CN107780985A - 一种超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统，包括一LNG循环泵、一海水泵；还包括呈纵向阵列依次分布的一级发电单元，所述一级发电单元包括依次连接形成闭环回路的一级蒸发器、一级汽轮机、一级冷凝器、一级工质泵；二级发电单元，所述二级发电单元包括依次连接形成闭环回路的二级蒸发器、二级汽轮机、二级分流器、二级冷凝器、二级混合器、二级工质泵；三级发电单元，所述三级发电单元包括依次连接形成闭环回路的三级蒸发器、三级汽轮机、三级分流器、三级冷凝器、三级混合器、三级工质泵。本发明的优点在于：本发明结构简单，使用方便，可以广泛用于LNG冷能发电领域。

Description

一种超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统
技术领域
本发明涉及LNG冷能发电技术领域，特别涉及一种超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统。
背景技术
天然气因其高效清洁成为当今全球用量增长最快的燃料，但由于天然气液化需要消耗大量的电能。在接受终端LNG与环境温度有巨大的温差，具有大量可利用的冷能。由于LNG-FSRU通常停留在在远离陆地用户的海面，为了顺利的将天然气通过管道运送到用户，FSRU系统中的NG出口压力通常比陆地IFV系统NG出口压力高。根据美国LNG输气压力要求，天然气远距离运输要达到7MPa以上，此时LNG已达到超临界状态，因此在大多FSRU上IFV再汽化系统中LNG会在超临界气化压力下气化。LNG冷能发电因其产业链短、对环境无污染、基本不受市场、环境、运输等外部环境影响而成为最有效的冷能利用方式之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够减少冷凝器㶲损的超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统，其创新点在于：包括一LNG循环泵、一海水泵；
还包括呈纵向阵列依次分布的
一级发电单元，所述一级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的一级蒸发器、一级汽轮机、一级冷凝器、一级工质泵及在该闭环回路中循环的一级发电工质，其中，一级蒸发器的两端均具有一对一级热源输入端、一级热源输出端，其一端的一级热源输入端与一级工质泵相连，另一端的一级热源输出端与一级汽轮机相连，所述一级冷凝器的两端均具有一对一级热源输入端、一级热源输出端，其一端的一级热源输入端与一级汽轮机相连，另一端的一级热源输入端与LNG循环泵相连，一级热源输出端与一级工质泵相连；
二级发电单元，所述二级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的二级蒸发器、二级汽轮机、二级分流器、二级冷凝器、二级混合器、二级工质泵及在该闭环回路中循环的二级发电工质，其中，二级蒸发器的两端均具有一对二级热源输入端、二级热源输出端，其一端的二级热源输入端与二级工质泵相连，另一端的二级热源输出端与二级汽轮机相连，二级分流器具有一个输入端、三个输出端，其输入端与二级汽轮机相连，其中一个输出端与一级蒸发器中与一级汽轮机相连一端的一级热源输入端相连，所述二级冷凝器的两端均具有一对二级热源输入端、二级热源输出端，二级混合器具有三个输入端、一个输出端，二级冷凝器一端的二级热源输入端与二级分流器的另一个输出端相连，另一端的二级热源输出端与二级混合器其中的一个输入端相连，二级热源输入端与一级冷凝器中与一级汽轮机相连一端的一级热源输出端相连，二级混合器中的另一个输入端与一级蒸发器中与一级工质泵相连一端的一级热源输出端相连，其输出端与二级工质泵相连；
三级发电单元，所述三级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的三级蒸发器、三级汽轮机、三级分流器、三级冷凝器、三级混合器、三级工质泵及在该闭环回路中循环的三级发电工质，其中，三级混合器具有一个输出端、两个输入端，其输出端与三级工质泵相连，其中一个输入端与二级蒸发器中与二级工质泵相连一端的二级热源输出端相连，三级蒸发器的两端分别具有两个三级热源输入端、两个三级热源输出端，其一端的一个三级热源输入端与三级工质泵相连，另一个三级热源输入端与海水泵相连，另一端的一个三级热源输出端与三级汽轮机相连，所述三级分流器具有一个输入端、两个输出端，其输入端与三级汽轮机相连，其中一个输出端与二级蒸发器中与二级汽轮机相连一端的二级热源输入端相连，所述三级冷凝器的一端具有两个三级热源输入端、一个三级热源输出端，且该端的其中一个三级热源输入端与三级分流器的另一个输出端相连，另一个三级热源输入端与二级分流器剩余的一个输出端相连，三级冷凝器的另一端具有两个三级热源输出端、一个三级热源输入端，且该端的三级热源输入端与二级冷凝器中与二级分流器相连一端的二级热源输出端相邻，该端其中的一个三级热源输出端与二级混合器剩余的一个输出端相连，另一个三级热源输出端与三级混合器的另一个输出端相连。
进一步的，所述一级发电工质采用R1150。
进一步的，所述二级发电工质采用R23。
进一步的，所述三级发电工质采用R290。
本发明的优点在于：在本发明中，通过在三级冷凝器中增加了一股来自二级发电单元中循环的二级发电工质，从而进一步对冷能进行了回收，从而使系统净输出功增大，而且由于二级发电工质与NG的温差比三级冷凝器中另外两股物流的换热温差小，所以减小了三级冷凝器的㶲损，提高了其㶲效率。
对于发电工质分别采用R1150、R23、R290作为冷媒介质，与LNG温度利用更匹配，系统运行稳定，安全可靠，便于施工。
本发明结构简单，使用方便，可以广泛用于LNG冷能发电领域。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统的示意图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示的一种超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统，包括一LNG循环泵1、一海水泵14。
还包括呈纵向阵列依次分布的
一级发电单元，该一级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的一级蒸发器5、一级汽轮机8、一级冷凝器2、一级工质泵11及在该闭环回路中循环的一级发电工质，其中，一级蒸发器5的两端均具有一对一级热源输入端、一级热源输出端，其一端的一级热源输入端与一级工质泵11相连，另一端的一级热源输出端与一级汽轮机8相连，一级冷凝器2的两端均具有一对一级热源输入端、一级热源输出端，其一端的一级热源输入端与一级汽轮机8相连，另一端的一级热源输入端与LNG循环泵1相连，一级热源输出端与一级工质泵11相连。
在上述发电单元中，一级发电工质采用R1150。对于一级发电工质采用R1150作为冷媒介质，与LNG温度利用更匹配，系统运行稳定，安全可靠，便于施工。
二级发电单元，该二级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的二级蒸发器6、二级汽轮机9、二级分流器16、二级冷凝器3、二级混合器18、二级工质泵12及在该闭环回路中循环的二级发电工质，其中，二级蒸发器6的两端均具有一对二级热源输入端、二级热源输出端，其一端的二级热源输入端与二级工质泵12相连，另一端的二级热源输出端与二级汽轮机9相连，二级分流器16具有一个输入端、三个输出端，其输入端与二级汽轮机9相连，其中一个输出端与一级蒸发器5中与一级汽轮机8相连一端的一级热源输入端相连，二级冷凝器3的两端均具有一对二级热源输入端、二级热源输出端，二级混合器18具有三个输入端、一个输出端，二级冷凝器3一端的二级热源输入端与二级分流器16的另一个输出端相连，另一端的二级热源输出端与二级混合器18其中的一个输入端相连，二级热源输入端与一级冷凝器2中与一级汽轮机8相连一端的一级热源输出端相连，二级混合器18中的另一个输入端与一级蒸发器5中与一级工质泵11相连一端的一级热源输出端相连，其输出端与二级工质泵12相连；
在上述发电单元中，二级发电工质采用R23。对于二级发电工质采用R23作为冷媒介质，与LNG温度利用更匹配，系统运行稳定，安全可靠，便于施工。
三级发电单元，该三级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的三级蒸发器7、三级汽轮机10、三级分流器17、三级冷凝器4、三级混合器15、三级工质泵13及在该闭环回路中循环的三级发电工质，其中，三级混合器15具有一个输出端、两个输入端，其输出端与三级工质泵13相连，其中一个输入端与二级蒸发器6中与二级工质泵12相连一端的二级热源输出端相连，三级蒸发器7的两端分别具有两个三级热源输入端、两个三级热源输出端，其一端的一个三级热源输入端与三级工质泵13相连，另一个三级热源输入端与海水泵14相连，另一端的一个三级热源输出端与三级汽轮机10相连，三级分流器17具有一个输入端、两个输出端，其输入端与三级汽轮机10相连，其中一个输出端与二级蒸发器6中与二级汽轮机9相连一端的二级热源输入端相连，所述三级冷凝器4的一端具有两个三级热源输入端、一个三级热源输出端，且该端的其中一个三级热源输入端与三级分流器17的另一个输出端相连，另一个三级热源输入端与二级分流器16剩余的一个输出端相连，三级冷凝器4的另一端具有两个三级热源输出端、一个三级热源输入端，且该端的三级热源输入端与二级冷凝器3中与二级分流器16相连一端的二级热源输出端相邻，该端其中的一个三级热源输出端与二级混合器18剩余的一个输出端相连，另一个三级热源输出端与三级混合器15的另一个输出端相连。
在上述发电单元中，三级发电工质采用R290。对于三级发电工质采用R290作为冷媒介质，与LNG温度利用更匹配，系统运行稳定，安全可靠，便于施工。
LNG经LNG循环泵1升压后依次经过一级发电单元、二级发电单元和三级发电单元，二级发电单元中的二级发电工质与一级发电单元中的一级发电工质、二级发电单元中的天然气以及三级发电单元中的天然气进行换热，海水经海水泵14升压后进入三级发电单元进行热量交换。
工作原理：本实施例采用压力为0.5MPa，温度为-162℃的液化天然气，处理量为175t/h，其摩尔组成为：甲烷95％，乙烷3％，丙烷2％，热源为海水，压力为0.15MPa，温度为20℃。
在三级发电单元中，该循环系统中的三级发电工质R290在经三级工质泵13加压后进入蒸发器7中，20℃的海水经海水泵14加压后变成为（0.75Mpa，20.05℃）后作为热源进入三级蒸发器7中，液态发电工质R290在三级蒸发器7内经定压升温，即与（20℃，0.75MPa）的海水进行热量交换后变为气态流出三级蒸发器7，气态发电工质R290经管道进入三级汽轮机10对外作功发电，发电工质R290做功后的乏汽经三级汽轮机10排除后进入三级分流器17分为两部分，一部分作为热源进入二级发电单元中的二级蒸发器6中与二级发电工质R23进行换热，此时R23由（-82.31℃，0.57MPa）状态变为（-45.55℃，0.57MPa）状态；另一部分R290同样作为热源进入三级发电单元中的三级冷凝器4中，此时LNG由（-85.53℃，8MPa）状态变为（-45.55,8MPa），最终两部分发电工质R290达到相同温度压力（-42.55℃，0.11MPa），经过三级混合器15混合后进入三级工质泵13，如此循环发电。
在二级发电单元中，二级工质泵18中的液态发电工质R23经管道进入二级蒸发器6，在二级蒸发器6中吸收三级发电单元循环发电工质R290的释放的热量后，变为气态经管道进入二级汽轮机9对外作功发电，发电工质R290在二级汽轮机9内膨胀做功后的乏汽进入二级分流器16分为三部分，一部分作为热源进入一级发电单元中的一级蒸发器5中，该部分占总流量的0.62，此时R1150由状态（-104.5℃，0.26MPa）变为状态（-85.5℃，0.26MPa），第二部分作为也热源进入二级冷凝器3，此时LNG由状态（-107.6℃，8MPa）变为状态（-85.5℃，8MPa），最后一部分仍作为热源进入三级发电单元中的三级冷凝器4中，与三级发电单元循环发电工质R290的一部分一起与NG进行换热，从二级冷凝器3、三级冷凝器4以及二级蒸发器5中流出的发电工质R23经二级混合器18混合后经管道流入二级工质泵12内，如此循环发电。
一级发电单元中，一级工质泵11中的液态发电工质R1150经管道进入一级蒸发器5，在一级蒸发器5内吸收二级发电单元中循环发电工质R23释放的热量后，变为气态经管道进入一级汽轮机8并对外作功发电，发电工质R1150在一级汽轮机8内膨胀做功后的乏汽进入一级冷凝器2中，状态为（-158℃，8MPa）的LNG也进入一级冷凝器2与一级发电工质R1150进行热量交换变为状态（-107.6℃，8MPa），从一级冷凝器2流出的以及发电工质R1150经管道流入一级工质泵11中，如此循环发电。
计算出系统净输出功为：4482.33kw，系统㶲效率为：27.95%，该发明系统净输出功相比于典型纵向三级朗肯循环发电系统提高了3.6%，系统㶲效率提高了3.8%。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统，其特征在于：包括一LNG循环泵、一海水泵；
还包括呈纵向阵列依次分布的
一级发电单元，所述一级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的一级蒸发器、一级汽轮机、一级冷凝器、一级工质泵及在该闭环回路中循环的一级发电工质，其中，一级蒸发器的两端均具有一对一级热源输入端、一级热源输出端，其一端的一级热源输入端与一级工质泵相连，另一端的一级热源输出端与一级汽轮机相连，所述一级冷凝器的两端均具有一对一级热源输入端、一级热源输出端，其一端的一级热源输入端与一级汽轮机相连，另一端的一级热源输入端与LNG循环泵相连，一级热源输出端与一级工质泵相连；
二级发电单元，所述二级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的二级蒸发器、二级汽轮机、二级分流器、二级冷凝器、二级混合器、二级工质泵及在该闭环回路中循环的二级发电工质，其中，二级蒸发器的两端均具有一对二级热源输入端、二级热源输出端，其一端的二级热源输入端与二级工质泵相连，另一端的二级热源输出端与二级汽轮机相连，二级分流器具有一个输入端、三个输出端，其输入端与二级汽轮机相连，其中一个输出端与一级蒸发器中与一级汽轮机相连一端的一级热源输入端相连，所述二级冷凝器的两端均具有一对二级热源输入端、二级热源输出端，二级混合器具有三个输入端、一个输出端，二级冷凝器一端的二级热源输入端与二级分流器的另一个输出端相连，另一端的二级热源输出端与二级混合器其中的一个输入端相连，二级热源输入端与一级冷凝器中与一级汽轮机相连一端的一级热源输出端相连，二级混合器中的另一个输入端与一级蒸发器中与一级工质泵相连一端的一级热源输出端相连，其输出端与二级工质泵相连；
三级发电单元，所述三级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的三级蒸发器、三级汽轮机、三级分流器、三级冷凝器、三级混合器、三级工质泵及在该闭环回路中循环的三级发电工质，其中，三级混合器具有一个输出端、两个输入端，其输出端与三级工质泵相连，其中一个输入端与二级蒸发器中与二级工质泵相连一端的二级热源输出端相连，三级蒸发器的两端分别具有两个三级热源输入端、两个三级热源输出端，其一端的一个三级热源输入端与三级工质泵相连，另一个三级热源输入端与海水泵相连，另一端的一个三级热源输出端与三级汽轮机相连，所述三级分流器具有一个输入端、两个输出端，其输入端与三级汽轮机相连，其中一个输出端与二级蒸发器中与二级汽轮机相连一端的二级热源输入端相连，所述三级冷凝器的一端具有两个三级热源输入端、一个三级热源输出端，且该端的其中一个三级热源输入端与三级分流器的另一个输出端相连，另一个三级热源输入端与二级分流器剩余的一个输出端相连，三级冷凝器的另一端具有两个三级热源输出端、一个三级热源输入端，且该端的三级热源输入端与二级冷凝器中与二级分流器相连一端的二级热源输出端相邻，该端其中的一个三级热源输出端与二级混合器剩余的一个输出端相连，另一个三级热源输出端与三级混合器的另一个输出端相连。
2.根据权利要求1所述的超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统，其特征在于：所述一级发电工质采用R1150。
3.根据权利要求1所述的超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统，其特征在于：所述二级发电工质采用R23。
4.根据权利要求1所述的超临界一次分流式纵向三级朗肯循环发电系统，其特征在于：所述三级发电工质采用R290。
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