本發(fā)明屬于化工與低溫技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用lng冷能的混合工質(zhì)梯級發(fā)電與剩余冷量輸出系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
液化天然氣(liquefiednaturalgas，lng)是常溫天然氣經(jīng)過凈化和冷凍工藝液化而形成的以甲烷為主要成分的低溫液體。由于lng在液化過程中，已將硫、二氧化碳和水分等雜質(zhì)除去，燃燒后排放出的污染氣體要比柴油、重油等少50％以上，因此在環(huán)境保護(hù)意識日益提高的今天，lng已成為世界能源中純凈、環(huán)保、無污染的首選。
lng通常要?dú)饣髴?yīng)用，以lng溫度為-162℃計(jì)算，將其氣化成室溫時(shí)將會(huì)放出的冷量值大約是837kj/kg，如何合理利用這些冷量是一個(gè)影響經(jīng)濟(jì)效益的重要問題。在發(fā)達(dá)國家，lng冷能得到較好的開發(fā)，其利用方式包括了空氣分離、低溫粉碎、干冰制造、發(fā)電等。在國際上，日本的lng冷能低溫發(fā)電技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟；而在國內(nèi)，與lng接收站相配套的冷能利用裝置以空分設(shè)備為主，對于冷能發(fā)電的研究較少?？紤]到電能品質(zhì)高、工業(yè)化應(yīng)用廣泛以及l(fā)ng冷能回收的積極意義，很有必要加強(qiáng)對lng冷能高效發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)施研究。
利用lng冷能發(fā)電是以電能的形式回收lng冷能，屬于對lng冷能的直接利用，主要工藝技術(shù)包括：直接膨脹法、中間冷媒的朗肯循環(huán)、聯(lián)合法、低溫布雷頓循環(huán)、卡琳娜循環(huán)、燃?xì)廨啓C(jī)利用方法以及多重聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等等。已有l(wèi)ng冷能發(fā)電的研究主要圍繞建立多級的朗肯發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)及集成系統(tǒng)展開。
專利公開號cn106150578a，名為“一種多級耦合lng冷能利用循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)”的專利，公開了一種三級嵌套lng冷能利用循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，lng經(jīng)lng循環(huán)泵加壓后依次進(jìn)入第一級lng冷能利用循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、第二級lng冷能利用循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和第三級lng冷能利用循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換；20℃的海水熱源經(jīng)海水泵加壓后，進(jìn)入第三級lng冷能利用循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換，第二級lng冷能利用循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)由第三級lng冷能利用循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)放熱提供熱源進(jìn)行熱交換，第一級lng冷能利用循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)由第二級lng冷能利用循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)放熱提供熱源進(jìn)行熱交換。第一、二、三級循環(huán)所采用的發(fā)電工質(zhì)分別為r1150、r1150、r1270。該工藝中的每一級均采用單一工質(zhì)，這會(huì)給各級循環(huán)的冷凝器帶來較大的
專利公開號cn105545391a，名為“利用lng冷能發(fā)電的工藝”的專利，公開了包含三個(gè)獨(dú)立朗肯循環(huán)的lng冷能發(fā)電系統(tǒng)，第一、第二和第三級循環(huán)分別以甲烷、乙烯、丙烷為工質(zhì)展開流程。該方法的核心是采用多個(gè)多股流換熱器將各級循環(huán)相聯(lián)系，其中：lng蒸發(fā)器中甲烷與lng兩者進(jìn)行熱交換，第一lng升溫?fù)Q熱器中甲烷、乙烯和lng三者進(jìn)行熱交換，第二lng升溫?fù)Q熱器中甲烷、乙烯、丙烷和lng四者進(jìn)行熱交換。雖然該循環(huán)的整體結(jié)構(gòu)較為簡單，但是多股流換熱器的采用對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)際工程應(yīng)用的設(shè)備提出了更高的要求。
專利公開號cn105649698a，名為“一種利用液化天然氣梯級冷能進(jìn)行發(fā)電的工藝”的專利，公開了一種將儲(chǔ)罐lng分流進(jìn)行分別利用的方法。來自lng儲(chǔ)罐的低壓液化天然氣分成兩股，一股通過lng接收站高壓輸送泵進(jìn)入浸沒燃燒式汽化器氣化后通過外輸管網(wǎng)外輸；來自lng儲(chǔ)罐的另一股低壓液化天然氣經(jīng)過高壓輸送泵加壓成高壓lng，高壓lng分別進(jìn)入一級朗肯循環(huán)和二級朗肯循環(huán)，從而輔助一級朗肯循環(huán)和二級朗肯循環(huán)發(fā)電；之后高壓lng氣化為氣態(tài)天然氣，并進(jìn)入天然氣外輸管網(wǎng)與來自浸沒燃燒式汽化器的天然氣合并后外輸。該流程僅對lng的部分冷能通過橫向兩級的朗肯循環(huán)加以利用。
專利公開號cn205330749u，名為“l(fā)ng冷能梯級利用裝置”的專利，依據(jù)lng的汽化特性曲線，將lng冷能與燃煤廢氣余熱聯(lián)合應(yīng)用，再利用冷能和燃煤廢氣余熱發(fā)電的同時(shí)，可以對燃煤廢氣中的二氧化碳進(jìn)行液化捕集。在該裝置中，lng依次作為第一級r1150朗肯循環(huán)和第二級r170朗肯循環(huán)的冷源，完成橫向兩級朗肯循環(huán)，剩余冷量借助二氧化碳液化器和氣液分離器進(jìn)行氣液分離，完成二氧化碳的液化補(bǔ)集。該裝置仍然存在單質(zhì)朗肯循環(huán)冷凝器
專利公開號cn104373165a，名稱為“一種利用液化天然氣冷能發(fā)電的系統(tǒng)”的專利，該系統(tǒng)包括天然氣介質(zhì)朗肯循環(huán)和混合冷媒介質(zhì)朗肯循環(huán)兩個(gè)部分，天然氣介質(zhì)直接利用lng氣化后的天然氣，逐級利用低壓天然氣、中壓天然氣、低壓冷媒、次中亞冷媒和中壓冷媒與lng換熱。該專利公開的系統(tǒng)采用混合烴類作為冷媒，雖然在一定程度上減少了換熱有效能的損失，但是整個(gè)系統(tǒng)流程復(fù)雜，控制難度較大。
專利公開號cn104803432a，名為“一種lng冷能多級利用的方法與裝置”的專利，公開了一種lng冷能五級回收利用的方法。該方法依據(jù)lng汽化曲線的分段特性，構(gòu)建了一級朗肯發(fā)電單元、二氧化碳捕集單元、兩級海水淡化單元以及果蔬保鮮單元。多種冷能利用方式的集成使得整個(gè)系統(tǒng)較為龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且在技術(shù)實(shí)施時(shí)，前一級的溫壓偏差會(huì)對后一級產(chǎn)生影響，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，既不使整體lng冷能利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過分復(fù)雜，同時(shí)盡量減少各環(huán)節(jié)換熱過程中存在的有效能損失，以提供一種可以充分利用液化天然氣冷能的發(fā)電和冷量輸出的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明通過并列和嵌套的方式共創(chuàng)建了三級朗肯循環(huán)，相較于單級系統(tǒng)，用能效率提升；相較于多級系統(tǒng)而言，結(jié)構(gòu)不至于過分復(fù)雜，對實(shí)際工程有一定的指導(dǎo)意義；對于系統(tǒng)的第一、二、三級朗肯循環(huán)，分別采用了三元、三元、兩元混合工質(zhì)，有效避免了單一工質(zhì)無相變換熱帶來的高
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種利用lng冷能的混合工質(zhì)梯級發(fā)電與剩余冷量輸出系統(tǒng)，包括lng汽化側(cè)、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)和第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)；
所述lng汽化側(cè)，包括依次相連的lng增壓泵、lng-第一級混合工質(zhì)換熱器、lng-第三級混合工質(zhì)換熱器、ng-冷媒換熱器和ng-海水換熱器；
所述第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)，包括依次首尾相連的第一級混合工質(zhì)加壓泵、第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器、第一級混合工質(zhì)-海水換熱器、第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與lng-第一級混合工質(zhì)換熱器；
所述第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)，包括依次首尾相連的第二級混合工質(zhì)加壓泵、第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器、第二級混合工質(zhì)-海水換熱器、第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器；
所述第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)，包括依次首尾相連的第三級混合工質(zhì)加壓泵、第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器、第三級混合工質(zhì)-海水換熱器、第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與lng-第三級混合工質(zhì)換熱器；
其中，lng-第一級混合工質(zhì)換熱器共用于lng汽化側(cè)與第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中；
第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器共用于第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)與第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中；
lng-第三級混合工質(zhì)換熱器共用于lng汽化側(cè)與第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中。
具體地，所述lng汽化側(cè)連接方式為：所述lng增壓泵的出口連接lng-第一級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述lng-第一級混合工質(zhì)換熱器的出口連接lng-第三級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述lng-第三級混合工質(zhì)換熱器的出口連接ng-冷媒換熱器的入口，所述ng-冷媒換熱器的出口連接所述ng-海水換熱器的入口，所述ng-海水換熱器的出口連接至外輸管網(wǎng)；
所述第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)連接方式為：所述第一級混合工質(zhì)加壓泵的出口連接第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器的出口連接第一級混合工質(zhì)-海水換熱器的入口，所述第一級混合工質(zhì)-海水換熱器的出口連接所述第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的入口，所述第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的出口連接lng-第一級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述lng-第一級混合工質(zhì)換熱器的出口連接所述第一級混合工質(zhì)加壓泵的入口；
所述第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)連接方式為：所述第二級混合工質(zhì)加壓泵的出口連接第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器的入口，所述第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器的出口連接第二級混合工質(zhì)-海水換熱器的入口，所述第二級混合工質(zhì)-海水換熱器的出口連接所述第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的入口，所述第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的出口連接第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器的出口連接所述第二級混合工質(zhì)加壓泵的入口；
所述第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)連接方式為：所述第三級混合工質(zhì)加壓泵的出口連接第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器的入口，所述第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器的出口連接第三級混合工質(zhì)-海水換熱器的入口，所述第三級混合工質(zhì)-海水換熱器的出口連接所述第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的入口，所述第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的出口連接lng-第三級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述lng-第三級混合工質(zhì)換熱器的出口連接所述第三級混合工質(zhì)加壓泵的入口。
第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)連接，第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)連接，第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)連接。
其中，第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)嵌套于第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的，而第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)則是獨(dú)立于第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)和第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的。
第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)均為膨脹做功部分。
第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間高于第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間，第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間高于第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間。
來自于第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器、第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器、ng-冷媒換熱器換熱中的冷媒作為剩余冷量輸出。
作為優(yōu)選方案，所述第一級混合工質(zhì)-海水換熱器、第二級混合工質(zhì)-海水換熱器、第三級混合工質(zhì)-海水換熱器、ng-海水換熱器的高溫?zé)嵩淳鶃碜杂诤Ｋ⒖諝饣蚬I(yè)廢熱。
作為優(yōu)選方案，所述的第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)、第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)、第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)均采用透平膨脹機(jī)。
本發(fā)明還提供一種基于本發(fā)明所述系統(tǒng)的發(fā)電和剩余冷量輸出的方法，其包括如下步驟：
a、lng汽化側(cè)：來自于儲(chǔ)罐的原料液化天然氣經(jīng)所述的lng增壓泵增壓后，依次進(jìn)入lng-第一級混合工質(zhì)換熱器、lng-第三級混合工質(zhì)換熱器、ng-冷媒換熱器和ng-海水換熱器，實(shí)現(xiàn)完全氣化并升溫后，以符合外輸管網(wǎng)所要求的溫度和壓力輸出用于供氣或外輸，冷媒自ng-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出；
為滿足燃?xì)庀掠斡脩艋蜷L輸燃?xì)夤芫W(wǎng)的壓力要求，將常壓液化天然氣(簡稱lng)加壓至8-12mpa，成為高壓lng，溫度范圍為-158.3℃～-155.5℃；高壓lng與從第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)中排出的低壓第一級混合工質(zhì)在lng-第一級混合工質(zhì)換熱器中換熱，使得高壓液化天然氣溫度升高，釋放冷能后的高壓lng再與從第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)中排出的低壓第三級混合工質(zhì)在lng-第三級混合工質(zhì)換熱器中換熱，溫度再次升高，基本完成汽化。高壓低溫天然氣之后依次通過ng-冷媒換熱器與ng-海水換熱器來繼續(xù)吸熱升溫，達(dá)到管網(wǎng)或用戶溫度要求后可進(jìn)入壓力要求較高的輸氣管網(wǎng)。冷媒自ng-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出。
b、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)：采用三組分混合工質(zhì)作為第一級循環(huán)介質(zhì)，出lng-第一級混合工質(zhì)換熱器的微正壓液態(tài)第一級循環(huán)介質(zhì)進(jìn)入第一級混合工質(zhì)加壓泵增壓后，依次進(jìn)入第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器和第一級混合工質(zhì)-海水換熱器后，實(shí)現(xiàn)氣化并升溫后，以氣體狀態(tài)進(jìn)入第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)內(nèi)膨脹并降溫，第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的輸出功用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，氣態(tài)第一級循環(huán)介質(zhì)通過第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)后，以-62℃～-40℃的低溫氣體狀態(tài)進(jìn)入lng-第一級混合工質(zhì)換熱器，與高壓液態(tài)天然氣換熱后冷凝成液體，并再次進(jìn)入第一級混合工質(zhì)加壓泵提升循環(huán)壓力；
將lng增壓泵提升壓力后的高壓lng物流在第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的lng-第一級混合工質(zhì)換熱器中與第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)出口排出的低壓第一級循環(huán)介質(zhì)蒸汽換熱，第一級循環(huán)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷凝，溫度約為-151℃～-135℃。降溫冷凝后的第一級循環(huán)介質(zhì)再經(jīng)第一級混合工質(zhì)增壓泵增壓后，壓力達(dá)到0.5～3mpa。增壓后的液態(tài)第一級循環(huán)介質(zhì)再與第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的第二級循環(huán)介質(zhì)在第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器換熱，釋放冷能后升溫至-55℃～-40℃，并部分氣化。第一級循環(huán)介質(zhì)以氣液混合物的狀態(tài)進(jìn)入第一級混合工質(zhì)-海水換熱器，吸收海水熱量氣化后進(jìn)入第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)膨脹做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。膨脹后的低壓氣態(tài)第一級循環(huán)介質(zhì)再次進(jìn)入lng-第一級混合工質(zhì)換熱器吸收lng冷量完成液化。
c、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)：采用三組分混合工質(zhì)作為第二級循環(huán)介質(zhì)，出第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器的低壓液態(tài)第二級循環(huán)介質(zhì)進(jìn)入第二級混合工質(zhì)增壓泵增壓后，進(jìn)入第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器，再進(jìn)入第二級混合工質(zhì)-海水換熱器，實(shí)現(xiàn)氣化并升溫后，第二級循環(huán)介質(zhì)以氣體狀態(tài)進(jìn)入第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)內(nèi)膨脹并降溫，第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的輸出功用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，氣態(tài)第二級循環(huán)介質(zhì)通過第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)后，以低溫氣態(tài)狀態(tài)進(jìn)入第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器，與液態(tài)第一級混合工質(zhì)換熱后冷凝成液體，并再次進(jìn)入第二級混合工質(zhì)增壓泵提升循環(huán)壓力，冷媒自第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出；
將第一級混合工質(zhì)增壓泵提升壓力后的高壓液態(tài)第一級循環(huán)介質(zhì)物流在第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器中與第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)出口排出的低壓第二級混合工質(zhì)蒸汽換熱，第二級混合工質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷凝，溫度約為-143℃～-135℃。降溫冷凝后的第二級混合工質(zhì)再經(jīng)第二級混合工質(zhì)泵10增壓后，壓力達(dá)到0.5～2.2mpa。增壓后的液態(tài)第二級混合工質(zhì)依次進(jìn)入第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器和第二級混合工質(zhì)-海水換熱器，吸收冷媒和海水熱量氣化后進(jìn)入第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)膨脹做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。膨脹后的低壓氣態(tài)第二級混合工質(zhì)再次進(jìn)入第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器吸收第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中第一級混合工質(zhì)的冷量實(shí)現(xiàn)液化，冷媒自第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出；
d、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)：采用兩組分混合工質(zhì)作為第三級循環(huán)介質(zhì)，出lng-第三級混合工質(zhì)換熱器的微正壓液態(tài)第三級循環(huán)介質(zhì)進(jìn)入第三級混合工質(zhì)加壓泵增壓后，進(jìn)入第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器，再進(jìn)入第三級混合工質(zhì)-海水換熱器，實(shí)現(xiàn)氣化并升溫后，以氣體狀態(tài)進(jìn)入第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)內(nèi)膨脹并降溫，第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的輸出功用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，氣態(tài)第三級循環(huán)介質(zhì)通過第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)后，以-50℃～-30℃的低溫氣體狀態(tài)進(jìn)入lng-第三級混合工質(zhì)換熱器，與高壓液態(tài)天然氣換熱后冷凝成液體，并再次進(jìn)入第三級混合工質(zhì)加壓泵提升循環(huán)壓力；冷媒自第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出；
將lng增壓泵提升壓力后的高壓lng物流通過lng-第一級混合工質(zhì)換熱器為第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)提供冷量后，又在第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的lng-第三級混合工質(zhì)換熱器中與第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)出口排出的低壓第三級循環(huán)介質(zhì)蒸汽換熱，使得第三級循環(huán)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷凝，溫度約為-60℃～-40℃。降溫冷凝后的第三級循環(huán)介質(zhì)再經(jīng)第三級混合工質(zhì)增壓泵增壓后，壓力達(dá)到0.5～1.5mpa。增壓后的液態(tài)第三級循環(huán)介質(zhì)再依次與第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器和第三級混合工質(zhì)-海水換熱器換熱，從冷媒和海水處吸熱實(shí)現(xiàn)氣化并升溫后，以氣體狀態(tài)進(jìn)入第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)膨脹做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。膨脹后的低壓氣態(tài)第三級循環(huán)介質(zhì)再次進(jìn)入lng-第三級混合工質(zhì)換熱器吸收lng冷量完成液化，冷媒自第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出。
作為優(yōu)選方案，步驟a中，原料液化天然氣微正壓儲(chǔ)存，即其儲(chǔ)存壓力為0.125mpa。
作為優(yōu)選方案，步驟a中，lng增壓泵出口壓力由其接入的外輸管網(wǎng)要求的壓力或用戶使用壓力所決定。
作為優(yōu)選方案，步驟a中，天然氣出ng-海水換熱器的出口溫度由其接入的外輸管網(wǎng)要求的溫度所決定。
所述的第一級循環(huán)介質(zhì)為甲烷、乙烯、丙烷的混合物質(zhì)，所述的第二級循環(huán)介質(zhì)為甲烷、乙烯、丙烷的混合物質(zhì)，所述的第三級循環(huán)介質(zhì)為乙烷、丙烷的混合物質(zhì)。
以上發(fā)明技術(shù)方案中，lng均指液化天然氣，即liquefiednaturalgas，ng均指天然氣，即naturalgas。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
(1)lng冷能梯級利用，即通過并列和嵌套的方式共創(chuàng)建了三級朗肯循環(huán)，其中，第二級朗肯循環(huán)是嵌套于第一級朗肯循環(huán)的，而第三級朗肯循環(huán)則是獨(dú)立于第一級和第二級循環(huán)的，且第三級朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間高于第二級朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間，第二級朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間高于第一級朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間。相較于單級系統(tǒng)，用能效率提升；相較于多級系統(tǒng)而言，結(jié)構(gòu)不至于過分復(fù)雜，對實(shí)際工程有一定的指導(dǎo)意義。
(2)采用多元混合工質(zhì)，對于系統(tǒng)的第一、二、三級朗肯循環(huán)，分別采用了三元、三元、兩元混合工質(zhì)，有效避免了單一工質(zhì)無相變換熱帶來的高
(3)系統(tǒng)引入冷媒換熱環(huán)節(jié)，緩解了工質(zhì)或lng直接與熱源換熱帶來的冷量流失問題，冷媒從系統(tǒng)中獲得的冷量可以用于其他冷量需求途徑。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
圖1為利用lng冷能的混合工質(zhì)梯級發(fā)電與剩余冷量輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖及其方法的工作流程圖。
圖中：1、lng增壓泵；2、lng-第一級混合工質(zhì)換熱器；3、lng-第三級混合工質(zhì)換熱器；4、ng-冷媒換熱器；5、ng-海水換熱器；6、第一級混合工質(zhì)增壓泵；7、第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器；8、第一級混合工質(zhì)-海水換熱器；9、第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)；10、第二級混合工質(zhì)增壓泵；11、第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器；12、第二級混合工質(zhì)-海水換熱器；13、第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)；14、第三級混合工質(zhì)增壓泵；15、第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器；16、第三級混合工質(zhì)-海水換熱器；17、第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)；
a、lng汽化側(cè)；b、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)；c、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)；d、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)；
a1、lng汽化側(cè)第一物流；a2、lng汽化側(cè)第二物流；a3、lng汽化側(cè)第三物流；a4、lng汽化側(cè)第四物流；a5、lng汽化側(cè)第五物流；a6、lng汽化側(cè)第六物流；
b1、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第一物流；b2、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第二物流；b3、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第三物流；b4、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第四物流；b5、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第五物流；
c1、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第一物流；c2、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第二物流；c3、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第三物流；c4、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第四物流；c5、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第五物流；
d1、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第一物流；d2、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第二物流；d3、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第三物流；d4、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第四物流；d5、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)第五物流。
具體實(shí)施方式
一種利用lng冷能的混合工質(zhì)梯級發(fā)電與剩余冷量輸出系統(tǒng)，包括lng汽化側(cè)、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)和第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)；
所述lng汽化側(cè)，包括依次相連的lng增壓泵、lng-第一級混合工質(zhì)換熱器、lng-第三級混合工質(zhì)換熱器、ng-冷媒換熱器和ng-海水換熱器，連接方式為：所述lng增壓泵的出口連接lng-第一級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述lng-第一級混合工質(zhì)換熱器的出口連接lng-第三級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述lng-第三級混合工質(zhì)換熱器的出口連接ng-冷媒換熱器的入口，所述ng-冷媒換熱器的出口連接所述ng-海水換熱器的入口，所述ng-海水換熱器的出口連接至外輸管網(wǎng)；
所述第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)，包括依次首尾相連的第一級混合工質(zhì)加壓泵、第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器、第一級混合工質(zhì)-海水換熱器、第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與lng-第一級混合工質(zhì)換熱器，連接方式為：所述第一級混合工質(zhì)加壓泵的出口連接第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器的出口連接第一級混合工質(zhì)-海水換熱器的入口，所述第一級混合工質(zhì)-海水換熱器的出口連接所述第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的入口，所述第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的出口連接lng-第一級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述lng-第一級混合工質(zhì)換熱器的出口連接所述第一級混合工質(zhì)加壓泵的入口；
所述第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)，包括依次首尾相連的第二級混合工質(zhì)加壓泵、第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器、第二級混合工質(zhì)-海水換熱器、第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器，連接方式為：所述第二級混合工質(zhì)加壓泵的出口連接第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器的入口，所述第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器的出口連接第二級混合工質(zhì)-海水換熱器的入口，所述第二級混合工質(zhì)-海水換熱器的出口連接所述第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的入口，所述第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的出口連接第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器的出口連接所述第二級混合工質(zhì)加壓泵的入口；
所述第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)，包括依次首尾相連的第三級混合工質(zhì)加壓泵、第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器、第三級混合工質(zhì)-海水換熱器、第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與lng-第三級混合工質(zhì)換熱器，連接方式為：所述第三級混合工質(zhì)加壓泵的出口連接第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器的入口，所述第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器的出口連接第三級混合工質(zhì)-海水換熱器的入口，所述第三級混合工質(zhì)-海水換熱器的出口連接所述第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的入口，所述第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的出口連接lng-第三級混合工質(zhì)換熱器的入口，所述lng-第三級混合工質(zhì)換熱器的出口連接所述第三級混合工質(zhì)加壓泵的入口。
其中，lng-第一級混合工質(zhì)換熱器共用于lng汽化側(cè)與第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中，第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器共用于第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)與第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中，lng-第三級混合工質(zhì)換熱器共用于lng汽化側(cè)與第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中。
第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)連接，第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)連接，第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)連接。第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)均為膨脹做功部分。
第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間高于第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間，第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間高于第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的溫度區(qū)間。
來自于第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器、第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器、ng-冷媒換熱器換熱中的冷媒作為剩余冷量輸出。
所述第一級混合工質(zhì)-海水換熱器、第二級混合工質(zhì)-海水換熱器、第三級混合工質(zhì)-海水換熱器、ng-海水換熱器的高溫?zé)嵩淳鶃碜杂诤Ｋ?、空氣或工業(yè)廢熱。
一種基于上述系統(tǒng)的發(fā)電和剩余冷量輸出的方法，其包括如下步驟：
a、lng汽化側(cè)：來自于儲(chǔ)罐的原料液化天然氣經(jīng)所述的lng增壓泵增壓后，依次進(jìn)入lng-第一級混合工質(zhì)換熱器、lng-第三級混合工質(zhì)換熱器、ng-冷媒換熱器和ng-海水換熱器，實(shí)現(xiàn)完全氣化并升溫后，以符合外輸管網(wǎng)所要求的溫度和壓力輸出用于供氣或外輸，冷媒自ng-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出；
為滿足燃?xì)庀掠斡脩艋蜷L輸燃?xì)夤芫W(wǎng)的壓力要求，將常壓液化天然氣(簡稱lng)加壓至8-12mpa，成為高壓lng，溫度范圍為-158.3℃～-155.5℃；高壓lng與從第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)中排出的低壓第一級混合工質(zhì)在lng-第一級混合工質(zhì)換熱器中換熱，使得高壓液化天然氣溫度升高，釋放冷能后的高壓lng再與從第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)中排出的低壓第三級混合工質(zhì)在lng-第三級混合工質(zhì)換熱器中換熱，溫度再次升高，基本完成汽化。高壓低溫天然氣之后依次通過ng-冷媒換熱器與ng-海水換熱器來繼續(xù)吸熱升溫，達(dá)到管網(wǎng)或用戶溫度要求后可進(jìn)入壓力要求較高的輸氣管網(wǎng)。冷媒自ng-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出。
b、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)：采用三組分混合工質(zhì)作為第一級循環(huán)介質(zhì)，出lng-第一級混合工質(zhì)換熱器的微正壓液態(tài)第一級循環(huán)介質(zhì)進(jìn)入第一級混合工質(zhì)加壓泵增壓后，依次進(jìn)入第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器和第一級混合工質(zhì)-海水換熱器后，實(shí)現(xiàn)氣化并升溫后，以氣體狀態(tài)進(jìn)入第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)內(nèi)膨脹并降溫，第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的輸出功用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，氣態(tài)第一級循環(huán)介質(zhì)通過第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)后，以-62℃～-40℃的低溫氣體狀態(tài)進(jìn)入lng-第一級混合工質(zhì)換熱器，與高壓液態(tài)天然氣換熱后冷凝成液體，并再次進(jìn)入第一級混合工質(zhì)加壓泵提升循環(huán)壓力；
將lng增壓泵提升壓力后的高壓lng物流在第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的lng-第一級混合工質(zhì)換熱器中與第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)出口排出的低壓第一級循環(huán)介質(zhì)蒸汽換熱，第一級循環(huán)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷凝，溫度約為-151℃～-135℃。降溫冷凝后的第一級循環(huán)介質(zhì)再經(jīng)第一級混合工質(zhì)增壓泵增壓后，壓力達(dá)到0.5～3mpa。增壓后的液態(tài)第一級循環(huán)介質(zhì)再與第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的第二級循環(huán)介質(zhì)在第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器換熱，釋放冷能后升溫至-55℃～-40℃，并部分氣化。第一級循環(huán)介質(zhì)以氣液混合物的狀態(tài)進(jìn)入第一級混合工質(zhì)-海水換熱器，吸收海水熱量氣化后進(jìn)入第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)膨脹做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。膨脹后的低壓氣態(tài)第一級循環(huán)介質(zhì)再次進(jìn)入lng-第一級混合工質(zhì)換熱器吸收lng冷量完成液化。
c、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)：采用三組分混合工質(zhì)作為第二級循環(huán)介質(zhì)，出第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器的低壓液態(tài)第二級循環(huán)介質(zhì)進(jìn)入第二級混合工質(zhì)增壓泵增壓后，進(jìn)入第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器，再進(jìn)入第二級混合工質(zhì)-海水換熱器，實(shí)現(xiàn)氣化并升溫后，第二級循環(huán)介質(zhì)以氣體狀態(tài)進(jìn)入第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)內(nèi)膨脹并降溫，第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的輸出功用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，氣態(tài)第二級循環(huán)介質(zhì)通過第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)后，以低溫氣態(tài)狀態(tài)進(jìn)入第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器，與液態(tài)第一級混合工質(zhì)換熱后冷凝成液體，并再次進(jìn)入第二級混合工質(zhì)增壓泵提升循環(huán)壓力，冷媒自第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出；
將第一級混合工質(zhì)增壓泵提升壓力后的高壓液態(tài)第一級循環(huán)介質(zhì)物流在第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器中與第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)出口排出的低壓第二級混合工質(zhì)蒸汽換熱，第二級混合工質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷凝，溫度約為-143℃～-135℃。降溫冷凝后的第二級混合工質(zhì)再經(jīng)第二級混合工質(zhì)泵10增壓后，壓力達(dá)到0.5～2.2mpa。增壓后的液態(tài)第二級混合工質(zhì)依次進(jìn)入第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器和第二級混合工質(zhì)-海水換熱器，吸收冷媒和海水熱量氣化后進(jìn)入第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)膨脹做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。膨脹后的低壓氣態(tài)第二級混合工質(zhì)再次進(jìn)入第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器吸收第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中第一級混合工質(zhì)的冷量實(shí)現(xiàn)液化，冷媒自第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出；
d、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)：采用兩組分混合工質(zhì)作為第三級循環(huán)介質(zhì)，出lng-第三級混合工質(zhì)換熱器的微正壓液態(tài)第三級循環(huán)介質(zhì)進(jìn)入第三級混合工質(zhì)加壓泵增壓后，進(jìn)入第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器，再進(jìn)入第三級混合工質(zhì)-海水換熱器，實(shí)現(xiàn)氣化并升溫后，以氣體狀態(tài)進(jìn)入第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)內(nèi)膨脹并降溫，第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)的輸出功用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，氣態(tài)第三級循環(huán)介質(zhì)通過第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)后，以-50℃～-30℃的低溫氣體狀態(tài)進(jìn)入lng-第三級混合工質(zhì)換熱器，與高壓液態(tài)天然氣換熱后冷凝成液體，并再次進(jìn)入第三級混合工質(zhì)加壓泵提升循環(huán)壓力；冷媒自第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出；
將lng增壓泵提升壓力后的高壓lng物流通過lng-第一級混合工質(zhì)換熱器為第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)提供冷量后，又在第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的lng-第三級混合工質(zhì)換熱器中與第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)出口排出的低壓第三級循環(huán)介質(zhì)蒸汽換熱，使得第三級循環(huán)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷凝，溫度約為-60℃～-40℃。降溫冷凝后的第三級循環(huán)介質(zhì)再經(jīng)第三級混合工質(zhì)增壓泵增壓后，壓力達(dá)到0.5～1.5mpa。增壓后的液態(tài)第三級循環(huán)介質(zhì)再依次與第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器和第三級混合工質(zhì)-海水換熱器換熱，從冷媒和海水處吸熱實(shí)現(xiàn)氣化并升溫后，以氣體狀態(tài)進(jìn)入第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)膨脹做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。膨脹后的低壓氣態(tài)第三級循環(huán)介質(zhì)再次進(jìn)入lng-第三級混合工質(zhì)換熱器吸收lng冷量完成液化，冷媒自第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器換熱獲得的冷量可進(jìn)行輸出。
作為優(yōu)選方案，步驟a中，原料液化天然氣微正壓儲(chǔ)存，即其儲(chǔ)存壓力為0.125mpa。
作為優(yōu)選方案，步驟a中，lng增壓泵出口壓力由其接入的外輸管網(wǎng)要求的壓力或用戶使用壓力所決定。
作為優(yōu)選方案，步驟a中，天然氣出ng-海水換熱器的出口溫度由其接入的外輸管網(wǎng)要求的溫度所決定。
所述的第一級循環(huán)介質(zhì)為甲烷、乙烯、丙烷的混合物質(zhì)，所述的第二級循環(huán)介質(zhì)為甲烷、乙烯、丙烷的混合物質(zhì)，所述的第三級循環(huán)介質(zhì)為乙烷、丙烷的混合物質(zhì)。
以上發(fā)明技術(shù)方案中，lng均指液化天然氣，即liquefiednaturalgas，ng均指天然氣，即naturalgas。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
一種利用lng冷能的混合工質(zhì)梯級發(fā)電與剩余冷量輸出系統(tǒng)，其工藝流程如圖1所示，包括lng汽化側(cè)a、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)b、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)c和第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)d四個(gè)部分。
接收站的液化天然氣(lng)的摩爾組成簡化為：甲烷93％，乙烷4％，丙烷1.5％，異丁烷1％，異戊烷0.1％，氮0.4％；lng冷能發(fā)電利用的lng蒸發(fā)量為191t/h，第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)b中第一級循環(huán)介質(zhì)選擇的是三元混合工質(zhì)，由甲烷、乙烯、丙烷組成(三者質(zhì)量百分比為0.21:0.29:0.50)，流量為128.7t/h；第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)c中第二級循環(huán)介質(zhì)選擇的是三元混合工質(zhì)，由甲烷、乙烯、丙烷組成(三者質(zhì)量百分比為0.23:0.27:0.50)，流量為61.8t/h；第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)d中第三級循環(huán)介質(zhì)選擇的是兩元混合工質(zhì)，由乙烷和丙烷組成(兩者質(zhì)量百分比為0.27:0.73)，流量為55.8t/h。用于獲取系統(tǒng)剩余冷量的冷媒均選擇的是r22，各處r22進(jìn)入系統(tǒng)的溫度和壓力為-15℃，0.296mpa，離開系統(tǒng)的溫度和壓力為-25℃，0.246mpa。熱源海水的溫度為30℃(隨季節(jié)變化，海水溫度不同)。
來自儲(chǔ)罐的lng(物流a1)(0.125mpa,-162℃)由lng增壓泵1增壓后，出口壓力為12mpa(表壓)、-156℃的lng(物流a2)首先與第一級混合工質(zhì)在lng-第一級混合工質(zhì)換熱器2進(jìn)行換熱，lng被加熱到-60.54℃(物流a3)，然后與第三級混合工質(zhì)在lng-第三級混合工質(zhì)換熱器3進(jìn)行換熱，lng被加熱到-34.26℃(物流a4)，之后與冷媒r22在ng-冷媒換熱器4中換熱升溫至-17.27℃(物流a5)，此處r22的流量為63.04t/h，可外輸冷量3983.3kw；接著進(jìn)入ng-海水換熱器繼續(xù)升溫，加熱后的ng壓力11.8mpa，溫度5℃(物流a6)，送至壓力要求較高的ng管網(wǎng)。
0.1719mpa、-57.5℃的第一級混合工質(zhì)(物流b4)與12mpa、-156℃的lng(物流a2)在lng-第一級混合工質(zhì)換熱器2換熱后冷凝為0.1219mpa、-148.9℃的液體(物流b5)，經(jīng)第一級混合工質(zhì)增壓泵6增壓至2.9mpa(物流b1)，增壓泵耗功為206.7kw，進(jìn)入第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器7與第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的第二級混合工質(zhì)換熱，第一級混合工質(zhì)被加熱到-45.73℃(物流b2)，然后與海水在第一級混合工質(zhì)-海水換熱器8中換熱蒸發(fā)，蒸發(fā)為2.8mpa、28℃的蒸汽(物流b3)，進(jìn)入第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)9膨脹做功，輸出功率為5168kw。膨脹做功后的第一級混合工質(zhì)(物流b4)再回到lng-第一級混合工質(zhì)換熱器2，以此構(gòu)成第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)。
0.2mpa、-43.68℃的第二級混合工質(zhì)(物流c4)在與2.9mpa、-147.7℃的第一級混合工質(zhì)(物流b1)在第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器7換熱后冷凝為0.15mpa、-140.8℃的液體(物流c5)，經(jīng)第二級混合工質(zhì)增壓泵10增壓至2.22mpa(物流c1)，增壓泵耗功為70.68kw，與冷媒r22在第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器11中換熱升溫至-17.22℃(物流c2)，此處r22的流量為91.3t/h，可外輸冷量5769.4kw；之后第二級混合工質(zhì)-海水換熱器12換熱蒸發(fā)為28℃的蒸汽(物流c3)，再進(jìn)入第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)13膨脹做功，輸出功率為1899kw。膨脹做功后的第二級混合工質(zhì)(物流c4)再回到第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器7與第一級混合工質(zhì)換熱實(shí)現(xiàn)冷凝，以此構(gòu)成第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)。
0.2mpa、-32.37℃的第三級混合工質(zhì)(物流d4)在與11.95mpa、-60.54℃的lng-第一級混合工質(zhì)換熱器2出口的lng(物流a3)在lng-第三級混合工質(zhì)換熱器3換熱后冷凝為0.15mpa、-57.09℃的液體(物流d5)，經(jīng)第三級混合工質(zhì)增壓泵14增壓至1.42mpa(物流d1)，增壓泵耗功為45.49kw，與冷媒r22在第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器15中換熱升溫至-17.41℃(物流d2)，此處r22的流量為22.1t/h，可外輸冷量1396.4kw；之后第三級混合工質(zhì)-海水換熱器16換熱蒸發(fā)為28℃的蒸汽(物流d3)，再進(jìn)入第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)17膨脹做功，輸出功率為1184kw。膨脹做功后的第三級混合工質(zhì)(物流c4)再回到lng-第三級混合工質(zhì)換熱器3與lng換熱實(shí)現(xiàn)冷凝，以此構(gòu)成第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)。
本實(shí)施例中，第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)、第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)、第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)均采用透平膨脹機(jī)。
本實(shí)施例中，lng均指液化天然氣，即liquefiednaturalgas，ng均指天然氣，即naturalgas。
海水作為工藝中的熱源，分別用于加熱第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的三元混合工質(zhì)、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的三元混合工質(zhì)、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的兩元混合工質(zhì)和lng汽化側(cè)的末端低溫ng。r22作為獲取系統(tǒng)剩余冷量的冷媒，分別用于加熱第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的三元混合工質(zhì)、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的兩元混合工質(zhì)和lng汽化側(cè)的低溫ng。循環(huán)計(jì)算中的透平和泵的等熵效率分別假設(shè)為85％和80％。
實(shí)施例2
一種利用lng冷能的混合工質(zhì)梯級發(fā)電與剩余冷量輸出系統(tǒng)，其工藝流程如圖1所示，包括lng汽化側(cè)a、第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)b、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)c和第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)d四個(gè)部分。
接收站的液化天然氣(lng)的摩爾組成簡化為：甲烷93％，乙烷4％，丙烷1.5％，異丁烷1％，異戊烷0.1％，氮0.4％；lng冷能發(fā)電利用的lng蒸發(fā)量為191t/h，第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)b中第一級循環(huán)介質(zhì)選擇的是三元混合工質(zhì)，由甲烷、乙烯、丙烷組成(三者質(zhì)量百分比為0.18:0.39:0.43)，流量為122.8t/h；第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)c中第二級循環(huán)介質(zhì)選擇的是三元混合工質(zhì)，由甲烷、乙烯、丙烷組成(三者質(zhì)量百分比為0.24:0.35:0.41)，流量為61.6t/h；第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)d中第三級循環(huán)介質(zhì)選擇的是兩元混合工質(zhì)，由乙烷和丙烷組成(兩者質(zhì)量百分比為0.22:0.78)，流量為59.5t/h。用于獲取系統(tǒng)剩余冷量的冷媒均選擇的是r22，各處r22進(jìn)入系統(tǒng)的溫度和壓力為-15℃，0.296mpa,離開系統(tǒng)的溫度和壓力為-25℃，0.246mpa。熱源海水的溫度為7℃(隨季節(jié)變化，海水溫度不同)。
來自儲(chǔ)罐的lng(物流a1)(0.125mpa,-162℃)由lng增壓泵1增壓后，出口壓力為12mpa(表壓)、-156℃的lng(物流a2)首先與第一級混合工質(zhì)在lng-第一級混合工質(zhì)換熱器2進(jìn)行換熱，lng被加熱到-63.20℃(物流a3)，然后與第三級混合工質(zhì)在lng-第三級混合工質(zhì)換熱器3進(jìn)行換熱，lng被加熱到-35.54℃(物流a4)，之后與冷媒r22在ng-冷媒換熱器4中換熱升溫至-17.27℃(物流a5)，此處r22的流量為68.22t/h，可外輸冷量4311.1kw；接著進(jìn)入ng-海水換熱器繼續(xù)升溫，加熱后的ng壓力11.8mpa，溫度5℃(物流a6)，送至壓力要求較高的ng管網(wǎng)。
0.1681mpa、-61.18℃的第一級混合工質(zhì)(物流b4)與12mpa、-156℃的lng(物流a2)在lng-第一級混合工質(zhì)換熱器2換熱后冷凝為0.1181mpa、-150.8℃的液體(物流b5)，經(jīng)第一級混合工質(zhì)增壓泵6增壓至1.84mpa(物流b1)，增壓泵耗功為121.7kw，進(jìn)入第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器7與第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的第二級混合工質(zhì)換熱，第一級混合工質(zhì)被加熱到-53.77℃(物流b2)，然后與海水在第一級混合工質(zhì)-海水換熱器8中換熱蒸發(fā)，蒸發(fā)為1.74mpa、5℃的蒸汽(物流b3)，進(jìn)入第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)9膨脹做功，輸出功率為4139kw。膨脹做功后的第一級混合工質(zhì)(物流b4)再回到lng-第一級混合工質(zhì)換熱器2，以此構(gòu)成第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)。
0.1752mpa、-50.13℃的第二級混合工質(zhì)(物流c4)在與1.84mpa、-150.1℃的第一級混合工質(zhì)(物流b1)在第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器7換熱后冷凝為0.1252mpa、-142.2℃的液體(物流c5)，經(jīng)第二級混合工質(zhì)增壓泵10增壓至1.22mpa(物流c1)，增壓泵耗功為37.69kw，與冷媒r22在第二級混合工質(zhì)-冷媒換熱器11中換熱升溫至-17.23℃(物流c2)，此處r22的流量為128.3t/h，可外輸冷量8108.3kw；之后第二級混合工質(zhì)-海水換熱器12換熱蒸發(fā)為5℃的蒸汽(物流c3)，再進(jìn)入第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)13膨脹做功，輸出功率為1565kw。膨脹做功后的第二級混合工質(zhì)(物流c4)再回到第一級混合工質(zhì)-第二級混合工質(zhì)換熱器7與第一級混合工質(zhì)換熱實(shí)現(xiàn)冷凝，以此構(gòu)成第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)。
0.1956mpa、-33.51℃的第三級混合工質(zhì)(物流d4)在與11.95mpa、-63.20℃的lng-第一級混合工質(zhì)換熱器2出口的lng(物流a3)在lng-第三級混合工質(zhì)換熱器3換熱后冷凝為0.1456mpa、-58.60℃的液體(物流d5)，經(jīng)第三級混合工質(zhì)增壓泵14增壓至0.811mpa(物流d1)，增壓泵耗功為23.72kw，與冷媒r22在第三級混合工質(zhì)-冷媒換熱器15中換熱升溫至-17.25℃(物流d2)，此處r22的流量為24.9t/h，可外輸冷量1573.3kw；之后第三級混合工質(zhì)-海水換熱器16換熱蒸發(fā)為5℃的蒸汽(物流d3)，再進(jìn)入第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)17膨脹做功，輸出功率為871.3kw。膨脹做功后的第三級混合工質(zhì)(物流c4)再回到lng-第三級混合工質(zhì)換熱器3與lng換熱實(shí)現(xiàn)冷凝，以此構(gòu)成第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)。
本實(shí)施例中，第一級混合工質(zhì)膨脹機(jī)、第二級混合工質(zhì)膨脹機(jī)、第三級混合工質(zhì)膨脹機(jī)均采用透平膨脹機(jī)。
本實(shí)施例中，lng均指液化天然氣，即liquefiednaturalgas，ng均指天然氣，即naturalgas。
海水作為工藝中的熱源，分別用于加熱第一級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的三元混合工質(zhì)、第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的三元混合工質(zhì)、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的兩元混合工質(zhì)和lng汽化側(cè)的末端低溫ng。r22作為獲取系統(tǒng)剩余冷量的冷媒，分別用于加熱第二級三元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的三元混合工質(zhì)、第三級兩元混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的兩元混合工質(zhì)和lng汽化側(cè)的低溫ng。循環(huán)計(jì)算中的透平和泵的等熵效率分別假設(shè)為85％和80％。
上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。