CN102967099B - 一种液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，首先是运用朗肯循环发电将深冷部分的LNG冷能转换为电能；然后利用冷媒将中冷部分的LNG冷能回收用于冷库库房供冷，同时，通过控制朗肯循环发电过程中发电工质的汽化压力，使液体发电工质汽化释放出来的冷能与冷库库房所需冷能的温度匹配，将发电工质高压汽化释放的冷能作为冷库库房供冷的冷源；接着，将浅冷部分的LNG冷能回收作为冷库厂区空调系统的冷源，向冷库产品加工车间、办公建筑和仓储库房供冷。本发明通过系统集成，可以使液化天然气冷能按照温度从低到高逐级用于发电、冷库库房供冷和厂区空调供冷，实现冷能的梯级利用，使液化天然气冷能在低温冷库中的高效利用。

Description

一种液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法

技术领域

本发明属于液化天然气（LNG）冷能利用领域，具体涉及一种液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法。

背景技术

制冷行业是耗能大户，目前制冷设备所消耗的电能约占全世界生产电能的15%左右，如何降低制冷行业的能源消耗是节能减排的一个重要课题。

为了优化能源结构，减少二氧化碳排放，我国开始大规模地开发和利用天然气。目前，我国已在广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、辽宁等沿海地区规划和建设了多个液化天然气（LNG）站线项目。据海关总署公布数据显示，2010年我国共进口了936万吨LNG，预计到2015年我国的LNG进口量将达到4000万吨。进口的LNG是一种-162℃的常压低温液体，需要利用泵将LNG增压到7~10MPa（绝对压力，下文出现的压力均为绝对压力）后，经加热汽化才能进入燃气管网供应给下游用户使用。LNG携带的冷能是一种非常清洁的绿色能源，不仅可以利用自身的冷能从LNG中分离回收轻烃资源，为乙烯工业提供优质原料，而且LNG冷能可用于空气分离、废旧橡胶低温粉碎、冷能发电、低温冷库和CO₂捕集等方面，可以节省大量制冷所需的能耗。LNG接收站和大型低温冷库一般都设在港口附近，将LNG冷能供给冷库使用，不仅可以为冷库节省制冷机的初始投资和运行费用，还可以节约1/3以上的电力消耗。

目前，国内外有很多的接收站都建设了利用LNG冷能供冷的大型冷库，如日本神奈川县根岸LNG基地的金枪鱼超低温冷库，自1976年开始营业至今效果良好。国内外已经公布或者采用的利用LNG冷能供冷的冷库工艺主要包括：

(1)中国实用新型专利ZL200420114636.0提出了一种采用环保制冷剂R410A为中间冷媒回收LNG冷能用于低温冷库的制冷装置，该装置利用R410A蒸汽与LNG换热，R410A吸收冷能后全部液化，然后再送到冷库库房中蒸发供冷，工艺流程如图1所示。该方法采用制冷剂的相变来回收和利用LNG冷能，但由于制冷剂的冷凝温度远高于LNG，换热过程的有效能损失较大，冷能利用效率较低。

(2)华南理工大学（唐贤文，杨泽亮.LNG卫星站中的冷能应用于冷库设计的探讨.中山大学学报论丛，2007年第27卷第二期）提出了一种利用乙醇为冷媒回收LNG冷能用于冷库供冷的方法，该方法是利用非相变冷媒的显热来回收利用LNG的冷能。由于乙醇液体吸收LNG冷能温度降低，在冷库库房释放冷能温度升高。由于冷库所需的温度一般在-50℃以上，利用-162℃的LNG直接为冷库供冷的有效能损失较大，冷能利用效率只有30%左右。

(3)中国发明专利ZL00128935.7提出了一种液化天然气气化时冷量的利用方法，采用循环水为冷媒与LNG换热回收冷能，然后降温后的循环水作为空调的制冷源向建筑物供冷。由于水的冰点为0℃，循环水与-162℃的LNG换热容易造成水分冻结引发堵塞，而且空调供冷温度一般在5~18℃之间，直接利用LNG冷能会造成很大的有效能损失。

(4)中国发明专利ZL03114438.1提出了一种利用液化天然气冷量的汽车空调器，设计了一个以乙二醇水溶液作冷媒的冷能回收蓄冷系统，但乙二醇凝固点温度还是较高，仍然有可能出现冷媒冻结堵塞的危险，并且利用-162℃的LNG冷能作为空调供冷，有效能损失较大。

上述这些利用LNG冷能为冷库供冷或者作为空调供冷的技术，都存在传热温差太大，冷能的有效能损失大，利用效率低等缺点。为了提高冷能利用效率，需要与其它冷能利用方式进行集成。

(5)中国发明专利ZL201010123728.5提出了一种提高液化天然气冷能发电效率的集成优化方法，该专利将冷能发电和空调供冷进行了集成，LNG冷能首先通过冷媒朗肯循环发电，然后剩余的浅冷部分冷能通过冰水系统向建筑物供应空调冷能，从而提高LNG冷能的利用效率。

从上述现有的报道可知，单一的低温冷库利用LNG冷能技术主要是存在有效能损失大，冷能利用效率低等方面的缺点。一般情况下，冷库只需要-50℃以上温度的冷能，而直接利用-162℃的LNG冷能必然存在大量的有效能损失。

发明内容

为了克服上述现有的天然气冷能利用方法对冷能利用效率低的问题，本发明的目的在于提供一种液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，该方法是按照能量梯级利用的原则设计的，本发明的方法可以利用LNG冷能向冷库提供库房所需的冷能、建筑物所需的空调冷能，以及冷冻产品加工和照明所需的电能。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，首先是运用朗肯循环发电将深冷部分的LNG冷能转换为电能；然后利用冷媒将中冷部分的LNG冷能回收用于冷库库房供冷，同时，通过控制朗肯循环发电过程中发电工质的汽化压力，使液体发电工质汽化释放出来的冷能可以与冷库库房所需冷能的温度匹配，将发电工质高压汽化释放的冷能作为冷库库房供冷的冷源；接着，将浅冷部分的LNG冷能回收作为冷库厂区空调系统的冷源，向冷库产品加工车间、办公建筑和仓储库房等供冷。

具体地，所述的液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法包括以下步骤：

（1）发电工质吸收液化天然气冷能液化

将常压的液化天然气加压至7-10MPa，成为高压LNG，温度约为-156～-145℃；高压LNG在发电工质冷凝器中与发电工质蒸汽换热，发电工质吸收LNG的冷能后全部液化；

（2）朗肯循环发电

液化后的发电工质经工质泵增压后，进入冷媒冷凝器中与冷库冷媒换热，发电工质等压汽化释放出冷能后，再利用低温热源将其加热至10℃以上，然后进入透平膨胀机中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的发电工质蒸汽重新回到工质冷凝器中与LNG换热；

（3）发电工质汽化供冷

在冷媒冷凝器中吸收了发电工质冷能的冷库冷媒通过冷媒泵被输送到冷库库房；在库房内，液体冷媒等压汽化，释放出来的冷能用于库房产品的冷冻、冷藏；

（4）液化天然气冷能供冷

在步骤（1）中与发电工质换热后的LNG全部汽化为天然气，温度升高；为满足冷库库房对其它温度冷能的需求，按照露点从低到高，利用多股不同压力的冷库冷媒依次与低温天然气换热；冷库冷媒吸收冷能后全部液化，再通过冷媒泵输送到相应的冷库库房进行蒸发供冷；冷库冷媒的蒸发压力通过调节冷库冷媒泵的输送压力来控制，使进入不同库房的冷媒的蒸发温度与库房的需求一致；

（5）利用液化天然气冷能向冷库厂区空调供冷

步骤（4）中低温天然气与冷库冷媒换热后，温度升高至-30~0℃，从供冷建筑返回的空调冷冻水与低温天然气换热，空调冷冻水回收低温天然气的冷能后温度降低至3~7℃，然后通过冷冻水泵输送到冷库厂区内的加工车间、办公建筑和仓储库房等地，用于建筑物的空调供冷；供冷后，冷冻水回水温度升高至12~20℃，然后再返回到天然气/冷冻水换热器中与低温天然气换热，形成空调供冷循环；

（6）天然气加热

当空调负荷较小或者冬季无需供冷时，低温天然气经过天然气/冷冻水换热器后，温度仍低于5℃，此时再通过天然气加热器，利用低温热源将天然气加热至5℃以上，然后再进入天然气管网。

所述的发电工质为乙烷、乙烯或三氟一氯甲烷（R13）。

所述的冷库冷媒为氨、二氟乙烷（R152A）、四氟乙烷（R134a）或氟利昂R410A。

所述的空调冷冻水为水或乙二醇水溶液。

步骤（2）所述的朗肯循环发电可以是一个，一般选择温度较低、冷能需求最大的库房与朗肯循环进行集成；如果多个库房的冷能负荷需求均较大，可以设置两个朗肯循环与其中温度较低、冷能需求较大的两个库房进行集成，两个朗肯循环的发电工质可以相同，也可以不同。

当在步骤（2）中构建两个朗肯循环时，LNG先与露点温度较低的发电工质蒸汽换热，再与露点温度较高压力的发电工质蒸汽换热。

朗肯循环中发电工质的蒸发温度分别与不同的冷库库房所需的温度对应，并且发电工质的蒸发温度比对应的冷库库房所需冷能的温度低3~10℃。

在步骤（3）中，发电工质的汽化温度是通过调节工质泵的输出压力来控制，而冷媒在库房的蒸发温度是通过控制冷媒泵的输出压力来调节。

步骤（2）、（6）中所述的低温热源为海水、空气或热水。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

（1）本发明的冷能利用方法是基于能量梯级利用的原理，LNG冷能中深冷部分用于冷能发电，中冷部分用于冷库库房供冷，而浅冷部分用于空调供冷，实现了LNG冷能的高效梯级利用，满足大型冷库对电能和冷能的需求。本发明通过系统集成，可以使液化天然气冷能按照温度从低到高逐级用于发电、冷库库房供冷和厂区空调供冷，实现冷能的梯级利用，使液化天然气冷能在低温冷库中的高效利用。

（2）本发明通过控制朗肯循环中发电工质的汽化压力，使得液体发电工质汽化释放出来的冷能可以与冷库库房所需冷能的温度匹配，可以利用发电工质高压汽化释放的冷能向冷库库房供冷。常规利用LNG冷能发电的朗肯循环的有效能利用效率只有20~30%，而本发明由于回收发电工质汽化释放出来的冷能，朗肯循环中冷能的有效能利用效率可以达到40~50%左右。

（3）本发明中LNG的冷能得到了梯级利用，并且为冷库提供了电能、库房所需的冷能，以及加工车间等建筑物所需的空调冷能，LNG冷能的有效能利用效率可以达到40~50%，而常规的冷能发电朗肯循环效率约为26~31%，而在直接利用LNG冷能的冷库中，冷能的有效能利用效率一般也是在30~40%之间，本发明可以大幅提高冷库中LNG冷能的有效能利用效率。

附图说明

图1是现有的LNG冷能利用方法的操作流程图；

图2是本发明实施例1的LNG冷能利用方法的工作流程图；

图3是本发明实施例2的LNG冷能利用方法的工作流程图；

其中：1-液化天然气泵；2,18-发电工质冷凝器；14,3,4,5-冷媒冷凝器；6-天然气/冷冻水换热器；7,15-天然气加热器；8,9,10,11-冷媒泵；12-冷冻水泵；13,19-发电工质泵；15,20-发电工质过热器；16,21-透平膨胀机；17,22-发电机组。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

一种液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其工艺流程如图2所示。

接收站的液化天然气（LNG）摩尔组成为：甲烷96.64%，乙烷2.77%，丙烷0.34%，异丁烷0.07%，丁烷0.08%，氮0.10%；低温冷库共计三个库房，库房A的温度为-40℃，冷负荷为6.8MW；库房B的温度为-28℃，冷负荷6.1MW；库房C的温度-15℃，冷负荷1.4MW；加工车间、办公建筑和仓储库房的空调冷负荷为2.0MW。冷库共计利用的LNG为85.0t/h，朗肯循环选择的发电工质为乙烷，冷库冷媒选用的是环保制冷剂R410A（二氟甲烷和五氟乙烷等质量混合物）。

冷库中库房A、B的冷负荷均较大，从其中选择温度较低的库房A与朗肯循环发电进行集成。

LNG冷能利用的具体步骤如下：

(1)发电工质吸收液化天然气冷能液化

利用液化天然气（LNG）泵1将常压、85t/h、-162℃的LNG增压至10.0MPa，增压后的高压LNG温度上升至-155.0℃，然后进入发电工质冷凝器2中与发电工质换热。发电工质为乙烷气体，从透平膨胀机16中返回的46.8t/h、-37.0℃、0.14MPa乙烷蒸汽在发电工质冷凝器2中吸收LNG的冷能而全部液化，成为-82.5℃的低温液体。

(2)朗肯循环发电

步骤（1）得到的46.8t/h、-82.5℃、0.14MPa的乙烷液体经发电工质泵13将压力提升至0.64MPa，工质泵13的功耗16.3kW；乙烷液体增压后进入冷媒冷凝器14中与从冷库库房A返回的92.0t/h冷库冷媒R410A换热，乙烷液体在0.64MPa下等压汽化，释放出冷能约6.8MW，变成乙烷蒸汽；在发电工质过热器15中，利用LNG接收站附近的燃气电厂排放的废热（如循环冷凝水或烟气）加热得到的30~40℃低温热水，将乙烷蒸汽进一步加热至15℃，然后过热的乙烷蒸汽进入透平膨胀机16中膨胀做功并带动发电机组17发电；乙烷在输送、汽化和加热过程的压力损失约为0.02MPa，进入透平膨胀机16的乙烷蒸汽压力约为0.62MPa，透平膨胀机16的等熵效率为0.7，机械效率为0.95，乙烷蒸汽膨胀至0.14MPa可输出的机械功为864.3kW。通过与库房A进行集成，朗肯循环发电机组可向冷库提供净功约848kW。

(3)发电工质汽化供冷

步骤（2）中从冷库库房返回的92.0t/h、-40.0℃、0.17MPa的R410A蒸汽在冷媒冷凝器14中与46.8t/h、-82.5℃的液体乙烷换热，R410A吸收乙烷汽化释放出来的冷能而全部液化，然后R410A液体再经冷媒泵8输送到冷库库房A中在0.17MPa下进行等压汽化，释放出的冷能用于库房内食品的冷冻，共计可提供-40℃的冷能约6.8MW。

(4)液化天然气冷能供冷

在步骤（1）中，LNG与发电工质进行换热后而全部汽化为天然气，温度升高至-76.8℃，成为低温天然气；为满足冷库库房B、C的冷能需求，低温天然气依次在冷媒冷凝器3和冷媒冷凝器4中与冷库冷媒换热；在冷媒冷凝器3中，85.0t/h、-76.9℃、10.0MPa低温天然气与从库房B返回的85.3t/h、-28℃、0.29MPa的R410A蒸汽进行换热，此股R410A蒸汽吸收冷能后全部液化，然后通过冷媒泵9输送到库房B中在0.29MPa下进行等压汽化，向库房B提供-28℃的冷能约6.1MW；从冷媒冷凝器3中流出的低温天然气温度升高至-31.4℃，然后进入冷媒冷凝器4中与从库房C中返回的20.5t/h、-15.0℃、0.49MPa的R410A蒸汽进行换热，该股R410A吸收冷能后全部液化后经冷媒泵10输送到库房C内在0.49MPa下等压汽化，向库房C提供-15℃的冷能1.4MW。

(5)利用液化天然气冷能的冷库厂区空调供冷

步骤（4）中从冷媒冷凝器4中输出的85.0t/h、10MPa低温天然气温度升高至-17.8℃，在天然气/冷冻水换热器6中，该低温天然气与从供冷建筑返回的172.0t/h、15℃的空调冷冻水换热，空调冷冻水回收低温天然气的冷能后温度降低至5℃，然后通过冷冻水泵12输送到冷库厂区内的加工车间、办公建筑和仓储库房等地，可向这些建筑物提供空调供冷约2.0MW。供冷后，冷冻水回水温度升高至15℃，然后再返回到天然气/冷冻水换热器6中与低温天然气换热，形成空调供冷循环。

(6)天然气加热

在步骤（5）中，低温天然气在天然气/冷冻水换热器6中换热后，天然气温度升高至5.8℃，此时天然气可以直接进入高压天然气管网。由于空调负荷受天气温度影响较大，当空调负荷较小或者冬季无需供冷时，低温天然气经过天然气/冷冻水换热器6后，温度仍低于5℃，此时再通过天然气加热器7，利用海水或者燃气电厂废热生产的30~40℃的低温热水将天然气加热至5℃以上，然后再进入天然气管网。

根据本实施例的操作，利用85.0t/h、-155℃、10.0MPa的LNG可向低温冷库的库房A提供-40℃的冷能6.8MW，向库房B提供-28℃的冷能6.1MW，向库房C提供-15℃的冷能1.4MW，向冷库厂区内的加工车间、办公建筑和仓储库房等建筑提供空调冷能2.0MW，同时通过冷能发电可向冷库提供动力约848kW。通过计算，采用本实施例的方法在冷库中LNG冷能的有效能利用效率可达到44.0%。采用现有直接利用LNG冷能进行冷库供冷的方法，如图1所示的操作流程，向冷库的A、B、C三个库房提供相同的冷能和向加工车间、办公建筑和仓储库房提供等量的空调冷能，需要利用-155℃、10.0MPa的LNG约83.0t/h，LNG冷能的有效能利用效率为34.7%。采用本实施例的方法，可以使LNG冷能的有效能利用效率提高9.3%，并且可以为冷库的加工生产和照明等提供电力。

实施例2

一种液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其工艺流程如图3所示。

接收站的液化天然气（LNG）摩尔组成为：甲烷96.64%，乙烷2.77%，丙烷0.34%，异丁烷0.07%，丁烷0.08%，氮0.10%；冷库共计四个库房，库房A的温度为-45℃，冷负荷为5.3MW，库房B的温度为-28℃，冷负荷6.1MW，库房C的温度-15℃，冷负荷4.8MW，库房D的温度-5℃，冷负荷1.3MW；加工车间、办公建筑和仓储库房的空调冷负荷为1.4MW。低温冷库共计利用的LNG为85.0t/h，冷能发电选择的发电工质为乙烯，冷库冷媒选用的是环保制冷剂R410A（二氟甲烷和五氟乙烷等质量混合）。

该冷库中库房A、B、C的冷负荷均较大，从其中选择温度较低的库房A和B与朗肯循环发电进行集成。

LNG冷能利用的具体步骤如下：

(1)发电工质吸收液化天然气冷能液化

利用液化天然气（LNG）泵1将100t/h、0.1MPa、-162℃的LNG增压至10.0MPa，增压后的高压LNG温度上升至-155.0℃，然后依次进入发电工质冷凝器2和18中与发电工质换热。发电工质为乙烯气体，在发电工质冷凝器2中，36.3t/h、-71.0℃、0.10MPa的乙烯气体与LNG换热，吸收LNG的冷能后全部液化，成为-104.2℃的乙烯液体。从发电工质冷凝器2流出的LNG温度上升至-103.0℃，然后进入发电工质冷凝器18中与54.0t/h、0.88MPa、-18.0℃的乙烯气体换热，该股乙烯气体吸收LNG的冷能全部液化，成为-56.2℃的乙烯液体。

(2)朗肯循环发电

步骤（1）中从发电工质冷凝器2中输出的36.3t/h、-104.2℃、0.1MPa的乙烯液体经发电工质泵13将压力从0.10MPa增压至1.06MPa，工质泵13的功耗22.6kW，增压后的乙烯液体进入冷媒冷凝器14中与70.4t/h、-45.0℃、0.13MPa的冷库冷媒R410A换热，乙烯液体等压汽化后变成乙烯蒸汽，然后在发电工质过热器15中利用LNG接收站附近的燃气电厂排放的废热加热得到的30~40℃低温热水将乙烯蒸汽加热至15℃，然后进入透平膨胀机16中膨胀做功并带动发电机组17发电；由于乙烯流体在汽化和加热过程的压力损失约为0.02MPa，进入透平膨胀机16的乙烯蒸汽压力约为1.04MPa，透平膨胀机16的等熵效率为0.7，机械效率为0.95，乙烯蒸汽膨胀至0.10MPa可输出的机械功为988.7kW。

而从发电工质冷凝器18中输出的54.0t/h、-56.2℃、0.88MPa的乙烯液体经发电工质泵19增压至1.80MPa，发电工质泵19的功耗37.2kW，增压后的乙烯液体进入冷媒冷凝器3中与85.3t/h、-28.0℃、0.28MPa的R410A换热，乙烯液体等压汽化后变成乙烯蒸汽，然后在发电工质过热器20中利用LNG接收站附近的燃气电厂排放的废热加热得到的30~40℃的低温热水将乙烯蒸汽加热至15℃，然后进入透平膨胀机21中膨胀做功并带动发电机组22发电；由于乙烯流体在汽化和加热过程的压力损失约为0.02MPa，进入透平膨胀机21中的乙烯蒸汽压力约为1.78MPa，透平膨胀机21的等熵效率为0.7，机械效率为0.95，乙烯蒸汽膨胀至0.88MPa可输出的机械功为493.3kW。

与库房A和库房B集成的两个朗肯循环发电装置共计可向外输出净功约1422.2kW。

(3)发电工质汽化供冷

步骤（2）中在冷媒冷凝器14中从冷库库房返回的70.4t/h、-45.0℃、0.13MPa的R410A蒸汽与36.3t/h、-104.2℃、1.06MPa的液体乙烯换热，这股R410A蒸汽吸收乙烯汽化释放出来的冷能而全部液化，然后R410A液体再经冷媒泵8输送到冷库库房A中在0.13MPa下等压汽化，释放出的冷能用于库房A内食品的冷冻，共计可提供-45℃的冷能约5.3MW。

而在冷媒冷凝器3中从冷库库房返回的85.3t/h、-28.0℃、0.28MPa的R410A蒸汽与54.0t/h、-56.2℃、1.80MPa的液体乙烯换热，这股R410A蒸汽吸收乙烯汽化释放出来的冷能而全部液化，然后R410A液体再经冷媒泵9输送到冷库库房B中在0.28MPa下等压汽化，释放出的冷能用于库房B内食品的冷冻，共计可提供-28℃的冷能约6.1MW。

(4)液化天然气冷能供冷

在步骤（1）中，LNG在发电工质冷凝器18中乙烯气流换热后而全部汽化为天然气，温度升高至-53.6℃，成为低温天然气；为满足冷库库房C、D的冷能需求，低温天然气依次在冷媒冷凝器4和5中与冷库冷媒R410A换热；在冷媒冷凝器4中，100.0t/h、-53.6℃低温天然气与70.5t/h、-15℃、0.46MPa的R410A蒸汽进行换热，此股R410A蒸汽吸收冷能后全部液化，然后通过冷媒泵10输送到库房C中在0.46MPa压力下等压汽化，向库房C提供-28℃的冷能约4.8MW；从冷媒冷凝器4中流出的低温天然气温度升高至-20.8℃，然后进入冷媒冷凝器5中与20.0t/h、-5.0℃、0.65MPa的R410A蒸汽进行换热，该股R410A吸收冷能后全部液化后经冷库冷媒泵11输送到冷库库房D内在0.65MPa下等压汽化，向库房D提供-5℃的冷能1.3MW。

(5)利用液化天然气冷能的冷库厂区空调供冷

步骤（4）中从冷媒冷凝器5中流出的100.0t/h低温天然气温度升高至-8.6℃，在天然气/冷冻水换热器6中，-8.6℃的低温天然气与从供冷建筑返回的120.0t/h、15℃的空调冷冻水换热，空调冷冻水回收低温天然气的冷能后温度降低至5℃，然后通过冷冻水泵12输送到冷库厂区内的加工车间、办公建筑和仓储库房等地，可向这些建筑物提供空调供冷约1.4MW。供冷后，冷冻水回水温度升高至15℃，然后再返回到天然气/冷冻水换热器6中与低温天然气换热，形成空调供冷循环。

(6)天然气加热

在步骤（5）中，低温天然气在天然气/冷冻水换热器6中换热后，天然气温度升高至5.9℃，此时天然气可以直接进入高压天然气管网。由于空调负荷受天气温度影响较大，当空调负荷较小或者冬季无需供冷时，低温天然气经过天然气/冷冻水换热器6后，温度仍低于5℃，此时再通过天然气加热器7，利用海水或者周边燃气电厂废热生产的30~40℃的低温热水将天然气加热至5℃以上，然后再进入天然气管网。

根据本实施例的操作，利用100t/h、-155℃、10.0MPa的LNG可向低温冷库的库房A提供-45℃的冷能5.3MW，向库房B提供-28℃的冷能6.1MW，向库房C提供-15℃的冷能4.8MW，向库房D提供-5℃的冷能1.3MW，向冷库厂区内的加工车间、办公建筑和仓储库房等建筑提供空调冷能1.4MW，同时通过冷能发电可向冷库提供1422.4kW电力。通过计算，采用本实施例的方法LNG冷能的有效能利用效率可达到45.7%。采用现有直接利用LNG冷能进行冷库供冷的方法，如图1所示的操作流程，向冷库的A、B、C、D四个库房提供相同的冷能和向加工车间、办公建筑和仓储库房提供等量的空调冷能，需要利用-155℃、10.0MPa的LNG约95.6t/h，LNG冷能的有效能利用效率为31.2%。由此可见，采用本实施例的方法可以使LNG冷能在冷库中的有效能利用效率提高14.5%，并且可以为冷库的加工生产和照明等提供电力。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）发电工质吸收液化天然气冷能液化

将常压的液化天然气加压至7-10MPa，成为高压LNG，温度为-156～-145℃；高压LNG在发电工质冷凝器中与发电工质蒸汽换热，发电工质吸收LNG的冷能后全部液化；

（2）朗肯循环发电

液化后的发电工质经工质泵增压后，进入冷媒冷凝器中与冷库冷媒换热，发电工质等压汽化释放出冷能后，再利用低温热源将其加热至10℃以上，然后进入透平膨胀机中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的发电工质蒸汽重新回到工质冷凝器中与LNG换热；

（3）发电工质汽化供冷

在冷媒冷凝器中吸收了发电工质冷能的冷库冷媒通过冷媒泵被输送到冷库库房；在库房内，液体冷媒等压汽化，释放出来的冷能用于库房产品的冷冻、冷藏；

（4）液化天然气冷能供冷

在步骤（1）中与发电工质换热后的LNG全部汽化为天然气，温度升高；按照露点从低到高，利用多股不同压力的冷库冷媒依次与低温天然气换热；冷库冷媒吸收冷能后全部液化，再通过冷媒泵输送到相应的冷库库房进行蒸发供冷；冷库冷媒的蒸发压力通过调节冷库冷媒泵的输送压力来控制，使进入不同库房的冷媒的蒸发温度与库房的需求一致；

（5）利用液化天然气冷能向冷库厂区空调供冷

步骤（4）中低温天然气与冷库冷媒换热后，温度升高至-30~0℃，从供冷建筑返回的空调冷冻水与低温天然气换热，空调冷冻水回收低温天然气的冷能后温度降低至3~7℃，然后通过冷冻水泵输送到冷库厂区内的加工车间、办公建筑和仓储库房，用于建筑物的空调供冷；供冷后，冷冻水回水温度升高至12~20℃，然后再返回到天然气-冷冻水换热器中与低温天然气换热，形成空调供冷循环；

在步骤（3）中，发电工质的汽化温度是通过调节工质泵的输出压力来控制，冷媒在库房的蒸发温度是通过控制冷媒泵的输出压力来调节。

2.根据权利要求1所述的液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其特征在于：

步骤（2）所述的朗肯循环是一个或两个；

当朗肯循环是一个时，选择温度较低、冷能需求最大的库房与朗肯循环进行集成；

当朗肯循环是两个时，选择温度较低、冷能需求较大的两个库房进行集成。

3.根据权利要求2所述的液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其特征在于：当采用两个朗肯循环时，其发电工质可以相同，也可以不同。

4.根据权利要求3所述的液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其特征在于：当两个朗肯循环的发电工质不同时，LNG先与露点温度较低的发电工质蒸汽换热，再与露点温度较高的发电工质蒸汽换热。

5.根据权利要求1所述的液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其特征在于：朗肯循环中发电工质的蒸发温度分别与不同的冷库库房所需的温度对应，并且发电工质的蒸发温度比对应的冷库库房所需冷能的温度低3~10℃。

6.根据权利要求1所述的液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其特征在于：所述的发电工质为乙烷、乙烯或三氟一氯甲烷。

7.根据权利要求1所述的液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其特征在于：所述的冷库冷媒为氨、二氟乙烷、四氟乙烷或氟利昂。

8.根据权利要求1所述的液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其特征在于：所述的空调冷冻水为水或乙二醇水溶液。

9.根据权利要求1所述的液化天然气冷能的能量梯级综合利用方法，其特征在于：步骤（2）中所述的低温热源为海水、空气或热水。