CN105674783B - 利用地热能的喷气式lng汽化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用地热能的喷气式LNG汽化系统，包括汽化器和地埋管换热器，汽化器主体为汽化罐，汽化罐被分隔为换热室和非换热室，非换热室被分隔为液体室和汽体室，液体室和汽体室上分别设有LNG入口和NG出口，换热室内设有若干个换热管，换热管的入口端和出口端分别与液体室和汽体室连通，地埋管换热器埋于地下，地埋管换热器入口通过管道与换热室的底部连通、出口通过管道依次与压缩机、缓存箱和气喷头连接，气喷头出口端设在换热室内顶部且指向换热管，地埋管换热器内装有换热介质。该系统结合了地热能和电能，节能环保，利用换热介质相变传热，传热效率高。

Description

利用地热能的喷气式LNG汽化系统
技术领域
本发明属于LNG汽化领域，具体涉及一种利用地热能的喷气式LNG汽化系统。
背景技术
随着全球经济的发展，全球性石油资源的紧缺以及环境污染问题的日益严重，使得燃烧性好、污染小的天然气的消费量急剧增长，天然气常温为气体，不便于贮存和远距离运输，因此一般采用先将其转变为-163℃低温液体LNG（liquefied natural gas，液化天然气），然后贮存和远距离运输。但在使用LNG之前，需要采用汽化系统实现将-163℃左右温度的LNG提高到5℃左右的NG (natural gas，天然气)。
目前，用于LNG汽化的汽化器主要包括以下类型：
（1）开架式汽化器，即LNG在该装置的传热管内流动，管外有海水喷淋装置喷淋海水于传热管，实现海水与LNG的热量的交换；该装置结构简单，换热体积大，直接利用海水与LNG进行换热，但由于LNG在换热过程显热交换温差大，释放冷量多，容易导致海水结冰，因此该装置汽化效率稳定性并不能得到保障。
（2）带中间传热介质的汽化器，即LNG与中间传热介质进行换热，中间传热介质与海水(或其他热源)进行换热，由于中间传热介质采用低凝固点的介质，保证了系统的稳定的运行；但有以下两点不足：一是由于中间传热介质汽化后是自然上升过程，此上升过程缓慢，降低了换热效率；二是由于冷凝液未能及时下落，阻碍了气体和换热管之间的直接传热。
（3）管壳式汽化器，该汽化器虽结构紧凑，但由于管壳式换热效率并不高且热源流量较大，并不能保证LNG汽化的稳定的进行。
地表浅层地热资源可以称之为地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。如果能够在保证效率的前提下利用地热能将LNG加热成为所需要的NG的话，那么将是环保与LNG汽化工业的有益结合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用地热能的喷气式LNG汽化系统，该系统结合了地热能和电能，节能环保，利用换热介质相变传热，传热效率高。
本发明所采用的技术方案是：
一种利用地热能的喷气式LNG汽化系统，包括汽化器和地埋管换热器，汽化器主体为汽化罐，汽化罐被分隔为换热室和非换热室，非换热室被分隔为液体室和汽体室，液体室和汽体室上分别设有LNG入口和NG出口，换热室内设有若干个换热管，换热管的入口端和出口端分别与液体室和汽体室连通，地埋管换热器埋于地下，地埋管换热器入口通过管道与换热室的底部连通、出口通过管道依次与压缩机、缓存箱和气喷头连接，气喷头出口端设在换热室内顶部且指向换热管，地埋管换热器内装有换热介质。
进一步地，汽化罐为横置的圆筒，圆筒的两端分别由椭圆封头密封，圆筒内设有管板，管板将汽化罐分隔为水平设置的换热室和非换热室，非换热室内设有隔板，隔板将非换热室分隔为上下设置的汽体室和液体室，管板上设有用于安装换热管入口端和出口端的管孔，换热管为U型管。
进一步地，圆筒由第一圆筒和第二圆筒拼成，第一圆筒和第二圆筒上分别设有第一法兰和第二法兰，第一法兰和第二法兰通过螺栓连接并将管板压紧，第一圆筒和第二圆筒的非连接端分别由第一椭圆封头和第二椭圆封头封闭，管板上设有隔板密封槽。
进一步地，圆筒底部设有若干个鞍座，鞍座固定在混凝土基础上。
进一步地，缓存箱设在换热室顶部，气喷头安装在换热室顶板上，气喷头入口端和出口端分别位于缓存箱内和换热室内。
进一步地，气喷头中部窄两头宽。
进一步地，地埋管换热器由多个竖直U型埋管或水平埋管或桩埋管或连续螺旋埋管串联组成。
进一步地，换热室内设有若干个支撑板，支撑板上设有用于支撑换热管的换热管孔。
进一步地，同层的换热管等间距排列，不同层的换热管交错排列。
进一步地，地下埋管中换热介质为丙烷。
本发明的有益效果是：
地埋管换热器利用地球表面浅层地热资源作为热源，通过换热介质吸收土壤中的热能，换热介质吸收热能后变成气体，经过压缩机进行体积上的压缩后变成高温气体，高温气体在缓存箱内聚集并通过气喷头喷向换热管，LNG从LNG入口依次进入液体室和换热管与高温气体换热后升温成为NG，NG沿换热管依次排入汽体室和NG出口，高温汽体换热后降温成为液体从换热室底部流入地埋管换热器进入下一个循环；该系统结合了地热能和电能，节能环保，利用换热介质相变传热，比一般的对流传热效率高；压缩机将气体压缩既为气喷头提供了压力又升高了气体温度，提高了换热效率；缓存箱使经压缩机推送进来的换热介质气体分布均匀，最大程度的保持气体喷出的速度相同；气喷头加快了气体流速，保证了气体与换热管的接触，同时吹走了附着在换热管上的冷凝液，始终保持气体和换热管直接热交换，提高了换热效率。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例中管板、圆筒、缓存箱和气喷头组合结构的左视图。
图3是本发明实施例中气喷头的结构示意图。
图4是本发明实施例中第一法兰、LNG入口、NG出口和鞍座的组合结构左视图。
图5是本发明实施例中管板的结构示意图。
图6是本发明实施例中支撑板、换热管、第二圆筒、管板的位置关系示意图（为了方便观察图中只表现了一层换热管）。
图中：1-第一椭圆封头；2-第一圆筒；3-NG出口；4-第一法兰；5-第二法兰；6-第二圆筒；7-换热管；8-缓存箱；9-气喷头；10-支撑板；11-换热室；12-液体室；13-第二椭圆封头；14-压缩机；15-地埋管换热器；16-汽体室；17-鞍座；18-混凝土基础；19-管板；20-LNG入口；21-隔板；22-管孔；23-隔板密封槽；24-换热管入口端；25-换热管出口端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
如图1所示，一种利用地热能的喷气式LNG汽化系统，包括汽化器和地埋管换热器15，汽化器主体为汽化罐，汽化罐被分隔为换热室11和非换热室，非换热室被分隔为液体室12和汽体室16，液体室12和汽体室16上分别设有LNG入口20和NG出口3，换热室11内设有若干个换热管7，换热管7的入口端24和出口端25分别与液体室12和汽体室16连通，地埋管换热器15埋于地下，地埋管换热器15入口通过管道与换热室11的底部连通、出口通过管道依次与压缩机14、缓存箱8和气喷头9连接，气喷头9出口端设在换热室11内顶部且指向换热管7，地埋管换热器15内装有换热介质。
地埋管换热器15利用地球表面浅层地热资源作为热源，通过换热介质吸收土壤中的热能，换热介质吸收热能后变成气体，经过压缩机14进行体积上的压缩后变成高温气体，高温气体在缓存箱8内聚集并通过气喷头9喷向换热管7，LNG从LNG入口20依次进入液体室12和换热管7与高温气体换热后升温成为NG，NG沿换热管7依次排入汽体室16和NG出口3，高温汽体换热后降温成为液体从换热室11底部流入地埋管换热器15进入下一个循环；该系统结合了地热能和电能，节能环保，利用换热介质相变传热，比一般的对流传热效率高；压缩机14将气体压缩既为气喷头9提供了压力又升高了气体温度，提高了换热效率；缓存箱8使经压缩机14推送进来的换热介质气体分布均匀，最大程度的保持气体喷出的速度相同；气喷头9加快了气体流速，保证了气体与换热管7的接触，同时吹走了附着在换热管7上的冷凝液，始终保持气体和换热管7直接热交换，提高了换热效率。
如图1所示，在本实施例中，汽化罐为横置的圆筒，圆筒的两端分别由椭圆封头密封，圆筒内设有管板19，管板19将汽化罐分隔为水平设置的换热室11和非换热室，非换热室内设有隔板21，隔板21将非换热室分隔为上下设置的汽体室16和液体室12，管板19上设有用于安装换热管入口端24和出口端25的管孔22，换热管7为U型管。换热室11和非换热室水平设置，汽体室16和液体室12上下设置，保证了LNG的平稳输入和NG的平稳输出，采用椭圆形的封头，便于扩大容积减小侧压。
如图1所示，在本实施例中，圆筒由第一圆筒2和第二圆筒6拼成，第一圆筒2和第二圆筒6上分别设有第一法兰4和第二法兰5，第一法兰4和第二法兰5通过螺栓连接并将管板19压紧，第一圆筒2和第二圆筒6的非连接端分别由第一椭圆封头1和第二椭圆封头13封闭，管板19上设有隔板密封槽23。第一圆筒2、第一椭圆封头1和管板19围成非换热室，第二圆筒6、第二椭圆封头13和管板19围成换热室11；由于圆筒体积庞大，采用拼装的方式组成，施工方便，通过法兰连接，便于管板19的安装和密封，设置隔板密封槽23便于隔板21的安装和密封。
如图1和图4所示，在本实施例中，圆筒底部设有若干个鞍座17，鞍座17固定在混凝土基础18上。由于圆筒体积庞大，设置鞍座17有利于圆筒支撑部位的均匀受力。
如图1和图2所示，在本实施例中，缓存箱8设在换热室11顶部，气喷头9安装在换热室11顶板上，气喷头9入口端和出口端分别位于缓存箱8内和换热室11内。缓存箱8底部由换热室11顶板封闭，便于气喷头9和缓存箱8的安装。
如图3所示，在本实施例中，气喷头9中部窄两头宽。气体受压流入喷嘴的前端，穿过中部窄喉后由后端逸出，气流的速度因气喷头9窄喉截面积减少而加速，加速后气体不但能到达换热管7处进行热交换，并且能吹走附着在换热管7上的冷凝液。
在本实施例中，地埋管换热器15由多个竖直U型埋管或水平埋管或桩埋管或连续螺旋埋管串联组成。
如图1和图6所示，在本实施例中，换热室11内设有若干个支撑板10，支撑板10上设有用于支撑换热管7的换热管孔。支撑板10既起到支撑换热管7的作用，又起到在内部支撑换热室11的作用。
如图5所示，在本实施例中，同层的换热管7等间距排列，不同层的换热管7交错排列。换热管7错层排列，最大程度上使气体与每根换热管7直接换热。
能够完成与LNG换热后成为液态与土壤换热后成为气态的介质有很多，其中，优选的介质为丙烷，丙烷作为安全、清洁、便宜的介质最为适宜。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用地热能的喷气式LNG汽化系统，其特征在于：包括汽化器和地埋管换热器，汽化器主体为汽化罐，汽化罐被分隔为换热室和非换热室，非换热室被分隔为液体室和汽体室，液体室和汽体室上分别设有LNG入口和NG出口，换热室内设有若干个换热管，换热管的入口端和出口端分别与液体室和汽体室连通，地埋管换热器埋于地下，地埋管换热器入口通过管道与换热室的底部连通、出口通过管道依次与压缩机、缓存箱和气喷头连接，气喷头出口端设在换热室内顶部且指向换热管，地埋管换热器内装有换热介质。
2.如权利要求1所述的利用地热能的喷气式LNG汽化系统，其特征在于：汽化罐为横置的圆筒，圆筒的两端分别由椭圆封头密封，圆筒内设有管板，管板将汽化罐分隔为水平设置的换热室和非换热室，非换热室内设有隔板，隔板将非换热室分隔为上下设置的汽体室和液体室，管板上设有用于安装换热管入口端和出口端的管孔，换热管为U型管。
3.如权利要求2所述的利用地热能的喷气式LNG汽化系统，其特征在于：圆筒由第一圆筒和第二圆筒拼成，第一圆筒和第二圆筒上分别设有第一法兰和第二法兰，第一法兰和第二法兰通过螺栓连接并将管板压紧，第一圆筒和第二圆筒的非连接端分别由第一椭圆封头和第二椭圆封头封闭，管板上设有隔板密封槽。
4.如权利要求2所述的利用地热能的喷气式LNG汽化系统，其特征在于：圆筒底部设有若干个鞍座，鞍座固定在混凝土基础上。
5.如权利要求1所述的利用地热能的喷气式LNG汽化系统，其特征在于：缓存箱设在换热室顶部，气喷头安装在换热室顶板上，气喷头入口端和出口端分别位于缓存箱内和换热室内。
6.如权利要求1或5所述的利用地热能的喷气式LNG汽化系统，其特征在于：气喷头中部窄两头宽。
7.如权利要求1所述的利用地热能的喷气式LNG汽化系统，其特征在于：地埋管换热器由多个竖直U型埋管或水平埋管或桩埋管或连续螺旋埋管串联组成。
8.如权利要求1所述的利用地热能的喷气式LNG汽化系统，其特征在于：换热室内设有若干个支撑板，支撑板上设有用于支撑换热管的换热管孔。
9.如权利要求1所述的利用地热能的喷气式LNG汽化系统，其特征在于：同层的换热管等间距排列，不同层的换热管交错排列。
10.如权利要求1所述的利用地热能的喷气式LNG汽化系统，其特征在于：地下埋管中换热介质为丙烷。
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