CN108751299A - 一种fsru上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FSRU冷能发电与海水淡化系统，包括发电系统、海水淡化系统、BOG气体处理系统，发电系统包括LNG循环泵，海水泵、一级发电单元、二级发电单元、三级发电单元；海水淡化系统包括热换器、四级LNG蒸发器、结晶器、洗涤器和融化器，BOG处理系统包括过热器、压气机、预冷器、深冷器、调节阀、分离器、增压泵；还涉及上述发电与海水淡化系统的综合利用方法。本发明的优点在于：将FSRU上LNG冷能用于发电、海水淡化以及BOG气体处理系统，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。

Description

一种FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统及其综合利用方法

技术领域

本发明涉及液化天然气冷能利用领域,特别涉及一种FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统，以及上述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。LNG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。

由于LNG冷能释放温度跨度大，换热温差悬殊，造成冷(火用)损失大，一般单一的利用手段不能合理的利用LNG中所含的大量冷能，因此可以采用梯级利用的手段，使不同品质的冷能均得到合理的利用。其中，LNG中高品位用于发电，低品位用于海水淡化已是比较普遍的手段同时，在FSRU此类存储大量LNG的设备(或接收站)中，会同时产生大量的BOG气体，若将这部分BOG气体直接排入空气中将造成巨大的浪费，因此对于FSRU来说，BOG气体的回收处理变得尤为重要。

经检索，已有专利采用了LNG冷能梯利用的手段，如专利CN102967099B，但其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，而且LNG的冷量主要是用于冷库，整个系统所需的空间很大，并且冷库也并不适合建立在以气化LNG为主要目的的FSRU上；

专利CN105066512A提出了一种利用LNG冷能的冷热电联产工艺，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实现了节能减排的目标，但其LNG气化后的压力只有0.4～0.6MPa，远远达不到FSRU远距离输送LNG到管网的7MPa以上的要求。

实用新型CN202868298U同样采用了LNG冷能梯级利用的方式，并且将冷能用于了BOG气体的处理上，此实用新型包括了空分项目，液体CO2产生项目，发电项目，冷库项目，虽然使LNG得冷能得到了充分的利用，但其中除了将冷能利用与发电和BOG处理以外其他的都不适合在对空间要求高并且鲜有外界配套设施的FSRU上使用。

因此，研发一种能够适合在FSRU上利用，减少整个系统所需的设备及其系统的复杂程度，能够顺利保证各级LNG冷能利用方案能与LNG的温度相匹配，还能起到处理 BOG气体的LNG冷能综合利用的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FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统，以及上述系统的综合利用方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统，其创新点在于：包括发电系统、海水淡化系统以及一个BOG气体处理系统所述发电系统包括一LNG循环泵、一海水泵，还包括横向并列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工质蒸发器、一级透平膨胀机、一级分流器、一级LNG蒸发器、一级混合器和一级工质泵，其中，一级工质蒸发器两端均具有一个一级热源输入端和一个一级热源输出端，其一端的其中一个一级热源输入端与一级工质泵相连，另一端对应的一级热源输出端与一级透平膨胀机相连，所述一级分流器具有三个热源输出端与一个热源输入端，其热源输入端与一级透平膨胀机相连，所述一级LNG蒸发器的两端分别具有两个一级热源输入端和两个一级热源输出端，其一端的一个一级热源输入端与一级分流器其中一个输出端相连，另一个一级热源输入端与LNG 增压泵相连，所述一级混合器具有三个热源输入端，一个热源输出端，其中的一个热源输入端与一级LNG蒸发器其中的一个热源输出端相连，其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二级透平膨胀机、二级分流器、二级LNG蒸发器、二级混合器和二级工质泵，其中，二级工质蒸发器两端均具有一个热源输入端和一个热源输出端，其一端的其中一个二级热源输入端与二级工质泵相连，另一端对应的二级热源输出端与二级透平膨胀机相连，所述二级分流器具有两个热源输出端与一个热源输入端，其热源输入端与二级透平膨胀机相连，所述二级 LNG蒸发器的两端分别具有三个二级热源输入端和三个二级热源输出端，其一端的一个二级热源输入端与二级分流器其中一个输出端相连，另一个二级热源输入端与一级分流器的其中一个热源输出端相连，另一端对应的二级热源输出端与一级混合器其中一个热源输入端相连，二级LNG蒸发器剩下的一个二级热源输入端与一级LNG蒸发器中与一级混合器相连一端的一级热源输出端相连，所述二级混合器具有两个热源输入端，一个热源输出端，其中的一个热源输入端与二级LNG蒸发器中与二级分流器相连一端所对应的二级热源输出相连，其输出端与二级工质泵相连一纵向分布在一级发电单元及二级发电单元下方的三级发电单元，所述三级发电单元包括三级工质蒸发器、三级透平膨胀机、三级分流器、三级混合器、三级工质泵、三级LNG蒸发器、海水淡化换热器及三级发电工质，所述三级工质蒸发器两端均具有一个三级热源输出端与一个三级热源输入端，其中的一个三级热源输出端与三级透平膨胀机相连，同侧的三级热源输入端与海水泵相连，所述三级分流器具有一个输入端和三个输出端，其输入端与三级透平膨胀机相连，其中一个热源输出端与一级工质蒸发器剩下的一个热源输入端相连，另一个输出端与二级工质蒸发器剩下的一个热源输入端相连，所述三级LNG蒸发器的一端具有两个三级热源输入端和一个三级热源输出端，其三级热源输出端与二级发电单元中的二级混合器剩下的一个热源输入端相连，其中一个输入端与三级分流器中剩下的一个热源输出端相连，所述三级LNG蒸发器的另一端具有两个三级热源输出端和一个三级热源输入端，其三级热源输入端与二级发电单元中的二级分流器剩下的一个热源输出端相连，所述的三级混合器具有三个热源输入端与一个热源输出端，其中的一个输入端与一级发电单元中的一级工质蒸发器剩下的一个一级热源输出端相连，另一个输入端与二级发电单元中二级工质蒸发器剩下的一个二级热源输出端相连，三级混合器剩下的一个输入端与三级LNG蒸发器中的一个三级热源输出端相连，三级混合器的输出端与三级工质泵相连，所述海水淡化换热器的一端具有两个三级热源输入端，其中的一个三级热源输入端与三级工质泵相连，另一端具有两个三级热源输出端，其中的一个三级热源输出端与三级工质蒸发器剩下的一个热源输入端相连；所述海水淡化系统包括海水淡化热换器、海水淡化工质泵，海水泵,四级LNG蒸发器、结晶器、洗涤器、融化器、抽盐水泵、海水淡化工质分流器和海水淡化工质混合器；所述海水淡化热换器串联设置在三级工质泵和三级工质蒸发器之间，海水淡化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海水淡化工质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海水淡化工质分流器；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，所述海水淡化工质分流器的输出端与四级LNG蒸发器的输入端相连，四级LNG蒸发器对应的输出端与海水淡化工质混合器的输入端相连；

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；所述BOG处理系统包括过热器、压气机、预冷器、深冷器、调节阀、分离器、增压泵，所述过热器的一端具有两个热源输入端，另一端具有两个热源输出端，其中的一个热源输出端与一级发电单元中一级混合器剩下的一个热源输入端相连，另一个热源输出端与压气机相连，所述预冷器两端分别具有两个热源输入端和两个热源输出端，其中一个热源输入端与压气机相连，所述深冷器的两端均具有一个热源入端和一个热源输出端，其中一个热源输入端与预冷器其中一个热源输出端相连，另一端对应的热源输出端与调节阀相连，所述分离器侧壁上有一个输入端，顶端与底端均有一个输出端，其侧壁上的输入端与调节阀相连，底端的输出端与增压泵相连；

发电系统与BOG处理系统的连接：发电系统与BOG处理系统的连接包括，第一控制阀，第二控制阀，第三控制阀，LNG第一分流器，LNG第一混合器，LNG第二分流器，LNG 第二混合器，所述LNG第一分流器有一个输入端和两个输出端，其中一个输出端与第一控制阀相连，第一控制阀同时与深冷器剩下的一个热源输入端相连；所述LNG第一混合器具有两个输入端与一个输出端，其中一个输入端与深冷器中与预冷器相连一端的热源输出端相连，另一个输入端与LNG第一分流器中剩下的一个输出端相连，一级发电单元中，一级分流器剩下的一个输出端与所述第二控制阀相连，此第二控制阀同时与过热器其中一端的热源输入端相连，另一端对应的热源输出端与一级混合器剩下的一个输入端相连；二级发电单元中的二级LNG蒸发器剩下的一个热源输出端与所述LNG第二分流器的输入端相连，所述 LNG第二分流器还具有两个输出端，其中一个输出端与第三控制阀相连，第三控制阀同时与BOG处理系统的预冷器中剩下的一个热源输入端相连，所述LNG第二混合器具有一个输出端与两个输入端，其中一个输入端与预冷器中与深冷器相连一端的的热源输出端相连，另一个输入端与LNG第二分流器的剩下的一个输出端相连，LNG第二混合器的输出端与三级发电单元中的三级LNG蒸发器剩下的一个热源输入端相连。

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FSRU上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：所述综合利用方法其有两种工作模式：

当开启BOG处理系统时：一部分从LNG液罐里流出的LNG进入超临界分流式混合三级发电单元发电系统将高品位LNG冷能转换为电能；在此过程中，从二级发电单元出口流出的LNG一部分进入直接进入三级发电单元，另一部分先进入BOG处理系统给BOG处理系统提供冷能，再进入三级发电单元；然后利用冷媒同时吸收发电工艺完成后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；于此同时将第一级发电循环工质，以及不同状态的原料LNG送入BOG液化系统，用于液化BOG气体；

当关闭BOG处理系统时：从LNG液罐里流出的LNG全部进入超临界分流式混合三级发电单元发电系统将高品位LNG冷能转换为电能，然后利用冷媒同时吸收发电工艺完成后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，所述综合利用方法具体包括如下步骤：

当开启BOG处理系统时：

a)LNG流动过程：LNG从储罐流出后被分流器分成两股，一股带有大量高品位冷能，经过控制阀后直接进入BOG处理系统提供部分高品位冷能，完成这一过程后，与没有进入BOG 处理系统的另一股LNG混合，一起进入发电系统中的第一二级分流式发电单元中，此时 LNG被加压至8MPa。经过第一，二级分流式发电单元发电后的LNG又被分为两股。其中一股经过控制阀进入BOG处理系统给此系统提供预冷器所需的冷能，完成这一过程后，与另一股没有给预冷器提供冷能的LNG直接混合，依次进入发电系统的第三级发电单元系统与海水淡化系统；

b)发电单元发电：在一级发电单元中，液化后的发电工质R1150经过工质泵增压至1.2MPa，进入一级工质蒸发器中与三级发电工质R290换热，升温，然后进入一级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被分为三股，其中一股进入一级LNG 蒸发器中与LNG换热，另一股进入二级LNG蒸发器中与LNG和二级发电工质R23同时换热，最后一股进入BOG处理系统中的过热器与BOG换热，最后将这三股工质混合，送入工质泵中增压，完成一个循环；

在二级发电单元中，液化后的发电工质R23经过工质泵增压至0.57MPa，进入二级工质蒸发器中与三级发电工质R290换热，升温，然后进入二级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被分为两股，其中一股进入二级LNG蒸发器中与LNG，一级发电工质R1150同时换热，另一股进入三级LNG蒸发器中与LNG，三级发电工质 R290同时换热，当这两股工质达到相同的温度压力时(-82.53℃，0.11MPa)，将这两股工质混合，送入工质泵中增压，完成一个循环；

在第三级发电单元中，液化后的发电工质R290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三股，分别进入两个工质蒸发器与一个LNG蒸发器中吸收第一，二工质与LNG的冷能，变为液态后经过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：在海水淡化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，被分成两股物流，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，完成一个循环；

d)海水淡化过程：海水淡化工质吸收了LNG与第三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两股，分别进入四级LNG蒸发器与换热器中吸收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；

e)BOG气体处理过程：BOG气体先进入过热器与一级发电系统中的第一级发电工质换热升温，然后进入压气机，压力升高到0.6MPa，再进入预冷器，与完成二级发电系统后流出的部分LNG换热温度降低，然后进入深冷器，吸收直接从LNG储罐里流出的部分LNG的高品位冷能，此时温度降至-140℃，再进入节流阀，节流降温形成气液共存的LNG，最终进入分离器将液态LNG与气态LNG分离。

本发明的优点在于：本发明将FSRU上LNG冷能用于发电、海水淡化以及BOG气体处理系统，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；此外考虑到了在FSRU上必须考虑的BOG气体处理系统，利用原料LNG中含有的大量高品位冷能进行BOG气体的处理能减少BOG气体处理中原本需要的大量设备与高耗能。

本发明LNG冷能用于发电与海水淡化以及BOG气体处理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BOG气体处理与发电冷能发电，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。

可根据是否开启BOG处理系统调整整个FSRU上冷能利用路径。当开启BOG处理系统时：在LNG流量为508t/h，BOG气体流量为25.4t/h时，整个系统的发电量为 10912KW，海水淡化量为280t/h，BOG液化量为18.87t/h。当未开启BOG处理系统时：整个系统的发电量为13501KW，海水淡化量为280t/h，BOG液化量为0t/h。

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LNG冷能用于发电与海水淡化系统的结构示意图。

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冷能用于发电与海水淡化系统，包括发电系统、海水淡化系统以及一个BOG气体处理系统。

发电系统包括一LNG增压泵15、一海水泵16，还包括横向并列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工质蒸发器5、一级透平膨胀机12、一级分流器32、一级LNG蒸发器1、一级混合器33和一级工质泵9，其中，一级工质蒸发器5两端均具有一个一级热源输入端和一个一级热源输出端，其一端的其中一个一级热源输入端与一级工质泵9相连，另一端对应的一级热源输出端与一级透平膨胀机12相连，所述一级分流器32具有三个热源输出端与一个热源输入端，其热源输入端与一级透平膨胀机12相连，所述一级LNG蒸发器1的两端分别具有两个一级热源输入端和两个一级热源输出端，其一端的一个一级热源输入端与一级分流器32其中一个输出端相连，另一个一级热源输入端与LNG循环泵15相连，所述一级混合器33具有三个热源输入端，一个热源输出端，其中的一个热源输入端与一级LNG蒸发器1其中的一个热源输出端相连，其输出端与一级工质泵9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6、二级透平膨胀机13、二级分流器34、二级LNG蒸发器2、二级混合器35和二级工质泵10，其中，二级工质蒸发器6两端均具有一个热源输入端和一个热源输出端，其一端的其中一个二级热源输入端与二级工质泵10相连，另一端对应的二级热源输出端与二级透平膨胀机13相连，所述二级分流器34具有两个热源输出端与一个热源输入端，其热源输入端与二级透平膨胀机13相连，所述二级LNG蒸发器2的两端分别具有三个二级热源输入端和三个二级热源输出端，其一端的一个二级热源输入端与二级分流器34其中一个输出端相连，另一个二级热源输入端与一级分流器32的其中一个热源输出端相连，另一端对应的二级热源输出端与一级混合器33其中一个热源输入端相连。二级LNG蒸发器2剩下的一个二级热源输入端与一级LNG蒸发器1中与一级混合器33相连一端的一级热源输出端相连。所述二级混合器35具有两个热源输入端，一个热源输出端，其中的一个热源输入端与二级 LNG蒸发器2中与二级分流器34相连一端所对应的二级热源输出相连，其输出端与二级工质泵10相连。

还包括一纵向分布在一级发电单元及二级发电单元下方的三级发电单元，所述三级发电单元包括三级工质蒸发器7、三级透平膨胀机14、三级分流器37、三级混合器36、三级工质泵11、三级LNG蒸发器3、海水淡化换热器8及三级发电工质。所述三级工质蒸发器7两端均具有一个三级热源输出端与一个三级热源输入端，其中的一个三级热源输出端与三级透平膨胀机14相连，同侧的三级热源输入端与海水泵16相连，所述三级分流器37具有一个输入端和三个输出端，其输入端与三级透平膨胀机14相连，其中一个热源输出端与一级工质蒸发器5剩下的一个热源输入端相连，另一个输出端与二级工质蒸发器6剩下的一个热源输入端相连，所述三级LNG蒸发器3的一端具有两个三级热源输入端和一个三级热源输出端，其三级热源输出端与二级发电单元中的二级混合器35剩下的一个热源输入端相连，其中一个输入端与三级分流器37中剩下的一个热源输出端相连，所述三级LNG蒸发器 3的另一端具有两个三级热源输出端和一个三级热源输入端，其三级热源输入端与二级发电单元中的二级分流器34剩下的一个热源输出端相连，所述的三级混合器36具有三个热源输入端与一个热源输出端，其中的一个输入端与一级发电单元中的一级工质蒸发器5剩下的一个一级热源输出端相连，另一个输入端与二级发电单元中二级工质蒸发器6剩下的一个二级热源输出端相连，三级混合器36剩下的一个输入端与三级LNG蒸发器3中的一个三级热源输出端相连，三级混合器36的输出端与三级工质泵11相连，所述海水淡化换热器8的一端具有两个三级热源输入端，其中的一个三级热源输入端与三级工质泵11相连，另一端具有两个三级热源输出端，其中的一个三级热源输出端与三级工质蒸发器7剩下的一个热源输入端相连。

海水淡化系统包括海水淡化热换器8、海水淡化工质泵17，海水泵19,四级LNG蒸发器4、结晶器21、洗涤器22、融化器23、抽盐水泵18、海水淡化工质LNG第二分流器4 和海水淡化工质LNG第二混合器5；所述海水淡化热换器8串联设置在三级工质泵11和三级工质蒸发器7之间，海水淡化换热器8还具有一个输入端和输出端，所述结晶器21一侧壁和底部中心分别具有输入端，结晶器21上端中心与另一侧壁上具有输出端，四级LNG蒸发器4的输出端与结晶器21侧壁的输入端相连，且该相连的管道上还串联设置有海水淡化工质LNG第二混合器5和海水淡化工质泵17；结晶器21顶部的输出端与四级LNG蒸发器 4的输入端相连，且该相连的管道上串联设置有海水淡化工质LNG第二分流器4；结晶器侧壁的输出端与洗涤器22底部相连。所述四级LNG蒸发器4具有输入端和输出端，所述海水淡化工质LNG第二分流器4的输出端与四级LNG蒸发器4的输入端相连，四级LNG蒸发器4对应的输出端与海水淡化工质LNG第二混合器5的输入端相连。

在结晶器21与洗涤器22之间还串联设置有抽盐水泵18，融化器23与洗涤器22之间串联设置有抽水泵20，洗涤器22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23相连设置，融化器23底部还具有两输出端，一输出端与结晶器21底部中心的输入端相连，另一输出端与抽海水泵19相连。

BOG处理系统包括过热器26、压气机27、预冷器28、深冷器29、调节阀30、分离器31。所述过热器26的一端具有两个热源输入端，另一端具有两个热源输出端，其中的一个热源输出端与一级发电单元中一级混合器33剩下的一个热源输入端相连，另一个热源输出端与压气机27相连，所述预冷器28两端分别具有两个热源输入端和两个热源输出端，其中一个热源输入端与压气机27相连，所述深冷器29的两端均具有一个热源入端和一个热源输出端，其中一个热源输入端与预冷器28其中一个热源输出端相连，另一端对应的热源输出端与调节阀30相连，所述分离器31侧壁上有一个输入端，顶端与底端均有一个输出端，其侧壁上的输入端与调节阀30相连，底端的输出端与增压泵相连。

发电系统与BOG处理系统的连接：发电系统与BOG处理系统的连接包括，第一控制阀42，第二控制阀43，第三控制阀44，LNG第一分流器38，LNG第一混合器39，LNG 第二分流器40，LNG第二混合器41。所述LNG第一分流器38有一个输入端和两个输出端，其中一个输出端与第一控制阀42相连，第一控制阀42同时与深冷器29剩下的一个热源输入端相连；所述LNG第一混合器39具有两个输入端与一个输出端，其中一个输入端与深冷器29中与预冷器28相连一端的热源输出端相连，另一个输入端与LNG第一分流器38中剩下的一个输出端相连。一级发电单元中，一级分流器32剩下的一个输出端与所述第二控制阀43相连，此第二控制阀43同时与过热器26其中一端的热源输入端相连，另一端对应的热源输出端与一级混合器33剩下的一个输入端相连；二级发电单元中的二级LNG蒸发器2 剩下的一个热源输出端与所述LNG第二分流器40的输入端相连，所述LNG第二分流器40 还具有两个输出端，其中一个输出端与第三控制阀44相连，第三控制阀44同时与BOG处理系统的预冷器28中剩下的一个热源输入端相连。所述LNG第二混合器41具有一个输出端与两个输入端，其中一个输入端与预冷器28中与深冷器29相连一端的的热源输出端相连，另一个输入端与LNG第二分流器40的剩下的一个输出端相连，LNG第二混合器41的输出端与三级发电单元中的三级LNG蒸发器3剩下的一个热源输入端相连。

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21出口冷媒温度为-5℃，第三级发电工质在海水淡化工质换热器8出口温度为-10℃。第一级发电单元发电工质为R1150，第二级发电单元发电工质为R23，第三级发电单元发电工质为R290，海水淡化工质为异丁烷。BOG处理系统中过热器出口BOG气体的过热度为5℃。原料LNG在深冷器出口状态为饱和液态。

LNG冷能利用的具体步骤如下(开启BOG处理系统时)：

(1)LNG流动过程

508t/h，状态为(-162℃，0.5MPa)的LNG先经过LNG第一分流器38分成两股，其中一部分(162t/h)经控制阀42流入深冷器29，从深冷器29流出的LNG(状态为：-136.98℃， 0.5MPa)流入LNG第一混合器39与未流入第一控制阀42的LNG(346.13t/h)混合，混合后的LNG状态为(-153.81℃，0.5MPa)，然后进入LNG泵15升压至8MPa，高压LNG温度上升至-149.43℃，然后进入一级LNG蒸发器1与一级发电工质换热，温度升至-107.60℃；再进入二级LNG蒸发器2与二级发电工质和一级发电工质同时换热，温度升至-85.54℃，然后进入LNG第二分流器40分成两股，其中一股(9.98t/h)流经控制阀44在BOG气体处理系统中预冷器28中释放部分冷能，温度变为-78.48℃，再与从LNG第二分流器40流出的未经过第三控制阀44的LNG(498.02t/h)在LNG第二混合器41中混合，然后依次经过三级 LNG蒸发器3与四级LNG蒸发器4，温度分别升至-45.55℃与-10℃，最终流出整个系统。

(2)发电单元发电

在一级发电单元中，液化后的发电工质R1150(194.8t/h，-104.6℃，0.11MPa)经过一级工质泵 9增压至1.2MPa，进入一级工质蒸发器1中与三级发电工质R290换热，升温，然后进入一级透平膨胀机12中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的发电工质蒸汽(状态为：-102.6℃，0.11MPa)被分为三股，其中一股(174.69t/h)进入一级LNG蒸发器1中与LNG 换热，另一股(19.48t/h)进入二级LNG蒸发器2中与LNG和二级发电工质R23同时换热，最后一股(0.60t/h)进入BOG处理系统中的过热器26与BOG换热，最后将这三股工质混合，送入一级工质泵9中增压，完成一个循环。

在二级发电单元中，液化后的发电工质R23(210.40t/h，-82.53℃，0.11MPa)经过二级工质泵10增压至0.57MPa，进入二级工质蒸发器2中与三级发电工质R290换热，升温(状态升至-45.55℃)，然后进入二级透平膨胀机13中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的发电工质蒸汽(-80.53℃，0.11MPa)被分为两股，其中一股(168.32t/h)进入二级 LNG蒸发器2中与LNG，一级发电工质R1150同时换热，另一股(42.08t/h)进入三级 LNG蒸发器3中与LNG，三级发电工质R290同时换热，当这两股工质达到相同的温度压力时(-82.53℃，0.11MPa)，将这两股工质混合，送入二级工质泵10中增压，完成一个循环。

在第三级发电单元中，液化后的三级发电工质R290(647.97t/h，-42.55℃，0.11MPa) 经过三级工质泵11增压至0.73MPa，进海水淡化换热器8与海水淡化工质(异丁烷)换热，发电工质释放出冷能后，温度上升为-10℃，再利用热源海水在三级工质蒸发器中升温达到 15℃，然后进入透平膨胀机中膨胀做功，并带动发电机组发电；膨胀后的气态三级发电工质 R290(-40.55℃，0.11MPa)在三级分流器37中被分成三股，其中两股分别进入一级发电单元中的一级工质蒸发器(235.53t/h)与二级发电单元中的二级工质蒸发器(128.121t/h)中降温，最后一股(284.32t/h)进入三级发电单元中的三级LNG蒸发器中降温，最后三股物流又经过三级混合器36混合成一股物流，送入三级工质泵11中完成一个循环。

(3)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4，177.92t/h，-40℃，0.13MPa的异丁烷与步骤2中从换热器41流出的异丁烷混合，质量流量达到287.33t/h；此时的异丁烷经过海水淡化工质泵17，加压至0.205MPa，然后流入结晶器21，此时结晶器21能提供34420KW的换热量，最后从结晶器 21流出的异丁烷被分为两股分别进入四级LNG蒸发器4，海水淡化换热器8中与发电工艺完成后的LNG以及第三级发电工质换热，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与第三级发电工质中的冷能后，使自身温度降低，随后在结晶器21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两股，分别进入四级LNG蒸发器4与海水淡化换热器8中吸收 LNG冷能完成一个循环；冰盐水则经过抽盐水泵4718送入洗涤塔22分离成冰晶和浓盐水，冰晶最后再进入融化器23吸热融合，最终变成淡水。

(5)BOG气体处理过程

25.4t/h，状态为(-160.45℃，0.114MPa)的BOG气体先进入过热器与一级发电系统中的第一级发电工质R1150换热升温至过热状态(-155.50℃)，然后进入压气机，压力升高到0.6MPa，此时温度为-73.48℃，再进入预冷器，与完成二级发电系统后流出的部分LNG换热温度降低至-80℃，然后进入深冷器，吸收从LNG储罐里流出的部分LNG的高品位冷能，此时温度降至-140℃，再进入节流阀，节流降温形成气液共存的LNG，最终进入分离器将液态LNG与气态LNG分离。

根据本实例的操作，当开启BOG处理系统时：在LNG流量为508t/h，BOG气体流量为25.4t/h时，整个系统的发电量为10912KW，海水淡化量为280t/h，BOG液化量为 18.87t/h

未开启BOG气体处理系统时：

(1)发电工质吸收液化天然气冷能液化

利用LNG循环泵15将从LNG储罐里流出的全部508t/h，0.1MPa，-162℃的LNG增压至8MPa，然后依次进入一级LNG蒸发器1、二级LNG蒸发器2和三级LNG蒸发器3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13中207.84t/h，-102.6℃， 0.11MPa的R1150与LNG换热；从一级LNG蒸发器1流出的LNG温度上升至-107.6℃，然后进入二级LNG蒸发器2与161.65t/h，-80.53℃，0.11MPa的R23换热；从二级LNG蒸发器23流出的LNG温度上升至-85.54℃，然后进入三级LNG蒸发器37与286.04t/h，- 40.55℃，0.11MPa的R290换热。

(2)发电单元发电

一级发电单元与开启BOG处理系统时的一级朗肯循类似，不同点在于液化后发电工质R1150的质量为230.94t/h，被一级分流器32分流而进入一级LNG蒸发器和二级LNG蒸发器的工质质量分别为：207.84.t/h和23.09t/h，同时由于关闭了第二控制阀43，一级发电工质不会流入BOG处理系统中。

二级发电单元与开启BOG处理系统时的二级朗肯循类似，不同点在于液化后发电工质R23的质量为202.06t/h，被二级分流器34分流而进入二级LNG蒸发器和三级LNG蒸发器的工质质量分别为：161.65t/h和40.41t/h。

三级发电单元与开启BOG处理系统时的三级朗肯循类似，不同点在于液化后发电工质R290的质量为688.35t/h，被三级分流器37分流而进入一级工质蒸发器、二级工质蒸发器和三级LNG蒸发器的工质质量分别为：279.26t/h、123.04t/h和286.04。

(3)第三级发电工质与发电工艺完成后的LNG同时供冷(4)海水淡化过程均与开启BOG处理系统时的过程类似，不同点在于海水淡化工质异丁烷的总质量为294143.361149948t/h，其中流入四级LNG蒸发器中的质量为177922.442142030t/h.结晶器21 能提供35240W的换热量。

根据本实例的操作，当未开启BOG处理系统时：在LNG流量为508t/h时，整个系统的发电量为13501KW，海水淡化量为280t/h，BOG液化量为0t/h。

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FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统，其特征在于：包括发电系统、海水淡化系统以及一个BOG气体处理系统

所述发电系统包括一LNG增压泵、一海水泵，还包括横向并列分布的

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工质蒸发器、一级透平膨胀机、一级分流器、一级LNG蒸发器、一级混合器和一级工质泵，其中，一级工质蒸发器两端均具有一个一级热源输入端和一个一级热源输出端，其一端的其中一个一级热源输入端与一级工质泵相连，另一端对应的一级热源输出端与一级透平膨胀机相连，所述一级分流器具有三个热源输出端与一个热源输入端，其热源输入端与一级透平膨胀机相连，所述一级LNG蒸发器的两端分别具有两个一级热源输入端和两个一级热源输出端，其一端的一个一级热源输入端与一级分流器其中一个输出端相连，另一个一级热源输入端与LNG增压泵相连，所述一级混合器具有三个热源输入端，一个热源输出端，其中的一个热源输入端与一级LNG蒸发器其中的一个热源输出端相连，其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二级透平膨胀机、二级分流器、二级LNG蒸发器、二级混合器和二级工质泵，其中，二级工质蒸发器两端均具有一个热源输入端和一个热源输出端，其一端的其中一个二级热源输入端与二级工质泵相连，另一端对应的二级热源输出端与二级透平膨胀机相连，所述二级分流器具有两个热源输出端与一个热源输入端，其热源输入端与二级透平膨胀机相连，所述二级LNG蒸发器的两端分别具有三个二级热源输入端和三个二级热源输出端，其一端的一个二级热源输入端与二级分流器其中一个输出端相连，另一个二级热源输入端与一级分流器的其中一个热源输出端相连，另一端对应的二级热源输出端与一级混合器其中一个热源输入端相连，二级LNG蒸发器剩下的一个二级热源输入端与一级LNG蒸发器中与一级混合器相连一端的一级热源输出端相连，所述二级混合器具有两个热源输入端，一个热源输出端，其中的一个热源输入端与二级LNG蒸发器中与二级分流器相连一端所对应的二级热源输出相连，其输出端与二级工质泵相连

一纵向分布在一级发电单元及二级发电单元下方的三级发电单元，所述三级发电单元包括三级工质蒸发器、三级透平膨胀机、三级分流器、三级混合器、三级工质泵、三级LNG蒸发器、海水淡化换热器及三级发电工质，所述三级工质蒸发器两端均具有一个三级热源输出端与一个三级热源输入端，其中的一个三级热源输出端与三级透平膨胀机相连，同侧的三级热源输入端与海水泵相连，所述三级分流器具有一个输入端和三个输出端，其输入端与三级透平膨胀机相连，其中一个热源输出端与一级工质蒸发器剩下的一个热源输入端相连，另一个输出端与二级工质蒸发器剩下的一个热源输入端相连，所述三级LNG蒸发器的一端具有两个三级热源输入端和一个三级热源输出端，其三级热源输出端与二级发电单元中的二级混合器剩下的一个热源输入端相连，其中一个输入端与三级分流器中剩下的一个热源输出端相连，所述三级LNG蒸发器的另一端具有两个三级热源输出端和一个三级热源输入端，其三级热源输入端与二级发电单元中的二级分流器剩下的一个热源输出端相连，所述的三级混合器具有三个热源输入端与一个热源输出端，其中的一个输入端与一级发电单元中的一级工质蒸发器剩下的一个一级热源输出端相连，另一个输入端与二级发电单元中二级工质蒸发器剩下的一个二级热源输出端相连，三级混合器剩下的一个输入端与三级LNG蒸发器中的一个三级热源输出端相连，三级混合器的输出端与三级工质泵相连，所述海水淡化换热器的一端具有两个三级热源输入端，其中的一个三级热源输入端与三级工质泵相连，另一端具有两个三级热源输出端，其中的一个三级热源输出端与三级工质蒸发器剩下的一个热源输入端相连；

所述海水淡化系统包括海水淡化热换器、海水淡化工质泵，海水泵,四级LNG蒸发器、结晶器、洗涤器、融化器、抽盐水泵、海水淡化工质分流器和海水淡化工质混合器；所述海水淡化热换器串联设置在三级工质泵和三级工质蒸发器之间，海水淡化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海水淡化工质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海水淡化工质分流器；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，所述海水淡化工质分流器的输出端与四级LNG蒸发器的输入端相连，四级LNG蒸发器对应的输出端与海水淡化工质混合器的输入端相连；

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；

所述BOG处理系统包括过热器、压气机、预冷器、深冷器、调节阀、分离器、增压泵，所述过热器的一端具有两个热源输入端，另一端具有两个热源输出端，其中的一个热源输出端与一级发电单元中一级混合器剩下的一个热源输入端相连，另一个热源输出端与压气机相连，所述预冷器两端分别具有两个热源输入端和两个热源输出端，其中一个热源输入端与压气机相连，所述深冷器的两端均具有一个热源入端和一个热源输出端，其中一个热源输入端与预冷器其中一个热源输出端相连，另一端对应的热源输出端与调节阀相连，所述分离器侧壁上有一个输入端，顶端与底端均有一个输出端，其侧壁上的输入端与调节阀相连，底端的输出端与增压泵相连；

发电系统与BOG处理系统的连接：发电系统与BOG处理系统的连接包括，第一控制阀，第二控制阀，第三控制阀，LNG第一分流器，LNG第一混合器，LNG第二分流器，LNG第二混合器，所述LNG第一分流器有一个输入端和两个输出端，其中一个输出端与第一控制阀相连，第一控制阀同时与深冷器剩下的一个热源输入端相连；所述LNG第一混合器具有两个输入端与一个输出端，其中一个输入端与深冷器中与预冷器相连一端的热源输出端相连，另一个输入端与LNG第一分流器中剩下的一个输出端相连，一级发电单元中，一级分流器剩下的一个输出端与所述第二控制阀相连，此第二控制阀同时与过热器其中一端的热源输入端相连，另一端对应的热源输出端与一级混合器剩下的一个输入端相连；二级发电单元中的二级LNG蒸发器剩下的一个热源输出端与所述LNG第二分流器的输入端相连，所述LNG第二分流器还具有两个输出端，其中一个输出端与第三控制阀相连，第三控制阀同时与BOG处理系统的预冷器中剩下的一个热源输入端相连，所述LNG第二混合器具有一个输出端与两个输入端，其中一个输入端与预冷器中与深冷器相连一端的的热源输出端相连，另一个输入端与LNG第二分流器的剩下的一个输出端相连，LNG第二混合器的输出端与三级发电单元中的三级LNG蒸发器剩下的一个热源输入端相连。

2.根据权利要求1所述的FSRU上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FSRU上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FSRU上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FSRU上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FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统的综合利用方法，其特征在于：所述综合利用方法其有两种工作模式：

当开启BOG处理系统时：一部分从LNG液罐里流出的LNG进入超临界分流式混合三级发电单元发电系统将高品位LNG冷能转换为电能；在此过程中，从二级发电单元出口流出的LNG一部分进入直接进入三级发电单元，另一部分先进入BOG处理系统给BOG处理系统提供冷能，再进入三级发电单元；然后利用冷媒同时吸收发电工艺完成后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；于此同时将第一级发电循环工质，以及不同状态的原料LNG送入BOG液化系统，用于液化BOG气体；

当关闭BOG处理系统时：从LNG液罐里流出的LNG全部进入超临界分流式混合三级发电单元发电系统将高品位LNG冷能转换为电能，然后利用冷媒同时吸收发电工艺完成后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FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统的综合利用方法，其特征在于：所述综合利用方法具体包括如下步骤：

当开启BOG处理系统时：

a）LNG流动过程：LNG从储罐流出后被分流器分成两股，一股带有大量高品位冷能，经过控制阀后直接进入BOG处理系统提供部分高品位冷能，完成这一过程后，与没有进入BOG处理系统的另一股LNG混合，一起进入发电系统中的第一二级分流式发电单元中，此时LNG被加压至8MPa，

经过第一，二级分流式发电单元发电后的LNG又被分为两股，

其中一股经过控制阀进入BOG处理系统给此系统提供预冷器所需的冷能，完成这一过程后，与另一股没有给预冷器提供冷能的LNG直接混合，依次进入发电系统的第三级发电单元系统与海水淡化系统；

b）发电单元发电：在一级发电单元中，液化后的发电工质R1150经过工质泵增压至1.2MPa，进入一级工质蒸发器中与三级发电工质R290换热，升温，然后进入一级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被分为三股，其中一股进入一级LNG蒸发器中与LNG换热，另一股进入二级LNG蒸发器中与LNG和二级发电工质R23同时换热，最后一股进入BOG处理系统中的过热器与BOG换热，最后将这三股工质混合，送入工质泵中增压，完成一个循环；

在二级发电单元中，液化后的发电工质R23经过工质泵增压至0.57MPa，进入二级工质蒸发器中与三级发电工质R290换热，升温，然后进入二级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被分为两股，其中一股进入二级LNG蒸发器中与LNG，一级发电工质R1150同时换热，另一股进入三级LNG蒸发器中与LNG，三级发电工质R290同时换热，当这两股工质达到相同的温度压力时（-82.53℃，0.11MPa），将这两股工质混合，送入工质泵中增压，完成一个循环；

在第三级发电单元中，液化后的发电工质R290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三股，分别进入两个工质蒸发器与一个LNG蒸发器中吸收第一，二工质与LNG的冷能，变为液态后经过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：在海水淡化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，被分成两股物流，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，完成一个循环；

d）海水淡化过程：海水淡化工质吸收了LNG与第三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两股，分别进入四级LNG蒸发器与换热器中吸收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；

e）BOG气体处理过程：BOG气体先进入过热器与一级发电系统中的第一级发电工质换热升温，然后进入压气机，压力升高到0.6MPa，再进入预冷器，与完成二级发电系统后流出的部分LNG换热温度降低，然后进入深冷器，吸收直接从LNG储罐里流出的部分LNG的高品位冷能，此时温度降至-140℃，再进入节流阀，节流降温形成气液共存的LNG，最终进入分离器将液态LNG与气态LNG分离。