CN105066512B - 一种lng卫星站冷热电联产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LNG卫星站冷热电联产工艺。通过对目前LNG冷能梯级回收利用工艺特点的分析，设计出了一种分别利用卫星站LNG高品位冷能、LNG低品位冷能为蒸汽动力发电循环、空调夏季供冷提供低温冷源，同时利用空气源热泵辅助式太阳能热水制备工艺为蒸汽动力发电循环、空调冬季供热及LNG的升温气化提供高温热源的新型工艺流程，从而达到LNG卫星站冷热电联产的目的。工艺将LNG冷能梯级回收利用技术、太阳能制热技术、空气源热泵技术、蓄冷蓄热技术有机结合，使这些节能新技术能优势互补，从而有效改善空调供冷供热功能，保障了LNG气化高温热源的稳定可靠，提高了其综合经济效益。

Description

一种LNG卫星站冷热电联产工艺

技术领域

本发明涉及一种LNG卫星站冷热电联产工艺，特别是涉及一种综合利用太阳能资源、LNG冷能资源及新型热泵技术的LNG卫星站冷热电联产工艺，其将LNG冷能梯级回收利用技术、太阳能热利用技术、空气源热泵技术及蓄冷蓄热技术有机结合，属于新能源利用及节能减排技术领域。

背景技术

LNG气化时表现出十分明显的高、低品位冷能分段现象，梯级回收利用这部分冷能可有效减小其冷损失，从而提高其冷能利用经济效益。大量研究表明，LNG高品位冷能用于发电，低品位冷能用于空调供冷时，其冷损失较小，经济效益较高。近年来，我国LNG卫星站建设步伐不断加快，在建和规划建设的LNG卫星站数量超过600个，LNG卫星站冷能回收利用潜力巨大。回收利用LNG卫星站高品位冷能用于发电、低品位冷能用于附近办公区的空调供冷，符合LNG冷能梯级回收利用特点，经济优势明显。

虽然，上述LNG冷能梯级回收利用技术可有效降低LNG冷损失，提高LNG冷能利用经济效益。但是，LNG冷能只能解决空调夏季供冷问题，而不能解决空调冬季供热问题，这使得这种LNG冷能空调的使用时间将局限于供冷季，而我国绝大部分地区冬季均需供热，故这种LNG冷能空调的使用受到严格地域条件限制。同时，在LNG冷能空调中，LNG的后期升温气化主要依靠空调循环水所携带的室内废热，而这种室内废热利用方式仅局限于空调供冷季。在长达数月的空调供热季期间，空调供冷循环将关闭，如果没有外界辅助热源，LNG后期升温气化将受到严重影响，下游供气的可靠性将大幅降低。为了满足不同季节LNG的气化要求，合适的LNG气化热源是必不可少的。

我国太阳能资源十分丰富，绝大部分地区具有可观的利用价值，这为我国的太阳能资源利用提供了有利条件。而空气源热泵辅助式太阳能热水器一方面不但可以充分回收利用我国丰富的太阳能资源，另一方面也可保证其供热温度的稳定可靠。空气源热泵辅助式太阳能热水器可以为LNG冷能发电、空调冬季供热及LNG的气化提供大量的可靠热源。而蓄冷蓄热技术可以充分利用峰谷电价优势，在夜间为工艺储存大量的冷源(或热源)，有效缓解LNG冷能及太阳能资源不足的压力。

发明内容

本发明的目的：提供一种综合利用LNG冷能梯级回收利用技术、太阳能热利用技术、空气源热泵技术及蓄冷蓄热技术的LNG卫星站冷热电联产工艺，在大大提高LNG冷能梯级回收利用经济效益的同时，有效解决LNG冷能空调供热功能缺失的问题，从而达到LNG卫星站冷热电联产的效果。

为了达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种LNG卫星站冷热电联产工艺主要包括：LNG冷能梯级回收利用工艺流程，蒸汽动力发电循环工艺流程，空气源热泵辅助式太阳能热水制备工艺流程，空调供冷供热及蓄冷蓄热工艺流程。

所述LNG冷能梯级回收利用工艺流程主要由LNG储罐、LNG加压泵、LNG高品位冷能换热器、LNG低品位冷能换热器、水浴式汽化器、调压阀及流量调节阀七部分组成。LNG出储罐后经LNG加压泵加压，然后经流量调节阀进入LNG高低品位冷能换热器换热气化成为低温天然气，随后进入水浴式汽化器继续升温达到输送温度要求(或直接经流量调节阀进入水浴式汽化器气化)，最后经调压阀调压后送入下游燃气管网。

所述蒸汽动力发电循环工艺流程主要由LNG换热器、工质储罐、工质加压泵、发电循环高温热源端换热器、透平发电机组五部分组成。发电循环工质在LNG换热器中与低温LNG换热液化后进入工质储液罐，然后经工质加压泵加压后，进入发电循环高温热源端换热器与循环热水换热气化，随后进入透平发电机组中推动汽轮机转动带动发电机发电，最后回到LNG换热器中冷凝并继续循环。

所述空气源热泵辅助式太阳能热水制备工艺流程主要包括：由热水制备换热器、太阳能热水循环水泵、太阳能集热板所组成的太阳能热水制备流程，及由热水制备换热器、压缩机、空气源热泵蒸发器、节流阀组成的空气源热泵制热流程两部分。

空调供冷供热及蓄冷蓄热工艺流程主要包括：热水制备换热器、热水储热水箱、热水循环水泵、流量调节阀、蓄冷蓄热水箱、空调进水及回水管、LNG低品位冷能换热回路。循环水在热水制备换热器中吸热升温后进入热水储热水箱，然后经热水循环水泵作用后经流量调节阀进入发电循环高温热源端换热器与发电循环工质换热，或者进入蓄冷蓄热水箱中与蓄冷蓄热工质换热。LNG低品位冷能换热回路可以完成LNG低品位冷能与蓄冷蓄热水箱中蓄能工质之间的换热。

本发明的优点在于：(1)将LNG冷能梯级回收利用技术与空气源热泵辅助式太阳能热水技术及蓄冷蓄热技术有机结合起来，从而达到LNG卫星站冷热电联产的目的；(2)充分利用我国丰富的太阳能资源为LNG卫星站冷能发电及空调冬季供热提供大量高温热源；(3)充分利用太阳能热资源，却不完全依靠太阳能资源，当太阳能资源受限时，可以利用空 气源热泵技术及蓄冷蓄热技术来保障蒸汽动力发电循环及空调冬季供热高温热源的稳定可靠；(4)在夏季，可以充分回收利用室内废热为LNG的气化提供热量，同时利用LNG低品位冷能为空调供冷提供大量冷量，在冬季，可以利用空气源热泵辅助式太阳能热水制备工艺流程为LNG的气化提供热量；(5)当发电循环经济效益不理想时，可关闭蒸汽动力发电循环，LNG可直接进入水浴式汽化器加热气化后送入下游燃气管网，使下游供气不受蒸汽动力发电循环开启状况的影响。

附图说明

本发明一种LNG卫星站冷热电联产工艺，其工艺流程如图1所示；

图中代号：1-LNG储罐；2-LNG加压泵；3、8-LNG流量调节阀；4-LNG高品位冷能换热器；5-LNG低品位冷能换热器；6-水浴式换热器；7-调压阀；9-发电循环工质储罐；10-工质循环泵；11-发电循环高温热源端换热器；12-透平发电机组；13-节流阀；14-空气源热泵蒸发器；15-压缩机；16-热水制备换热器；17-热水储罐；18-热水循环泵；19、22-热水流量调节阀；20-太阳能热水循环水泵；21-太阳能集热板；23-电压缩辅助制冷制热回路；24-换热管；25-蓄冷蓄热水箱；26-空调回水管；27-空调进水管。

具体实施方式

如图1所示：本发明提供一种LNG卫星站冷热电联产工艺，其特征在于：工艺主要由LNG冷能梯级回收利用工艺流程，蒸汽动力发电循环工艺流程，空气源热泵辅助式太阳能热水制备工艺流程、空调供冷供热及蓄冷蓄热工艺流程四部分组成。

如图1所示：压力为0.2～0.3MPa、温度为-159℃的LNG出储液罐后经LNG泵加压后成为压力为0.4～0.6MPa、温度为-159℃的低温液态天然气，随后进入LNG高品位冷能换热器与蒸汽动力发电循环工质换热后成为压力为0.4～0.6MPa、温度为-58～-52℃低温天然气，随后进入LNG低品位冷能换热器继续换热成为压力为0.4～0.6MPa、温度为-10～5℃的低温天然气，然后经水浴式汽化器升温和调压阀调压后送入下游燃气管网；如果太阳能资源受限而使得发电经济效益低下时，可以关闭蒸汽动力发电循环，此时LNG可以经流量调节阀控制，直接进入水浴式汽化器加热气化，然后经调压后送入下游燃气管网。

如图1所示，在蒸汽动力发电循环工艺流程中：发电循环工质(丙烯)出储液罐后经工质泵加压后成为压力1.84～2.06MPa、温度为-53～-47℃的低温液态工质，然后在发电循环高温热源端换热器中与循环热水换热后变为压力为1.84～2.06MPa、温度为45～50℃的气态工质，随后进入透平汽轮机中推动汽轮机转动来带动发电机发电后变为压力为0.10～0.13MPa、温度为-47～-42℃的气态工质，最后回到LNG换热器与LNG继续换热成为压力为0.10～0.13MPa、温度为-53～-47℃的低温液态工质继续循环。

如图1所示，空气源热泵辅助式太阳能热水制备工艺流程中，循环热水温度为50～55℃，其制热控制方式为：在白天，优先开启太阳能热水制备循环，当进、出热水储罐的循环热水温度均低于设置的供热温度下限值时，同时开启空气源热泵辅助制热循环；当出热水储罐的循环热水温度高于设定的供热温度上限值时，关闭空气源热泵制热循环；当进入热水储罐的热水温度低于太阳能制热循环开启温度下限值时，关闭太阳能热水制备循环，仅开启空气源热泵制热循环；在夜间，如有峰谷电价优势，则可视工艺流程的整体供热需求量的大小，设置好空气源热泵的夜间开启时间，为工艺白天的运行储存一定的热量。

如图1所示，在空调的供冷供热及蓄冷蓄热流程中：55～60℃循环热水出热水储罐后，经循环水泵和流量调节阀后进入发电循环高温热源端换热器中与发电循环工质换热，或者在冬季时进入蓄冷蓄热水箱中与蓄能工质换热后，成为50～55℃的热水，随后进入热水制备换热器吸热后成为55～60℃热水，最后重新回到热水储罐。空调进、回水管内的空调循环水在蓄冷蓄热水箱中与蓄能工质换热后再进入室内换热。在夏季，LNG低品位冷能换热回路将LNG低品位冷能转移到蓄冷蓄热水箱中的蓄能工质中，同时将蓄能工质的热量带入LNG低品位冷能换热器，为LNG的气化提供热源；在冬季时，LNG低品位冷能换热回路将蓄冷蓄热水箱中蓄能工质的热量转移到LNG低品位冷能换热器中，为LNG的后期升温气化提供热量。电压缩制冷制热回路，则可以充分利用峰谷电价优势，在夜间为工艺储存大量的冷源(或热源)，进而为空调夏季供冷和冬季供热提供保障。

以上所述，仅是本发明工艺的运行流程而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，利用上述揭示的工艺技术内容作出任何简单的修改，等同变化与修饰，均属于本发明工艺方案范围内。

Claims (1)

1.一种LNG卫星站冷热电联产工艺，其特征在于：工艺流程由LNG冷能梯级回收利用工艺流程、蒸汽动力发电循环工艺流程、空气源热泵辅助式太阳能热水制备工艺流程，空调供冷供热及蓄冷蓄热工艺流程四部分组成；

所述LNG冷能梯级回收利用工艺流程中，采用的设备包括LNG储罐、LNG加压泵、LNG高品位冷能换热器、LNG低品位冷能换热器、水浴式汽化器、调压阀及流量调节阀七部分组成；LNG储罐后经LNG加压泵加压，然后经流量调节阀进入LNG高低品位冷能换热器换热气化成为低温天然气，随后进入水浴式汽化器继续升温达到输送温度要求，或直接经流量调节阀进入水浴式汽化器气化，最后经调压阀调压后送入下游燃气管网；

所述蒸汽动力发电循环工艺流程主要由LNG换热器、工质储罐、工质加压泵、发电循环高温热源端换热器、透平发电机组五部分组成；发电循环工质在LNG换热器中与低温LNG换热液化后进入工质储液罐，然后经工质加压泵加压后，进入发电循环高温热源端换热器与循环热水换热气化，随后进入透平发电机组中推动汽轮机转动带动发电机发电，最后回到LNG换热器中冷凝并继续循环；

所述空气源热泵辅助式太阳能热水制备工艺流程主要包括：由热水制备换热器、太阳能热水循环水泵、太阳能集热板所组成的太阳能热水制备流程，及由热水制备换热器、压缩机、空气源热泵蒸发器、节流阀组成的空气源热泵制热流程两部分；

空调供冷供热及蓄冷蓄热工艺流程主要包括：热水制备换热器、热水储热水箱、热水循环水泵、流量调节阀、蓄冷蓄热水箱、空调进水及回水管、LNG低品位冷能换热回路；循环水在热水制备换热器中吸热升温后进入热水储热水箱，然后经热水循环水泵作用后经流量调节阀进入发电循环高温热源端换热器与发电循环工质换热，或者进入蓄冷蓄热水箱中与蓄冷蓄热工质换热；LNG低品位冷能换热回路可以完成LNG低品位冷能与蓄冷蓄热水箱中蓄能工质之间的换热。