CN103485851A

CN103485851A - 一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电方法及其装置

Info

Publication number: CN103485851A
Application number: CN201310349702.6A
Authority: CN
Inventors: 曾蓬; 苏圣钧; 潘振; 陈保东
Original assignee: LIAONING BRANCH CHINA HUANQIU ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: LIAONING BRANCH CHINA HUANQIU ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2014-01-01

Abstract

本发明公开了一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电方法和装置。它包括液化天然气泵、控制阀、冷凝器、蒸发器、汽轮机、水泵、太阳能集热器等，液化天然气管线连接到液化天然气泵上，再分别连接到控制阀和冷凝器上，水浴气化器与冷冻水的进出管线连通，水浴气化器连接到第二汽轮机，然后连接到空温气化器上，另一端为天然气外输管网，工质泵连接到第一汽轮机上，还与冷凝器构成连接，蒸发器的两端还与水泵和阀门连接，还与太阳能集热器连接，然后连接到水箱上，阀门连接到备用电加热器上。本发明不仅提高了能源的使用率，而且节省了原本要气化液化天然气所使用的燃料，并减少了燃料燃烧所释放的污染气体，同时也缓解了能源紧张问题。

Description

一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电方法及其装置

技术领域

本发明属于油气储存与运输工程技术领域，具体涉及一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电方法及其装置。

背景技术

随着社会快速发展，在世界第一大能源石油不断减少的推动作用下，人们不断开发新能源，作为世界三大能源之一的天然气映入了人们的眼帘，并在不断开发研究已趋于成熟，然而，对于液化天然气所携带的巨大冷能人们却并未予以重视，根据数据表明，每吨液化天然气气化将释放850MJ左右的能量。

液化天然气工业近十年的发展及其迅速，世界上液化天然气的生产应用以年均20%的速度增长，年运输与贸易额高达6000多万吨，占据总贸易额的24%。这为液化天然气冷能的回收利用提供了良好的基础。而我国作为世界第二大能源生产国和消费国，需要海外进口数量巨大的液化天然气。因此，研究利用液化天然气冷能对社会发展具有重要意义。

在当今技术条件下，液化天然气冷能利用方式主要包括：冷能发电、空气分离、低温粉碎、低温冷库等。而冷能发电一般需要高低温两种热源，液化天然气冷能作为低温热源可为其提供冷量，高温热源则可选取新型能源太阳能，作为新型能源的太阳能技术研究已相对成熟，如太阳能热水器，而正是利用太阳能加热水这一方法作为冷能发电的另一构成要素。

因此，为了优化能源结构，大力发展液化天然气产业，充分高效地利用液化天然气的冷能，并结合新型能源共同发展，有利于节约能源，创造巨大的经济效益，同时，与环境构成可持续、友好的发展关系。

发明内容

本发明的目的是提供一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电装置。

随着天然气工业的发展，液化天然气作为一种有效的运输方式为天然气管网尚未覆盖到的地区提前供应上了清洁而又优质的能源，那么，在使用液化天然气的同时，也释放了巨大超低温位冷能，在不影响下游用户正常使用天然气的同时，借助太阳能加热水来实现冷能发电，将液化天然气气化站运行成本最低化，并创造效益。

本发明技术方案如下：液化天然气经过液化天然气泵提升压力送至冷凝器，在冷凝器中与逆流方向的工质丙烯交差换热，将液化天然气气化成-43^oC左右的气态天然气。由于仍具有一部分高温位冷能，所以，将其送至水浴气化器为冷冻水提供冷量，此后的天然气再经过第二汽轮机膨胀发电后通过空温气化器进一步升温便可送入天然气外输管网；水通过水泵提供动力，将其送入太阳能集热器中进行加热，加热后的水进入到水箱中储存，高温水来到蒸发器中为工质丙烯提供热量，放热后的水重新变为低温水进入水泵加压完成一次循环；在冷媒循环发电系统中，用来发电的工质丙烯在经过工质泵提升压力后进入到蒸发器中，加压、升温后的工质丙烯被送到第一汽轮机中进行发电，膨胀做功后的工质变为低温、低压气体，低温、低压气体被送到冷凝器中冷凝、工质泵中升压完成一次做功循环；冷冻水制备系统中，冷冻水流经水浴气化器与低温气态天然气逆向流动交差换热进行降温，为气化站内的中央空调提供冷冻水。

如上所述的一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电装置：

液化天然气通过冷凝器换热气化，将液化天然气的低温位冷能传递给工质丙烯，之后再将升温气化后的天然气高温位冷能通过水浴气化器传递给冷冻水，为气化站中的中央空调提供冷冻水。此时，仍具有较高压力的天然气通过汽轮机降压发电，最后进行进一步升温、调压、加臭便可输入到天然气外输管网。工质丙烯以液化天然气冷能作为低温热源，以太阳能集热器加热水为高温热源构成低温郎肯循环发电系统，为气化站提供电能。水循环中太阳能作为热量来源，对水不断进行加热，水又不断将热量传递给工质丙烯完成循环。

本发明装置在运行过程中，需将液化天然气在管道中的压力通过液化天然气泵提升至3.0MP，并且液化天然气在冷凝器出口温度设定为-43^oC,工质丙烯在冷凝器的出口温度为-38^oC，在蒸发气出口温度设定为23.6^oC，以此来将整个装置效率最大化。

本发明的优点是：本装置依据不同压力下液化天然气气化过程中冷火用随温度的分布情况及其有关特性，采取3.0MP下的压力运行，将液化天然气的冷火用集中利用，充分降低液化天然气的冷火用损失，并且将液化天然气冷能分为高、低温位冷能加以充分利用。更重要的是本发明中采用了取之不尽的太阳能作为高温位水的能量来源，为整套装置节省运行费用，同时工质丙烯完成发电为气化站创造效益。

附图说明

图1为本发明以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电装置和工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明专利作进一步详细的说明：

本发明专利具体涉及一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电装置，液化天然气经过液化天然气泵提升压力送至冷凝器，在冷凝器中与逆流方向的工质丙烯交差换热，将液化天然气气化成-43^oC左右的气态天然气。由于仍具有一部分高温位冷能，所以，将其送至水浴气化器为冷冻水提供冷量，此后的天然气再经过第二汽轮机膨胀发电后通过空温气化器进一步升温便可送入天然气外输管网。

水通过水泵提供动力，将其送入太阳能集热器中进行加热，加热后的水进入到水箱中储存，高温水来到蒸发器中为工质丙烯提供热量，放热后的水重新变为低温水进入水泵加压完成一次循环。

在冷媒循环发电系统中，用来发电的工质丙烯在经过工质泵提升压力后进入到蒸发器中，加压、升温后的工质丙烯被送到第一汽轮机中进行发电，膨胀做功后的工质变为低温、低压气体，低温、低压气体被送到冷凝器中冷凝、工质泵中升压完成一次做功循环。

冷冻水制备系统中，冷冻水流经水浴气化器与低温气态天然气逆向流动交差换热进行降温，为气化站内的中央空调提供冷冻水。详细方案如下，所采用的装置包括：液化天然气泵1、控制阀2、冷凝器3、工质泵4、蒸发器5、第一汽轮机6、水泵7、太阳能集热器8、水箱9、阀门10、11、12、备用电加热器13、水浴气化器14、第二汽轮机15、空温气化器16；液化天然气经过液化天然气泵1提升压力送至冷凝器3，在冷凝器3中与逆流方向的工质丙烯交差换热，将液化天然气气化成-43^oC左右的气态天然气。由于仍具有一部分高温位冷能，所以，将其送至水浴气化器14为冷冻水提供冷量，此后的天然气再经过第二汽轮机15膨胀发电后通过空温气化器16进一步升温便可送入天然气外输管网；水通过水泵7提供动力，将其送入太阳能集热器8中进行加热，加热后的水进入到水箱9中储存，高温水来到蒸发器5中为工质丙烯提供热量，放热后的水重新变为低温水进入水泵7加压完成一次循环；在冷媒循环发电系统中，用来发电的工质丙烯在经过工质泵4提升压力后进入到蒸发器5中，加压、升温后的工质丙烯被送到第一汽轮机6中进行发电，膨胀做功后的工质变为低温、低压气体，低温、低压气体被送到冷凝器3中冷凝、工质泵4中升压完成一次做功循环；冷冻水制备系统中，冷冻水流经水浴气化器14与低温气态天然气逆向流动交差换热进行降温，为气化站内的中央空调提供冷冻水。

所述的装置在雨雪天气时，太阳能集热器所加热的水不能达到预定温度，可通过关闭阀门10，开启阀门11、12，启用备用电加热器13为水进行加热，正常运行时则关闭阀门11、12，开启阀门10；下游用气量过大时，可通过开启阀门2将部分低温液化天然气直接送入水浴气化器14，通过调节气化器负荷进行气化。

所述的液化天然气泵将液化天然气在管道中流动的压力提高到3.0MPa，将液化天然气流经冷凝器后的出口温度设定为-43^oC，以充分利用液化天然气冷火用。

所述的冷媒循环发电系统中所使用的冷媒为丙烯，并且冷凝后的温度设定为-38^oC，流经蒸发器后的温度设定为23.6^oC。

液化天然气管线连接到液化天然气泵1上，液化天然气泵1分别连接到控制阀2和冷凝器3上，冷凝器一端与工质泵4连接，另一端与第一汽轮机6连接，然后连接到水浴气化器14，水浴气化器14与冷冻水的进出管线连通，接着，水浴气化器14连接到第二汽轮机15，然后连接到空温气化器16上，另一端为天然气外输管网。工质泵4通过蒸发器5连接到第一汽轮机6上，汽轮机还与冷凝器3构成连接，蒸发器5的两端还与水泵7和阀门10、12连接，水泵7另一端与太阳能集热器8连接，然后连接到水箱9上，水箱9还与阀门10、11构成连接，阀门11连接到备用电加热器12上，再与阀门12连接。

所述的水箱9后的一条分支管线还连接一个备用电加热器13。

所述的液化天然气泵1后的一条分支管线还连接一个控制阀2。

如附图1所示的以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电系统充分的利用不同温位的冷能，并采用了太阳能装置合理利用新型能源太阳能，这一方法彻底改变了以往以海水作为换热热源，而将液化天然气所携带的巨大冷能舍弃掉，那样，不仅是能源的一种浪费，同时也对海洋环境造成了冷污染。

经过理论计算证明该系统日均发电量超过，年平均可节约万元燃料费。因此，对一次性投入120万元成本来讲，约3年即可回收投资。同时，该系统由于以太阳能替代燃料，因此，每年可减少煤炭而带来的

的

排放量和

的

排放量。

Claims

1.一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电装置，它包括液化天然气泵（1）、控制阀（2）、冷凝器（3）、工质泵（4）、蒸发器（5）、第一汽轮机（6）、水泵（7）、太阳能集热器（8）、水箱（9）、阀门（10）、阀门（11）、阀门（12）、备用电加热器（13）、水浴气化器（14）、第二汽轮机（15）、空温气化器（16），其特征在于：液化天然气管线连接到液化天然气泵（1）上，液化天然气泵（1）分别连接到控制阀（2）和冷凝器（3）上，冷凝器一端与工质泵（4）连接，另一端与第一汽轮机（6）连接，然后连接到水浴气化器（14），水浴气化器（14）与冷冻水的进出管线连通，接着，水浴气化器（14）连接到第二汽轮机（15），然后连接到空温气化器（16）上，另一端为天然气外输管网，工质泵（4）通过蒸发器（5）连接到第一汽轮机（6）上，汽轮机还与冷凝器（3）构成连接，蒸发器（5）的两端还与水泵（7）和阀门（10）、（12）连接，水泵（7）另一端与太阳能集热器（8）连接，然后连接到水箱（9）上，水箱（9）还与阀门（10）、阀门（11）构成连接，阀门（11）连接到备用电加热器（13）上，再与阀门（12）连接。

2.根据权利要求1所述的一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电装置，其特征在于：水箱（9）后的一条分支管线还连接一个备用电加热器（13）。

3.根据权利要求1 所述的一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电装置，其特征在于：液化天然气泵（1）后的一条分支管线还连接一个控制阀（2）。

4.一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电方法，其特征在于：应用权利要求1所述的装置，实现该方法，液化天然气经过液化天然气泵（1）提升压力送至冷凝器（3），在冷凝器（3）中与逆流方向的工质丙烯交差换热，将液化天然气气化成-43^oC左右的气态天然气，由于仍具有一部分高温位冷能，所以，将其送至水浴气化器（14）为冷冻水提供冷量，此后的天然气再经过第二汽轮机（15）膨胀发电后通过空温气化器（16）进一步升温便可送入天然气外输管网；水通过水泵（7）提供动力，将其送入太阳能集热器（8）中进行加热，加热后的水进入到水箱（9）中储存，高温水来到蒸发器（5）中为工质丙烯提供热量，放热后的水重新变为低温水进入水泵（7）加压完成一次循环；在冷媒循环发电系统中，用来发电的工质丙烯在经过工质泵（4）提升压力后进入到蒸发器（5）中，加压、升温后的工质丙烯被送到第一汽轮机（6）中进行发电，膨胀做功后的工质变为低温、低压气体，低温、低压气体被送到冷凝器（3）中冷凝、工质泵（4）中升压完成一次做功循环；冷冻水制备系统中，冷冻水流经水浴气化器（14）与低温气态天然气逆向流动交差换热进行降温，为气化站内的中央空调提供冷冻水。

5.如权利要求4所述的一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电方法，其特征在于，雨雪天气时，太阳能集热器所加热的水不能达到预定温度，可通过关闭阀门（10），开启阀门（11）、阀门（12），启用备用电加热器（13）为水进行加热，正常运行时则关闭阀门（11）、阀门（12），开启阀门（10）；下游用气量过大时，可通过开启阀门（2）将部分低温液化天然气直接送入水浴气化器（14），通过调节气化器负荷进行气化。

6.如权利要求4所述的一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电方法，其特征在于，所述的液化天然气泵将液化天然气在管道中流动的压力提高到3.0MPa，将液化天然气流经冷凝器后的出口温度设定为-43^oC，以充分利用液化天然气冷火用。

7.如权利要求4所述的一种以液化天然气冷能和太阳能为动力来源的发电方法，其特征在于，所述的冷媒循环发电系统中所使用的冷媒为丙烯，并且冷凝后的温度设定为-38^oC，流经蒸发器后的温度设定为23.6^oC。