CN108715469A - 一种lng冷能发电与海水淡化系统及其综合利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LNG冷能发电与海水淡化系统，包括发电系统和海水淡化系统，发电系统包括LNG循环泵，海水泵；一级发电单元，包括一级工质蒸发器、加热器、一级汽轮机、一级LNG蒸发器、一级工质泵；二级发电单元，包括二级工质蒸发器、加热器、二级汽轮机、二级分流器、二级LNG蒸发器、二级混合器、二级工质泵；三级发电单元，包括三级工质蒸发器、三级汽轮机、三级分流器、三级LNG蒸发器、三级混合器、三级工质泵、热换器、三级LNG蒸发器；海水淡化系统包括热换器、四级LNG蒸发器、加热器、结晶器、洗涤器和融化器；还涉及上述系统的综合利用方法。本发明的优点在于：本发明能够保证发电工质与海水淡化所需冷能的温度的匹配。

Description

一种LNG冷能发电与海水淡化系统及其综合利用方法

技术领域

本发明涉及一种LNG冷能发电与海水淡化系统，还涉及上述发电与海水淡化系统的综合利用方法。

背景技术

在提倡节能环保的今天,天然气以自身的清洁性得到广泛使用。由于目前天然气使用前主要是以LNG的形式通过运输船来运输,且在提供给用户使用前会在接收站被气化成气态，而气化的过程中将会释放大量的冷能，如果这部分冷能不加以利用，会造成能量的极大浪费。因此回收并利用这一部分冷能变得非常有意义。

随着全球经济的高速发展以及人口的快速增长,世界各国对水的需求也日益增加,淡水资源缺乏已成为全球性的问题。目前海水淡化技术已成为世界上大部分国家和地区应对淡水资源缺乏的重要手段。低温法海水淡化技术工艺简单，是一种可靠的淡化技术。针对目前我国沿海地区淡水资源缺乏的境况，利用 LNG 冷能实现海水冷冻淡化，不仅可节省传统冷冻法中由于机械制冷所消耗的大量电能，提高海水冷冻淡化技术的竞争力，而且对于提高我国 LNG 能源产业的经济效益及对环境保护等方面具有重大的现实意义。

目前国内外已经公布或已采用的利用LNG冷能的海水淡化方案有：沈清清（沈清清,林文胜,顾安忠,黄建民.利用LNG冷能的间接冷冻法海水淡化流程及其初步分析[J].低温与超导,2009,(04):10-13.）介绍了一种利用LNG冷能进行海水淡化的间接冷冻法，此方案有系统消耗能量较低，对材料的腐蚀较轻，不存在结垢问题的优点。但也存在如系统体积较大，需要较大换热器面积，换热效率比较低等不足。

黄美斌（黄美斌,林文胜,顾安忠,黄建民. LNG冷能用于冷媒直接接触法海水淡化[J]. 化工学报,2008,(S2):204-209.）提出了一种利用LNG冷能的直接冷冻法的具体方案，此方案讨论了海水淡化系统的流程、中间冷媒的选择、主要参数的确定等问题。但此方案是将-150℃的LNG直接与-5℃的异丁烷换热，换热器中的㶲损较大，因此整个系统中的冷能利用率较低。

田堃（田堃,徐文东,梁嘉韵,李俊丽,熊凡凡. LNG冷能用于海水淡化技术研究与工程化设计[J]. 煤气与热力,2015,(03):20-25.）将冷媒直接接触冷冻法与R410A作为冷媒的冷媒间接接触冷冻法相比较，发现在LNG释放的冷量和和海水吸收的冷量相同的情况下，直接法淡化海水的方案优于间接法海水淡化方案。

以上研究均是将LNG的冷能全部运用在海水淡化方案中，没有考虑不同温位冷能的利用，只是简单的回收了部分冷能，造成了大量冷能的浪费。针对不同温位ＬＮＧ冷能，需要综合采取不同的回收方法进行ＬＮＧ冷能梯利用。

经检索，已有专利采用了ＬＮＧ冷能梯利用，如专利CN102967099B和CN104803432A，但CN102967099B是将发电工质中的冷能与LNG的冷能放在多个相对独立的的循环中利用，整个系统所需的设备较多，增加了系统的复杂程度；CN104803432A提出了一种利用LNG冷能的5级系统，由于此系统较复杂，因此对于对空间要求很高的FSRU不适用；且在CN104803432A中，LNG冷能发电与海水淡化系统的关系只是简单的串联连接，是因为其发第一级发电工质的所释放的冷能很难与海水淡化所需冷能的温度匹配。

因此，研发一种能够减少整个系统所需的设备及其系统的复杂程度，且能够顺利保证发电工质与海水淡化所需冷能的温度的匹配的LNG冷能用于发电与海水淡化系统及其综合利用方法是非常有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种LNG冷能发电与海水淡化系统，及其上述发电与海水淡化系统的综合利用方法，够减少整个系统所需的设备及其系统的复杂程度，且能够顺利保证发电工质与海水淡化所需冷能的温度的匹配。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种LNG冷能发电与海水淡化系统，其创新点在于：包括发电系统与海水淡化系统；

所述发电系统包括一LNG增压泵、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依次连接的一级汽轮机、一级LNG蒸发器、一级工质泵、一级工质蒸发器、加热器及在该闭环回路中循环的一级发电工质，其中，一级工质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加热器的一个热源输入端相连，加热器对应的热源输出端与一级汽轮机相连，所述一级LNG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汽轮机相连，另一端的一级热源输入端与LNG循环泵相连，其中一个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工质蒸发器、加热器、二级汽轮机、二级分流器、二级LNG蒸发器、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，二级工质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加热器的另一个热源输入端相连，加热器对应的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、两个输出端，其输入端与二级汽轮机相连，其中一个输出端与一级工质蒸发器中与加热器相连一端的一级热源输入端相连，所述二级LNG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，二级混合器具有两个输入端、一个输出端，二级LNG蒸发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LNG蒸发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工质蒸发器中与一级工质泵相连一端的一级热源输出端相连，二级混合器的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工质蒸发器、三级汽轮机、三级分流器、三级LNG蒸发器、三级混合器、三级工质泵、换热器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工质蒸发器中与二级工质泵相连一端的二级热源输出端相连，三级工质蒸发器的两端均具有一个三级热源输入端和一个三级热源输出端，其一端的一个三级热源输入端与海水工质泵相连，同侧的一个三级热源输出端与三级汽轮机相连，换热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，换热器其中一个热源输出端与三级工质蒸发器一端的一个三级热源输入端相连，对应的另一端的一个热源输入端与三级工质泵相连，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工质蒸发器中与加热器相连一端的二级热源输入端相连，所述三级LNG蒸发器的一端具有一个三级热源输入端、一个三级热源输出端，三级热源输入端与三级分流器的另一个输出端相连，三级LNG蒸发器的另一端具有一个三级热源输出端、一个三级热源输入端，且该端的三级热源输入端与二级LNG蒸发器中与二级分流器相连一端的二级热源输出端相连，三级热源输出端与三级混合器的另一个输入端相连；

所述海水淡化系统包括混合器、分离器、加热器、热换器、海水淡化工质泵，海水泵,四级LNG蒸发器、结晶器、洗涤器和融化器，所述热换器串联设置在三级工质泵和三级工质蒸发器之间，换热器还具有一个输入端和输出端，所述结晶器一侧壁和底部中心分别具有输入端，结晶器上端中心与另一侧壁上分别具有输出端，四级LNG蒸发器的输出端与结晶器侧壁的输入端相连，且该相连的管道上还串联设置有混合器和海水淡化工质泵；结晶器顶部的输出端与四级LNG蒸发器的输入端相连，且该相连的管道上串联设置有分流器；结晶器侧壁的输出端与洗涤器底部相连,所述四级LNG蒸发器具有输入端和输出端，所述分流器的其中一个输出端与四级LNG蒸发器的其中一个输入端相连，四级LNG蒸发器对应的输出端与混合器的一个输入端相连；所述加热器具有3个输出端和3个输入端，所述分流器的其中一个输出端与加热器剩下的一个输入端相连，加热器对应的输出端与混合器的一个输入端相连，所述三级LNG蒸发器串联设置在三级分流器与三级混合器之间，同时也串联设置在二级LNG蒸发器与四级LNG蒸发器之间；

在结晶器与洗涤器之间还串联设置有抽盐水泵，融化器与洗涤器之间串联设置有抽水泵，洗涤器还具有一冰晶输出端和浓盐水输出端，所述冰晶输出端与融化器相连设置，融化器底部还具有两输出端，一输出端与结晶器底部中心的输入端相连，另一输出端与抽海水泵相连。

进一步的，所述一级发电工质为R1150。

进一步的，所述二级发电工质为R23。

进一步的，所述三级发电工质为R290。

进一步的，所述海水淡化工质为异丁烷。

一种实现LNG冷能发电与海水淡化系统的综合利用方法，其创新点在于：所述综合利用方法首先是利用发电系统将高品位LNG冷能转换为电能，然后利用冷媒同时吸收发电系统完成后LNG与第三级发电工质中的冷能，再将冷媒送入海水淡化系统的结晶器与海水直接换热，并完成海水淡化过程。

进一步的，所述综合利用方法的步骤具体为：

a）各级发电工质吸收液化天然气冷能液化：将接近常压的液化天然气加压至8MPa，成高压LNG，高压LNG在LNG蒸发器中与各级气态发电工质换热，各级发电工质吸收LNG的冷能后全部液化；

b）朗肯循环发电：在一级发电单元中，在一级LNG蒸发器中液化后的发电工质经过工质泵增压至0.29MPa，先进入一级工质蒸发器中升温，然后进入加热器中在次升温，再进入透平膨胀机中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的发电工质蒸汽重新回到一级LNG蒸发器中与LNG换热，完成一个循环；

在二级发电单元中，液化后的发电工质经过工质泵增压至0.57MPa，进入级二级工质蒸发器中升温，然后进入加热器中再次升温，再进入透平膨胀机中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的发电工质蒸汽分成两股，分别进入二级LNG蒸发器与一级工质蒸发器中吸收LNG与第一级工质的冷能，变为液态后经过二级混合器重新混合成一股物流，重新进入工质泵增压完成一个循环；

在三级发电单元中，液化后的发电工质经过工质泵增压至0.73MPa，进入换热器与海水淡化工质换热，发电工质释放出冷能后，再利用热源海水在三级工质蒸发器中升温，然后进入透平膨胀机中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的气态发电工质分成两股，分别进入二级工质蒸发器与三级LNG蒸发器中吸收第二工质与LNG的冷能，变为液态后经过三级混合器重新混合成一股物流，重新进入工质泵增压完成一个循环；

c) 第一二级发电工质，第三级发电工质与完成发电工艺后的LNG同时供冷海水淡化系统：在加热器中吸收了第一二级发电工质冷能的海水淡化工质，在换热器中吸收了第三级发电工质冷能的海水淡化工质与在四级LNG蒸发器中吸收了发电工艺后LNG冷能的海水淡化工质混合形成一股物流，在经海水淡化工质泵增压后进入结晶器，工质将冷能传递给海水后，从结晶器流出，被分成三股物流，一股进入换热器吸收第三级发电工质冷能，另一股进入四级LNG蒸发器中吸收发电工艺后LNG冷能，最后一股进入加热器吸收第一二级发电工质冷能，完成一个循环；

d）海水淡化过程：海水淡化工质吸收了LNG、第三级发电工质与第一二级发电工质中的冷能后，使自身温度降低，随后在结晶器中与预冷过的海水混合，此时海水放热结冰，变成冰盐水，海水淡化工质吸热气化变为蒸汽，完成这一过程后，海水与海水淡化工质自动分离，气化后的海水淡化工质被分成三股，分别进入四级LNG蒸发器、换热器与加热器中吸收LNG冷能完成一个循环；冰盐水则经过泵送入洗涤塔分离成冰晶和浓盐水，冰晶最后再进入融化器吸热融合，最终变成淡水。

本发明的优点在于：本发明LNG冷能用于发电与海水淡化系统，将发电工质中的冷能与LNG的冷能放在同一个循环中利用，这样减少了整个系统所需的设备，减少了系统的复杂程度；同时，通过控制第三级发电工质在换热器出口温度使得第三级工质释放的冷能可以与海水淡化所需冷能的温度匹配，可同时利用第一二发电工质，第三级发电工质以及发电工艺后LNG释放的冷能向海水淡化系统供冷。

本发明LNG冷能用于发电与海水淡化系统的综合利用方法，于能量梯级利用的原理，LNG冷能中高品位部分用于发电冷能发电，低品位部分用于海水淡化，实现了LNG冷能的高效梯级利用；并利用第三级工质和LNG同时作为海水淡化系统的冷能，相对发电循环与海水淡化的普通串联连接，结晶器中提供的换热量能提高90%，通过影响海水泵耗功的形式，能使发电系统的净输出功提高5.4%。

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LNG冷能发电与海水淡化系统的示意图。

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LNG冷能发电与海水淡化系统，包括发电系统与海水淡化系统。

发电系统包括一LNG增压泵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依次连接的一级汽轮机8、一级LNG蒸发器2、一级工质泵11、一级工质蒸发器5、加热器19及在该闭环回路中循环的一级发电工质，其中，一级工质蒸发器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加热器19的一个热源输入端相连，加热器19对应的热源输出端与一级汽轮机8相连，所述一级LNG蒸发器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，其中一个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工质蒸发器6、加热器19、二级汽轮机9、二级分流器16、二级LNG蒸发器3、二级混合器17、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，二级工质蒸发器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加热器19的另一个热源输入端相连，加热器19对应的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、两个输出端，其输入端与二级汽轮机9相连，其中一个输出端与一级工质蒸发器5中与加热器19相连一端的一级热源输入端相连，所述二级LNG蒸发器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17具有两个输入端、一个输出端，二级LNG蒸发器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17其中的一个输入端相连，二级热源输入端与一级LNG蒸发器5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17中的另一个输入端与一级工质蒸发器5中与一级工质泵11相连一端的一级热源输出端相连，二级混合器17的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工质蒸发器7、三级汽轮机10、三级分流器21、三级LNG蒸发器4、三级混合器15、三级工质泵13、换热器19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工质蒸发器6中与二级工质泵12相连一端的二级热源输出端相连，三级工质蒸发器7的两端均具有一个三级热源输入端和一个三级热源输出端，其一端的一个三级热源输入端与海水工质泵14相连，同侧的一个三级热源输出端与三级汽轮机10相连，换热器19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，换热器19其中一个热源输出端与三级工质蒸发器7一端的一个三级热源输入端相连，对应的另一端的一个热源输入端与三级工质泵13相连，所述三级分流器21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工质蒸发器6中与加热器19相连一端的二级热源输入端相连，所述三级LNG蒸发器4的一端具有一个三级热源输入端、一个三级热源输出端，三级热源输入端与三级分流器21的另一个输出端相连，三级LNG蒸发器4的另一端具有一个三级热源输出端、一个三级热源输入端，且该端的三级热源输入端与二级LNG蒸发器3中与二级分流器16相连一端的二级热源输出端相连，三级热源输出端与三级混合器15的另一个输入端相连。

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。

海水淡化系统包括混合器22、分离器24、加热器19、热换器18、海水淡化工质泵23，海水泵30,四级LNG蒸发器20、结晶器25、洗涤器27和融化器28，所述热换器18串联设置在三级工质泵13和三级工质蒸发器7之间，换热器18还具有一个输入端和输出端，所述结晶器25一侧壁和底部中心分别具有输入端，结晶器25上端中心与另一侧壁上分别具有输出端，四级LNG蒸发器20的输出端与结晶器25侧壁的输入端相连，且该相连的管道上还串联设置有混合器22和海水淡化工质泵23；结晶器25顶部的输出端与四级LNG蒸发器20的输入端相连，且该相连的管道上串联设置有分流器24；所述四级LNG蒸发器20具有输入端和输出端，所述分流器24的其中一个输出端与四级LNG蒸发器20的其中一个输入端相连，四级LNG蒸发器20对应的输出端与混合器的一个输入端相连；所述加热器19具有3个输出端和3个输入端，所述分流器24的其中一个输出端与加热器19剩下的一个输入端相连，加热器19对应的输出端与混合器21的一个输入端相连。所述三级LNG蒸发器4串联设置在三级分流器17与三级混合器15之间，同时也串联设置在二级LNG蒸发器3与四级LNG蒸发器20之间。

在结晶器25与洗涤器27之间还串联设置有抽盐水泵26，融化器28与洗涤器27之间串联设置有抽水泵29，洗涤器27还具有一冰晶输出端和浓盐水输出端，所述冰晶输出端与融化器28相连设置，融化器28底部还具有两输出端，一输出端与结晶器25底部中心的输入端相连，另一输出端与抽海水泵30相连。

上述LNG冷能发电与海水淡化系统的综合利用方法通过下述步骤得以实现：

液化天然气（LNG）的摩尔组成为：95%甲烷，3%乙烷，2%丙烷。结晶器46出口冷媒温度为-5℃，第三级发电工质在换热器1出口温度为-10℃，一级发电工质为R1150，二级发电工质为R23，三级发电工质为R290，海水淡化工质为异丁烷。

LNG冷能利用的具体步骤如下：

（1）发电工质吸收液化天然气冷能液化

利用LNG循环泵1将175t/h，0.1MPa，-162℃的LNG增压至8MPa，高压LNG温度上升至-158℃，然后依次进入一级LNG蒸发器2、二级LNG蒸发器3和三级LNG蒸发器4与各级发电工质换热；

第一级发电工质为R1150，在一级LNG蒸发器2中84.21t/h，-86.33℃，0.11MPa的R1150与LNG换热，R1150吸收LNG的冷能后全部液化，成为-104.6℃的液体；从一级LNG蒸发器2流出的LNG温度上升至-91.33℃，然后进入二级LNG蒸发器3与25.66t/h，-78.46℃，0.11MPa的R23换热，R23吸收LNG的冷能后全部液化，成为-82.53℃的液体；从二级LNG蒸发器3流出的LNG温度上升至-83.46℃，然后进入三级LNG蒸发器4与102t/h，-40.55℃，0.11MPa的R290换热，R290吸收LNG的冷能后全部液化，成为-42.55℃的液体。

（2）朗肯循环发电

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加压后进入换热器19中，变为状态为（0.73Mpa，-10℃）的R290，然后进入三级工质蒸发器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工质蒸发器7中，液态发电工质R290在三级工质蒸发器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工质蒸发器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工质蒸发器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LNG蒸发器4中，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12中的液态发电工质R23经管道进入二级工质蒸发器6，在二级工质蒸发器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三级工质蒸发器7，变为(-19℃,0.57MPa)状态，然后进入二级汽轮机9对外作功发电，发电工质R23在二级汽轮机9内膨胀做功后的乏汽进入二级分流器16分为两部分，一部分作为热源进入一级发电单元中的一级工质蒸发器5中，该部分占总流量的0.87，此时R1150由状态（-104.5℃，0.29MPa）变为状态（-83.46℃，0.29MPa），第二部分作为也热源进入二级LNG蒸发器3，从二级LNG蒸发器3以及二级工质蒸发器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经管道先进入一级工质蒸发器5，在一级工质蒸发器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第三级工质蒸发器7变为（-46℃，0.29MPa）状态，再一级汽轮机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LNG蒸发器2中，从一级LNG蒸发器2流出的发电工质R1150经管道流入一级工质泵11中，如此循环发电。

（3）第一二级发电工质，第三级发电工质与发电工艺完成后的LNG同时供冷

经过四级LNG蒸发器20，（61.29t/h，-40℃，0.13MPa）的异丁烷与步骤2中从换热器18流出的（37.31t/h，-40℃，0.13MPa）异丁烷以及步骤2中从加热器19流出的异丁烷混合，质量流量达到116.43t/h；此时的异丁烷经过海水淡化工质泵23，加压至0.205MPa，然后流入结晶器25，此时结晶器25能提供13950KW的换热量，最后从结晶器25流出的异丁烷被分为三股分别进入四级LNG蒸发器20，换热器18，加热器19中与发电工艺完成后的LNG，第三级发电工质换热以及第一二级发电工质换热，完成一个循环。

（4）海水淡化过程

海水淡化工质异丁烷吸收了LNG，第三级发电工质以及第一二级发电工质中的冷能后，使自身温度降低，随后在结晶器25中与预冷过的海水混合，此时海水放热结冰，变成冰盐水，海水淡化工质吸热气化变为蒸汽（交换的基本是潜热），完成这一过程后，海水与海水淡化工质自动分离，气化后的海水淡化工质被分成三股，分别进入四级LNG蒸发器20，换热器18，加热器19中吸收LNG，第三级循环工质与第一二级循环工质中的冷能完成一个循环；冰盐水则经过抽盐水泵26送入洗涤塔27分离成冰晶和浓盐水，冰晶最后再进入融化器28吸热融合，最终变成淡水。

根据本实例的操作，利用175t/h，-162℃，0.1MPa的LNG可以通过冷能发电向FSRU提供4662KW电力，同时提供13950KW换热量给海水淡化系统，即海水淡化系统能提供113.62t淡水。根据计算，若采用简单串联方式将LNG发电工艺与海水淡化工艺连接，系统能提供4424.55KW电力，以及59.81t淡水。由此可见采用本实例提供的方案可使整个系统净发电量提高5.4%，淡水产量提高90%。

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 (7)

1.一种LNG冷能发电与海水淡化系统，其特征在于：包括发电系统与海水淡化系统；

所述发电系统包括一LNG增压泵、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依次连接的一级汽轮机、一级LNG蒸发器、一级工质泵、一级工质蒸发器、加热器及在该闭环回路中循环的一级发电工质，其中，一级工质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加热器的一个热源输入端相连，加热器对应的热源输出端与一级汽轮机相连，所述一级LNG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汽轮机相连，另一端的一级热源输入端与LNG循环泵相连，其中一个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工质蒸发器、加热器、二级汽轮机、二级分流器、二级LNG蒸发器、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，二级工质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加热器的另一个热源输入端相连，加热器对应的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、两个输出端，其输入端与二级汽轮机相连，其中一个输出端与一级工质蒸发器中与加热器相连一端的一级热源输入端相连，所述二级LNG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，二级混合器具有两个输入端、一个输出端，二级LNG蒸发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LNG蒸发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工质蒸发器中与一级工质泵相连一端的一级热源输出端相连，二级混合器的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工质蒸发器、三级汽轮机、三级分流器、三级LNG蒸发器、三级混合器、三级工质泵、换热器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工质蒸发器中与二级工质泵相连一端的二级热源输出端相连，三级工质蒸发器的两端均具有一个三级热源输入端和一个三级热源输出端，其一端的一个三级热源输入端与海水工质泵相连，同侧的一个三级热源输出端与三级汽轮机相连，换热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，换热器其中一个热源输出端与三级工质蒸发器一端的一个三级热源输入端相连，对应的另一端的一个热源输入端与三级工质泵相连，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工质蒸发器中与加热器相连一端的二级热源输入端相连，所述三级LNG蒸发器的一端具有一个三级热源输入端、一个三级热源输出端，三级热源输入端与三级分流器的另一个输出端相连，三级LNG蒸发器的另一端具有一个三级热源输出端、一个三级热源输入端，且该端的三级热源输入端与二级LNG蒸发器中与二级分流器相连一端的二级热源输出端相连，三级热源输出端与三级混合器的另一个输入端相连；

所述海水淡化系统包括混合器、分离器、加热器、热换器、海水淡化工质泵，海水泵,四级LNG蒸发器、结晶器、洗涤器和融化器，所述热换器串联设置在三级工质泵和三级工质蒸发器之间，换热器还具有一个输入端和输出端，所述结晶器一侧壁和底部中心分别具有输入端，结晶器上端中心与另一侧壁上具有输出端，四级LNG蒸发器的输出端与结晶器侧壁的输入端相连，且该相连的管道上还串联设置有混合器和海水淡化工质泵；结晶器顶部的输出端与四级LNG蒸发器的输入端相连，且该相连的管道上串联设置有分流器；结晶器侧壁的输出端与洗涤器底部相连,所述四级LNG蒸发器具有输入端和输出端，所述分流器的其中一个输出端与四级LNG蒸发器的其中一个输入端相连，四级LNG蒸发器对应的输出端与混合器的一个输入端相连；所述加热器具有3个输出端和3个输入端，所述分流器的其中一个输出端与加热器剩下的一个输入端相连，加热器对应的输出端与混合器的一个输入端相连，所述三级LNG蒸发器串联设置在三级分流器与三级混合器之间，同时也串联设置在二级LNG蒸发器与四级LNG蒸发器之间；

在结晶器与洗涤器之间还串联设置有抽盐水泵，融化器与洗涤器之间串联设置有抽水泵，洗涤器还具有一冰晶输出端和浓盐水输出端，所述冰晶输出端与融化器相连设置，融化器底部还具有两输出端，一输出端与结晶器底部中心的输入端相连，另一输出端与抽海水泵相连。

2.根据权利要求1所述的LNG冷能发电与海水淡化系统，其特征在于：所述一级发电工质为R1150。

3.根据权利要求1所述的LNG冷能发电与海水淡化系统，其特征在于：所述二级发电工质为R23。

4.根据权利要求1所述的LNG冷能发电与海水淡化系统，其特征在于：所述三级发电工质为R290。

5.根据权利要求1所述的LNG冷能发电与海水淡化系统，其特征在于：所述海水淡化工质为异丁烷。

6.一种实现权利要求1所述的LNG冷能发电与海水淡化系统的综合利用方法，其特征在于：所述综合利用方法首先是利用发电系统将高品位LNG冷能转换为电能，然后利用冷媒同时吸收发电系统完成后LNG与第三级发电工质中的冷能，再将冷媒送入海水淡化系统的结晶器与海水直接换热，并完成海水淡化过程。

7.根据权利要求6所述的LNG冷能发电与海水淡化系统的综合利用方法，其特征在于：所述综合利用方法的步骤具体为：

a）各级发电工质吸收液化天然气冷能液化：将接近常压的液化天然气加压至8MPa，成高压LNG，高压LNG在LNG蒸发器中与各级气态发电工质换热，各级发电工质吸收LNG的冷能后全部液化；

b）朗肯循环发电：在一级发电单元中，在一级LNG蒸发器中液化后的发电工质经过工质泵增压至0.29MPa，先进入一级工质蒸发器中升温，然后进入加热器中在次升温，再进入透平膨胀机中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的发电工质蒸汽重新回到一级LNG蒸发器中与LNG换热，完成一个循环；

在二级发电单元中，液化后的发电工质经过工质泵增压至0.57MPa，进入级二级工质蒸发器中升温，然后进入加热器中再次升温，再进入透平膨胀机中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的发电工质蒸汽分成两股，分别进入二级LNG蒸发器与一级工质蒸发器中吸收LNG与第一级工质的冷能，变为液态后经过二级混合器重新混合成一股物流，重新进入工质泵增压完成一个循环；

在三级发电单元中，液化后的发电工质经过工质泵增压至0.73MPa，进入换热器与海水淡化工质换热，发电工质释放出冷能后，再利用热源海水在三级工质蒸发器中升温，然后进入透平膨胀机中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的气态发电工质分成两股，分别进入二级工质蒸发器与三级LNG蒸发器中吸收第二工质与LNG的冷能，变为液态后经过三级混合器重新混合成一股物流，重新进入工质泵增压完成一个循环；

c) 第一二级发电工质，第三级发电工质与完成发电工艺后的LNG同时供冷海水淡化系统：在加热器中吸收了第一二级发电工质冷能的海水淡化工质，在换热器中吸收了第三级发电工质冷能的海水淡化工质与在四级LNG蒸发器中吸收了发电工艺后LNG冷能的海水淡化工质混合形成一股物流，在经海水淡化工质泵增压后进入结晶器，工质将冷能传递给海水后，从结晶器流出，被分成三股物流，一股进入换热器吸收第三级发电工质冷能，另一股进入四级LNG蒸发器中吸收发电工艺后LNG冷能，最后一股进入加热器吸收第一二级发电工质冷能，完成一个循环；

d）海水淡化过程：海水淡化工质吸收了LNG、第三级发电工质与第一二级发电工质中的冷能后，使自身温度降低，随后在结晶器中与预冷过的海水混合，此时海水放热结冰，变成冰盐水，海水淡化工质吸热气化变为蒸汽，完成这一过程后，海水与海水淡化工质自动分离，气化后的海水淡化工质被分成三股，分别进入四级LNG蒸发器、换热器与加热器中吸收LNG冷能完成一个循环；冰盐水则经过泵送入洗涤塔分离成冰晶和浓盐水，冰晶最后再进入融化器吸热融合，最终变成淡水。