸與第一發(fā)電機(jī)7連接，第一蒸發(fā)器 5通過另一管路與低溫供冷管路連接。在所述第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第二冷凝器8通過管路依次與第二壓縮機(jī)9、 第二蒸發(fā)器10和第二膨脹透平機(jī)11連接并回到第二冷凝器8構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)II，第二膨脹透平機(jī)11通過機(jī)械軸與第二發(fā)電機(jī)12連接，第二蒸發(fā)器10通過另一管路與低溫供冷管路連接。在所述膨脹發(fā)電單元中，第三膨脹透平機(jī)13通過機(jī)械軸與第三發(fā)電機(jī)14連接。在所述低溫儲冰供冷單元中，換熱器15通過管路依次與循環(huán)泵16和儲冰槽17連接并回到換熱器15構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)III，儲冰槽17通過另一管路與低溫供冷管路連接。由于LNG的組分及其含量存在差異，隨著LNG汽化過程中的工作壓力的不同而LNG 汽化曲線的分段特性也不同，因此所述冷媒工質(zhì)I、所述冷媒工質(zhì)II和所述冷媒工質(zhì)III需要根據(jù)實際情況來選用和調(diào)配。在所述LNG汽化升溫膨脹主回路中，LNG儲罐1輸出的LNG經(jīng)加壓泵2加壓后送至第一冷凝器3，在第一冷凝器3中LNG吸收冷媒工質(zhì)I的熱量汽化為天然氣的飽和蒸汽，該飽和蒸汽在第二冷凝器8中吸收冷媒工質(zhì)II的熱量后進(jìn)入第三膨脹透平機(jī)13膨脹做功， 天然氣膨脹做功降溫后進(jìn)入換熱器15，在換熱器15中天然氣吸收冷媒工質(zhì)III的熱量升溫，升溫后的天然氣進(jìn)入管網(wǎng)或用戶。在所述第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，冷媒工質(zhì)I在第一冷凝器3中冷凝為低壓液態(tài)，然后經(jīng)第一壓縮機(jī)4加壓為高壓液態(tài)后進(jìn)入第一蒸發(fā)器5，在第一蒸發(fā)器5中冷媒工質(zhì) I吸收所述低溫供冷管路的熱量蒸發(fā)為高壓氣態(tài)，該高壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I進(jìn)入第一膨脹透平機(jī)6，在第一膨脹透平機(jī)6中膨脹做功降壓為低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I，該低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)I進(jìn)入第一冷凝器3再次冷凝為低壓液態(tài)繼續(xù)下一次循環(huán)，冷媒工質(zhì)I在第一膨脹透平機(jī)6中所做的功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并通過機(jī)械軸驅(qū)動第一發(fā)電機(jī)7發(fā)電。在所述第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，冷媒工質(zhì)II在第二冷凝器8中冷凝為低壓液態(tài)，然后經(jīng)第二壓縮機(jī)9加壓為高壓液態(tài)后進(jìn)入第二蒸發(fā)器10，在第二蒸發(fā)器10中冷媒工質(zhì)II吸收所述低溫供冷管路的熱量蒸發(fā)為高壓氣態(tài)，該高壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II進(jìn)入第二膨脹透平機(jī)11，在第二膨脹透平機(jī)11中膨脹做功降壓為低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II，該低壓氣態(tài)的冷媒工質(zhì)II進(jìn)入第二冷凝器8再次冷凝為低壓液態(tài)繼續(xù)下一次循環(huán)，冷媒工質(zhì)II在第二膨脹透平機(jī)11中所做的功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并通過機(jī)械軸驅(qū)動第二發(fā)電機(jī)12發(fā)電。在所述膨脹發(fā)電單元中，天然氣在第三膨脹透平機(jī)13中所做的功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并通過機(jī)械軸驅(qū)動第三發(fā)電機(jī)14發(fā)電。在所述低溫儲冰供冷單元中，冷媒工質(zhì)III在換熱器15中向LNG汽化升溫膨脹主回路中的天然氣釋放熱量，然后經(jīng)循環(huán)泵16驅(qū)動進(jìn)入儲冰槽17，在儲冰槽17中冷媒工質(zhì) III吸收低溫供冷管路的熱量后再次進(jìn)入換熱器15繼續(xù)下一次循環(huán)。應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實施例對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行的詳細(xì)說明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本實用新型說明書的基礎(chǔ)上可以對各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種LNG冷能四級回收利用系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括1)、由LNG儲罐(1)、加壓泵(2)、第一冷凝器(3)、第二冷凝器(8)、第三膨脹透平機(jī) (13)和換熱器(15)構(gòu)成的LNG汽化升溫膨脹主回路，該主回路與天然氣管網(wǎng)或用戶連接；2)、由第一冷凝器(3)、第一壓縮機(jī)(4)、第一蒸發(fā)器(5)、第一膨脹透平機(jī)(6)和第一發(fā)電機(jī)(7)構(gòu)成的第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；3)、由第二冷凝器(8)、第二壓縮機(jī)(9)、第二蒸發(fā)器(10)、第二膨脹透平機(jī)(11)和第二發(fā)電機(jī)(12)構(gòu)成的第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；4)、由第三膨脹透平機(jī)(13)和第三發(fā)電機(jī)(14)構(gòu)成的膨脹發(fā)電單元；5)、由換熱器(15)、循環(huán)泵(16)和儲冰槽(17)構(gòu)成的低溫儲冰供冷單元；在所述LNG汽化升溫膨脹主回路中，LNG儲罐(1)通過管路依次與加壓泵(2)、第一冷凝器(3)、第二冷凝器(8)、第三膨脹透平機(jī)(13)和換熱器(15)連接；在所述第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第一冷凝器(3)通過管路依次與第一壓縮機(jī)(4)、 第一蒸發(fā)器(5)和第一膨脹透平機(jī)(6)連接并回到第一冷凝器(3)構(gòu)成封閉的循環(huán)回路， 在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)I，第一膨脹透平機(jī)(6)通過機(jī)械軸與第一發(fā)電機(jī)(7)連接， 第一蒸發(fā)器(5)通過另一管路與低溫供冷管路連接；在所述第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元中，第二冷凝器(8)通過管路依次與第二壓縮機(jī)(9)、 第二蒸發(fā)器(10)和第二膨脹透平機(jī)(11)連接并回到第二冷凝器(8)構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)II，第二膨脹透平機(jī)(11)通過機(jī)械軸與第二發(fā)電機(jī)(12) 連接，第二蒸發(fā)器(10)通過另一管路與低溫供冷管路連接；在所述膨脹發(fā)電單元中，第三膨脹透平機(jī)(13)通過機(jī)械軸與第三發(fā)電機(jī)(14)連接；在所述低溫儲冰供冷單元中，換熱器(15)通過管路依次與循環(huán)泵(16)和儲冰槽(17) 連接并回到換熱器(15)構(gòu)成封閉的循環(huán)回路，在該循環(huán)回路中充有冷媒工質(zhì)III，儲冰槽 (17)通過另一管路與低溫供冷管路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷媒工質(zhì)I采用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷媒工質(zhì)II采用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷材質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷媒工質(zhì)III采用甲烷、乙烷、丙烷、 丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷或五氟乙烷材質(zhì)。
專利摘要本實用新型公開了一種LNG冷能四級回收利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括由LNG儲罐(1)、加壓泵(2)、第一冷凝器(3)、第二冷凝器(8)、第三膨脹透平機(jī)(13)和換熱器(15)構(gòu)成的LNG汽化升溫膨脹主回路；由第一冷凝器(3)、第一壓縮機(jī)(4)、第一蒸發(fā)器(5)、第一膨脹透平機(jī)(6)和第一發(fā)電機(jī)(7)構(gòu)成的第一級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；由第二冷凝器(8)、第二壓縮機(jī)(9)、第二蒸發(fā)器(10)、第二膨脹透平機(jī)(11)和第二發(fā)電機(jī)(12)構(gòu)成的第二級郎肯循環(huán)發(fā)電單元；由第三膨脹透平機(jī)(13)和第三發(fā)電機(jī)(14)構(gòu)成的膨脹發(fā)電單元；由換熱器(15)、循環(huán)泵(16)和儲冰槽(17)構(gòu)成的低溫儲冰供冷單元。理論計算表明，在8MPa的工作壓力下，所述系統(tǒng)的LNG冷能的綜合利用率可達(dá)38％以上。
文檔編號F01K25/10GK202250272SQ201120294959
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者付成山, 廖品常 申請人:北京天成山泉電子科技有限公司