CN107305072A - 一种利用低温余热与lng冷能的冷电联产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用低温余热和LNG冷能的冷电联产系统,涉及能源高效利用、制冷、发电领域。该系统包括发生器、冷凝器、蒸发器、余热加热器、氨气透平、天然气透平、吸收器、溶液泵、溶液热交换器等装置。该系统通过将液化天然气汽化时释放出来的冷能传递给氨水工质,通过氨水循环装置用少量的高品位冷能制取多量的低品位冷能,实现LNG冷能的高效利用;另外,蒸发器出口的氨气以及气化后的天然气吸收余热热量,成为高温高压的气体工质,通过透平膨胀做功,实现低温余热的高效回收利用。相比于常规的利用小型燃气轮机驱动的冷电联产系统,该系统的投资少,能源利用率高。

Description

一种利用低温余热与 LNG 冷能的冷电联产系统
技术领域
本发明属于冷能和领域,具体地说涉及一种以氨水为冷却工质利用低温余热和液化天然气冷量。
背景技术
冷电联产系统作为一种能源高效利用、减少污染物排放、提高能源系统经济性的多目标能源利用方案,近年来在国外得到了迅速的发展,有着巨大的发展空间。常规的冷电联产是基于微型燃气轮机系统耦合吸收式制冷系统耦合而成的热力系统,这种冷电联产系统利用余热锅炉产生的低温蒸汽驱动制冷循环,可以实现燃机系统余热的深度梯级利用。以燃气轮机为主体的冷电联产系统,能源利用率较高,但是初期投资成本大,维护成本也较高。
考虑到液化天然气(LNG)近几年在全球范围的需求量逐渐增多,且在标准大气压下LNG的储存温度一般在-160℃~-162℃,携带着大量高品位冷能,如果不能有效利用这部分冷能,将会造成很大的能源浪费。
针对以上问题,本发明提供一种利用低温余热与LNG冷能的冷电联产系统,利用氨水作为循环工质,吸收LNG的高品位冷能,制取多量的低品位冷能,同时氨气和天然气吸收低温余热热量,成为高温高压的气体通过透平膨胀做功。
发明内容
本发明的目的在于针对氨水和氨气的特点,以氨水工质为循环工质,实现冷能的以少制多,同时氨气和天然气吸收余热热量,膨胀做功。为实现上诉目的,本发明采取以下技术方案:
发生器的进口,通过节流阀调节浓氨水的进口压力,使发生器的操作压力和温度维持在标准大气压力和环境温度以下,发生器顶部蒸馏出氨气的过程中吸收环境中的热量,起到制冷作用;氨气进入冷凝器中,吸收LNG汽化时释放的高品位冷能,冷凝为液氨;液氨经泵加压,送入到蒸发器中,在蒸发器中蒸发为氨气,蒸发过程中吸收热量,起到制冷效果;因此,冷凝器部分接收LNG的高品位冷能,通过系统循环,在发生器和蒸发器部分输出低品位冷能,实现了冷能的以少制多。
在蒸发器出口,高压的氨气进入余热加热器,吸收低温蒸汽的潜热,成为高温高压的氨气,氨气膨胀做功后进入吸收器。发生器底部的氨水残液,经溶液泵加压并在换热器中回收部分热量之后,进入吸收器,与氨气混合成为浓氨水。
顶部的LNG从储存罐中抽出后经LNG泵加压,在冷凝器中汽化为低温的天然气。设置低温换热器,利用冷却介质回收天然气携带的这部分冷量。天然气吸收热水的热量,温度升高,高温高压的天然气进入膨胀机做功。
本发明的有益效果为:相对于常规的低温余热和LNG冷能利用方式,该系统以氨水为工作介质,将少量高品位的冷能输入系统,通过系统循环制取多量的低品位冷能。另外氨气和天然气吸收低温余热的热量,进入透平膨胀做功,产生电能。而且与常规的基于燃机的冷电联产系统相比,投资成本小,能源利用率高。
附图说明
图1 为一种利用低温余热与LNG冷能的冷电联产系统
图中:1-氨水浓溶液;2-氨蒸汽;3-液氨;4-高压液氨;5-氨气;6-高温高压氨气;7-做功膨胀后的氨气;8-氨水浓溶液;9-低温氨水浓溶液;10-氨水稀溶液;11-高压氨水稀溶液;12-吸热后的氨水稀溶液;13-饱和LNG;14-高压LNG;15-低温天然气;16-回收冷量后的天然气;17-高温高压天然气;18-供给用户天然气;19-低温余热蒸汽;20-高温热水;21-低温热水;22-发生器;23-冷凝器;24-蒸发器;25-余热加热器;26-氨气透平;27-吸收器;28-溶液热交换器;29-节流阀;30-低品位冷能回收器;31-天然气加热器;32-天然气透平。
具体实施方式
本发明提供了一种利用低温余热与LNG冷能的冷电联产系统,下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1所示为一种利用低温余热与LNG冷能的冷电联产系统流程图,该系统包括发生器(22)、冷凝器(23)、蒸发器(24)、余热加热器(25)、氨气透平(26)、吸收器(27)、溶液热交换器(28)、节流阀(29)、低品位冷能回收器(30)、天然气加热器(31)、天然气透平(32)。其中,发生器 (22)、冷凝器(23)、蒸发器(24)、余热加热器(25)、氨气透平(26)、吸收器(27)、溶液热交换器(28)、节流阀(29)构成一个以氨水为工质的封闭回路,
其中冷凝器(23)部分为LNG高品位冷能的输入端,发生器(22)、和蒸发器(24)部分为低品位冷能的输出端,通过系统循环,少量高品位的LNG冷能转化为多量的低品位冷能。其中蒸发器(24)部分的冷量为低温的液氨蒸发,吸收被冷却物体的热量产生制冷效果,发生器部分(22)的操作压力较低,操作温度在环境温度以下,发生器吸收环境温度的热量而制冷。
蒸发器(24)出口的氨气(5)进入余热加热器(25)中,吸收水蒸气(19)的潜热,成为高温高压的氨气(6),通过氨气透平(26)膨胀做功输出电能。
水蒸气释放潜热之后成为热水,将热水送入天然气加热器(31)中,加热高压的天然气,天然气经加热之后送入天然气透平(32)膨胀做功。

Claims (8)

1.一种利用低温余热与LNG冷能的氨水制冷循环系统,其特征在于,系统以氨水和氨气为循环工质,在高效回收LNG冷能的同时,高压的氨蒸汽吸收低温余热,膨胀做功输出电能;
系统中浓溶液进入发生器单元,在发生器顶部蒸馏出纯度很高的氨蒸汽,发生器底部生成低浓度的氨水残液;该模块中,发生器进口处设置了节流阀,控制调节发生器进口的氨水浓溶液的压力和温度,使得发生器的操作压力和温度均低于环境压力和温度,发生器吸收环境中的热量达到制冷效果;
发生器顶部的氨蒸汽进入冷凝器中,吸收LNG释放的冷能,凝结为液氨;液氨经泵加压进入制冷单元,低温高压的液氨进入蒸发器,在蒸发器中蒸发为氨气,并吸收被冷却物体的热量,实现制冷;
蒸发器出口的高压氨气进入余热回收单元,高压氨气进入余热加热器,吸收水蒸气的潜热,成为高温高压的氨气,进入透平中膨胀做功产生电能;
发生器底部的氨水稀溶液经溶液泵加压后,进入热交换单元,回收热量后进入吸收器中,做功之后的氨气也进入吸收器;混合吸收之后,吸收器出口的高温氨水浓溶液进入热交换器,将热量传递给稀氨水之后进入吸收器,完成一个循环;
饱和液态LNG从储存罐中抽出后,经过泵加压到一定压力,进入冷凝器,将其携带的冷能传递给氨气,同时LNG吸收氨气的热量而气化;气化之后的天然气携带一部分低品位的冷能,进入低品位冷能回收单元,在冷凝器的LNG侧出口处设置换热器,利用冷却工质将这部分冷能加以利用;在低品位冷能回收器出口,利用余热加热器出口的热水将天然气加热到一定温度;高温高压的天然气通过天然气透平膨胀做功,之后供给向天然气用户。
2.根据权利要求1所述的发生器单元,其特征在于:低温低压的氨水浓溶液进入发生器,顶部蒸馏出氨气,在该过程中发生器的操作温度在环境温度以下,氨水工质在该蒸馏过程中吸收环境中的热量,使得发生器起到制冷的效果。
3.根据权利要求1所述的液化单元,其特征在于:在冷凝器中,液化天然气释放冷能,作为驱动系统产生制冷效果的冷源,LNG高品位冷能输入到系统中,将氨气液化为饱和的液氨。
4.根据权利要求1所述的制冷单元,其特征在于:高压的饱和液氨经溶液泵加压后,进入蒸发器,在蒸发器中液氨气化吸热,吸收被冷却物体的热量,产生制冷效果。
5.根据权利要求1所述的低品位冷能回收单元,其特征在于:低温的天然气携带一部分冷量,在冷凝器出口设置换热器,利用冷却工质回收这一部分低品位的冷能。
6.根据权利要求1所述的余热回收单元,其特征在于:蒸发器出口的氨气吸收低温余热热量,形成高温高压的氨气工质。
7.根据权利要求1所述的氨气透平单元,其特征在于:高温高压的氨蒸汽进入透平膨胀做功。
8.根据权利要求1所述的天然气透平单元,其特征在于:吸收低温热量的天然气通过透平膨胀做功,输出电能,同时透平口的天然气用于供给用户使用。
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