一種發(fā)電系統(tǒng)以及基于該系統(tǒng)的發(fā)電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工與低溫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)電系統(tǒng)以及基于該系統(tǒng)的發(fā)電 方法，特別是關(guān)于一種"采用混合工質(zhì)和丙烷工質(zhì)的兩級郎肯循環(huán)獲取液化天然氣冷量的 發(fā)電系統(tǒng)及其方法"。
【背景技術(shù)】
[0002] 液化天然氣（LiquefiedNaturalGas，LNG)是常溫天然氣經(jīng)過脫酸、脫水處理，再 經(jīng)過冷凍工藝液化而形成的一種無色、無味、無毒且透明的低溫液體。LNG冷能主要是指利 用LNG與周圍環(huán)境（如空氣、海水）的溫度差以及壓力差，在趨于平衡的過程中進行回收的 能量。按LNG的溫度處于-162°C，含有840kJ/kg的冷計算，一噸LNG到岸可利用的冷畑釣 為250kWh，我國很多LNG接收站的年到岸LNG量為300萬噸/年，以此量計算，則年可利用 的氣化冷，畑為715億kWh。目前，國內(nèi)LNG接收站配套建設(shè)的冷能利用裝置均為空分設(shè)備， 而對于冷能發(fā)電的研宄較少。但是空分設(shè)備要求LNG接收站附近應(yīng)有空分產(chǎn)品的市場，而 冷能發(fā)電則具有更廣的適用性，因而國際上關(guān)于利用LNG冷能發(fā)電的研宄更多。因此，在目 前回收LNG冷能的諸多方法當(dāng)中，LNG冷能發(fā)電是最可能大規(guī)模利用方式，且工業(yè)化應(yīng)用最 廣泛，同時也是技術(shù)較為成熟的方法。宄其原因，一方面，LNG冷能用于發(fā)電系統(tǒng)，其產(chǎn)業(yè)鏈 很短，基本不受其它外界因素干擾；另一方面，利用LNG冷能發(fā)電，可回收LNG大部分溫度段 的冷能。
[0003] 利用LNG冷能發(fā)電的基本原理是通過一個低溫動力循環(huán)，以LNG為低溫冷源，利用 低溫動力循環(huán)的機械功驅(qū)動發(fā)電機組產(chǎn)生電力。利用LNG冷能可以采用的發(fā)電方式主要 有：直接膨脹法、二次媒體法、聯(lián)合法、布雷敦循環(huán)（氣體動力循環(huán)）、燃氣輪機利用方法以 及多重聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等等。目前，研宄LNG冷能發(fā)電主要著眼于發(fā)電流程及如何提高冷能 利用率。已有技術(shù)中，專利公開號CN103362579A，名稱為"一種回收液化天然氣冷能的兩級 膨脹發(fā)電裝置及方法"的專利，公開了一種以乙烷或乙烯為工質(zhì)，通過回收LNG冷能和余熱 進行發(fā)電的裝置和方法。該方法中LNG經(jīng)過LNG泵提升壓力后進入多股流低溫換熱器的第 一流道汽化并升溫；高壓工質(zhì)氣態(tài)進入第一透平膨脹機膨脹后輸出電力，工質(zhì)氣體分成兩 部分，第一部分進入板翅式多股流低溫換熱器的第二流道吸收LNG冷能冷凝為液體，再用 泵加壓；第二部分經(jīng)第二換熱器后進入第二級透平膨脹機膨脹，并進入板翅式多股流低溫 換熱器的第三流道冷凝為液體，用泵加壓后進入第四流道，之后與第一部分工質(zhì)匯合，匯合 后與冷媒換熱，再與環(huán)境換熱或吸收工業(yè)余熱后回到第一級透平膨脹機入口，完成循環(huán)。該 工藝中循環(huán)工質(zhì)經(jīng)過串聯(lián)的兩級膨脹，并采用單一循環(huán)工質(zhì)，對液化天然氣的低溫能利用 有限，另外，并未對LNG的壓力能有所利用。專利公開號CN103867894A，名稱為"一種利用 液化天然氣冷能發(fā)電及C02捕集的方法與裝置"的專利，該裝置中將LNG冷能用于直接膨脹 流程、用于冷卻蒸汽動力循環(huán)流程和用于降低燃氣輪機吸氣溫度的流程，流程較復(fù)雜，并更 適用于有鍋爐利用的場合。專利公開號CN103075250A，名稱為"一種梯級利用液化天然氣 冷能發(fā)電的方法"的專利，該方法包括天然氣介質(zhì)朗肯循環(huán)和冷媒介質(zhì)朗肯循環(huán)兩個部分， 通過控制天然氣介質(zhì)和冷媒介質(zhì)的壓力來實現(xiàn)與LNG的多重梯級換熱。該方法流程復(fù)雜， 控制難度較大。專利公開號CN101806293A，名稱為"一種提高液化天然氣冷能發(fā)電效率的 集成優(yōu)化方法"的專利，該方法包括天然氣直接膨脹發(fā)電系統(tǒng)和冷媒朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)以 及取自朗肯循環(huán)冷媒冷量的冰水系統(tǒng)三部分，該方法中的朗肯循環(huán)工質(zhì)與液化天然氣之間 的換熱溫差較大。專利公開號CN102996378A，名稱為"以烴類混合物為工質(zhì)回收液化天然 氣冷能發(fā)電的方法"的專利，該方法是一種以LNG為低溫?zé)嵩?，以環(huán)境或工藝余熱為高溫?zé)?源的動力循環(huán)工藝流程用于產(chǎn)生電力。該流程僅對LNG的部分冷能通過朗肯循環(huán)部分加以 利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種可以充分利用液化天 然氣冷能和壓力能的LNG冷能利用系統(tǒng)和方法。通過二級串聯(lián)的丙烷朗肯循環(huán)回收一級朗 肯循環(huán)增壓后的液化混合工質(zhì)冷媒攜帶的冷能，提高冷能的利用效率；同時，本發(fā)明可以借 助于LNG接收站獨有的地理優(yōu)勢，利用海水作為朗肯循環(huán)的高溫?zé)嵩础?br>[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明提供一種發(fā)電系統(tǒng)，其包括混合工質(zhì)朗肯循環(huán)膨脹做功部、丙烷工質(zhì)朗肯 循環(huán)膨脹做功部和天然氣直接膨脹發(fā)電部，所述混合工質(zhì)朗肯循環(huán)膨脹做功部包括依次相 連的混合工質(zhì)加壓泵、混合工質(zhì)-丙烷換熱器、混合工質(zhì)-海水換熱器、混合工質(zhì)膨脹機與 發(fā)電機、混合工質(zhì)-海水換熱器，具體為：所述混合工質(zhì)加壓泵的出口連接混合工質(zhì)-丙烷 換熱器的入口，所述混合工質(zhì)-丙烷換熱器的出口連接混合工質(zhì)-海水換熱器的入口，所述 混合工質(zhì)-海水換熱器的出口連接所述混合工質(zhì)膨脹機與發(fā)電機的入口，所述混合工質(zhì)膨 脹機與發(fā)電機的出口連接LNG-混合工質(zhì)換熱器的入口，所述LNG-混合工質(zhì)換熱器的出口 連接所述的混合工質(zhì)加壓泵的入口；
[0007] 所述丙烷工質(zhì)朗肯循環(huán)膨脹做功部，包括依次相連的丙烷工質(zhì)加壓泵、丙烷-海 水換熱器、丙烷工質(zhì)膨脹機與發(fā)電機、混合工質(zhì)-丙烷換熱器，具體為：所述丙烷工質(zhì)加壓 泵的出口連接丙烷-海水換熱器的入口，所述丙烷-海水換熱器的出口連接所述丙烷工質(zhì) 膨脹機與發(fā)電機的入口，所述丙烷工質(zhì)膨脹機與發(fā)電機的出口連接混合工質(zhì)-丙烷換熱器 的入口，所述混合工質(zhì)-丙烷換熱器的出口連接所述的丙烷工質(zhì)加壓泵的入口。
[0008] 所述天然氣直接膨脹發(fā)電部包括依次相連的LNG加壓泵、LNG-混合工質(zhì)換熱器、 LNG-海水汽化器、天然氣膨脹機與發(fā)電機、天然氣-海水換熱器，具體為：所述LNG加壓泵 的一端連接一LNG的源頭，所述LNG加壓泵的另一端連接至所述LNG-混合工質(zhì)換熱器的入 口，所述LNG-混合工質(zhì)換熱器的低溫側(cè)出口連接LNG汽化器的入口，所述LNG-海水汽化器 的出口連接所述天然氣膨脹機與發(fā)電機的入口，所述天然氣膨脹機與發(fā)電機的出口連接所 述天然氣加熱器的入口，所述天然氣-海水換熱器的出口連接至外輸管網(wǎng)。
[0009] 作為優(yōu)選方案，所述丙烷-海水換熱器、混合工質(zhì)-海水換熱器、LNG-海水汽化器、 天然氣-海水換熱器的高溫?zé)嵩淳鶃碜杂诤Ｋ?、空氣或工業(yè)廢熱。
[0010] 本發(fā)明還提供一種基于本發(fā)明所述發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法，其包括如下步驟：
[0011] A、天然氣介質(zhì)一級直接膨脹：來自于儲罐的原料液化天然氣經(jīng)所述的LNG增壓 泵增壓后，依次進入LNG-混合工質(zhì)換熱器和LNG-海水汽化器，實現(xiàn)完全氣化并升溫后， 以6~lOMPa的高壓氣體狀態(tài)進入天然氣膨脹機與發(fā)電機內(nèi)膨脹至外輸管網(wǎng)要求的輸送 壓力并降溫，天然氣膨脹機與發(fā)電機的輸出功用于驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電力，高壓天然氣通過 天然氣膨脹機與發(fā)電機后，變?yōu)榉贤廨敼芫W(wǎng)壓力要求的低溫氣態(tài)天然氣，之后進入天然 氣-海水換熱器加熱至符合外輸管網(wǎng)所要求的溫度后輸出用于供氣或外輸；
[0012] 為滿足燃氣下游用戶或長輸燃氣管網(wǎng)的壓力要求，將常壓液化天然氣（簡稱LNG) 加壓至8-10MPa，成為高壓LNG，溫度范圍為-156. 5~-158. 3°C;高壓LNG與從混合工質(zhì)透 平膨脹機9中排出的低壓混合工質(zhì)在混合工質(zhì)冷凝器2中換熱，使得高壓液化天然氣溫度 升高或溫度升高的同時實現(xiàn)部分氣化。釋放冷能后的高壓LNG通過海水汽化器3,吸熱氣化 并升溫，高壓氣化天然氣進入透平膨脹機4膨脹做功，并帶動發(fā)電機