CN109356681A - 一种lng卫星站冷电联产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LNG卫星站冷电联产工艺，涉及LNG气化工艺流程，低温有机朗肯发电循环工艺流程，包括低温冷库循环载冷剂工艺流程、空调供冷循环冷媒工艺流程、太阳能‑BOG制热循环工质工艺流程；本发明基于LNG冷特性曲线，对LNG冷能发电‑空调制冷集成工艺进行优化，确定了一种既高效又切实可行的LNG发电‑冷库‑空调制冷集成工艺。增加了BOG辅助太阳能制热循环模块，充分利用LNG低品位冷能，将传统的空调供冷技术细化为低温冷库与空调供冷两个部分，充分利用LNG冷能，提高

Description

一种LNG卫星站冷电联产工艺
技术领域
本发明涉及LNG冷能利用领域，具体的涉及一种LNG卫星站冷电联产工艺。
背景技术
从2006年底到2017年，中国已建成的LNG接收终端、LNG工厂以及LNG卫星站数量总计1630个，其中考虑在天然气管网基础建设相对落后或者输气管线不易到达的中小城市兴建的LNG卫星站多达1121个，LNG卫星站冷能回收利用潜力巨大。但是，现有研究主要集中在规模较大的LNG气化站冷能回收工艺，对规模较小的LNG卫星站冷能回收工艺研究较少。
LNG的气化温度范围为-162℃至常温，其能量品位很高，若将其直接用于不需要如此低温的领域(如一般的冷库或者冷水工艺)，在较大温差的换热过程中将造成大量损失。现有文献调研发现，各种单一的LNG冷能利用方案大多只是考虑了冷能的回收能效(基于热力学第一定律)，而没有考虑冷能利用的效率(基于热力学第二定律)。因此，从理论上说，对LNG冷能进行梯级利用是较好的方案。
研究表明，对LNG冷能梯级利用时，利用高品位冷能发电，利用低品位冷能进行空调供冷的方案可以在一定程度上提高效率，即，LNG冷能发电-空调制冷工艺。该工艺具有流程简单，可操作性强，工艺设备投资少等优点。但该工艺存在以下问题：(1)空调制冷模块，天然气气温位区间为-60℃～10℃，空调制冷冷水温位区间为0℃～20℃，温差最大达到60℃左右，效率仅为19％。可以知道，LNG冷能温度区间的差距较大，整体效率不高，不利于LNG冷能高效回收。(2)LNG冷能进行发电时，需要高温热源。LNG气化站常用的高温热源为工业废热，即低温烟气，而针对LNG卫星站体积小、气化量小的特点，无法将大量的工业废热纳入循环。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种LNG卫星站冷电联产工艺，基于LNG冷特性曲线，对LNG冷能发电-空调制冷集成工艺进行优化，确定了一种既高效又切实可行的LNG发电-冷库-空调制冷集成工艺，达到了LNG冷能梯级回收利用的目的。
本发明采用下述的技术方案：
一种LNG卫星站冷电联产工艺，涉及LNG气化工艺流程，低温有机朗肯发电循环工艺流程，包括低温冷库循环载冷剂工艺流程、空调供冷循环冷媒工艺流程、太阳能-BOG制热循环工质工艺流程；
所述低温冷库循环工艺流程：管路中的载冷剂NH3在第二LNG换热器换热后，通过循环载冷剂泵分别经第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀降压至对应冷库温度的饱和压力后，进入第一冷库、第二冷库、第三冷库进行换热，随后汇聚到冷藏室进行换热，最后回到第二LNG换热器继续循环；
所述空调制冷循环工艺流程：当LNG在第三LNG换热器汽化为气体后，与管路中的空调制冷介质进行换热，空调制冷介质在第三LNG换热器进行换热后，随后进入空调制冷机组进行换热，完成空调供冷后经第四流量调节阀回到第三LNG换热器继续循环；
所述太阳能-BOG制热循环工艺流程：太阳光照充足时，开启热水泵、太阳能集热板进行热水制备循环，当换热水箱的循环热水温度均低于设置的供热温度下限值时，同时开启加热器、第二水浴式气化器进行辅助制热循环；当循环热水温度高于设定的供热温度上限值时，关闭加热器、第二水浴式气化器辅助制热循环，在夜间，如有峰谷电价优势，则可视工艺流程的整体供热需求量的大小，设置辅助制热的夜间开启时间，为工艺的白天运行储存一定热量。
优选的，所述LNG气化工艺流程：LNG出LNG储罐后经LNG加压泵加压，然后经第一流量调节阀进入第一LNG换热器换热，经第二流量调节阀进入第二LNG换热器热气化成为低温天然气，随后经第三LNG换热器进入第一水浴式气化器继续升温达到输送温度要求，最后经第一调压阀调压后送入下游燃气管网。
优选的，设备检修时，从第二LNG换热器出来的低温天然气直接经第三流量调节阀进入第一水浴式气化器继续升温，最后经第一调压阀调压后送入下游燃气管网。
优选的，所述低温有机朗肯发电循环工艺流程：在第一LNG换热器中，管路中的发电循环工质与低温LNG换热液化后进入发电工质储液罐，然后经发电工质加压泵加压后，进入换热水箱与换热水箱中的循环热水换热气化，随后进入透平发电机组中推动汽轮机转动带动发电机发电，最后回到第一LNG换热器中冷凝并继续循环。
优选的，所述冷藏室与第二冷库、第三冷库之间分别设有第四节流阀、第五节流阀。
本发明的有益效果是：
(1)、将LNG冷能梯级回收利用技术与BOG燃烧辅助太阳能热水技术有机结合，从而达到LNG卫星站冷电联产的目的；
(2)、充分利用我国丰富的太阳能资源为LNG卫星站冷能发电提供高温热源，而当太阳能资源受限时，利用BOG燃烧生成烟气保障发电循环的可靠性；
(3)、充分利用LNG低品位冷能，将传统的空调供冷技术细化为低温冷库与空调供冷两个部分，充分利用LNG冷能，提高效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为本发明的工艺流程图；
图中所示
其中：1—LNG储罐，2—LNG加压泵，3—第一流量调节阀，4—第一LNG换热器，5—第二流量调节阀，6—第二LNG换热器，7—第三LNG换热器，8—第一水浴式气化器，9—第一调压阀，10—第三流量调节阀，11—发电工质低温储罐，12—发电工质加压泵，13—换热水箱，14—透平发电机组，15—节流装置，16—加热器，17—第二调压阀，18—第二水浴式气化器，19—热水泵，20—太阳能集热板，21—循环载冷剂泵，22—第一节流阀，23—第二节流阀，24—第三节流阀，25—第一冷库，26—第二冷库，27—第三冷库，28—第四节流阀，29—第五节流阀，30—冷藏室，31—空调供冷机组，32—第四流量调节阀；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种LNG卫星站冷电联产工艺，涉及LNG气化工艺流程，低温有机朗肯发电循环工艺流程，包括低温冷库循环载冷剂工艺流程、空调供冷循环冷媒工艺流程、太阳能-BOG制热循环工质工艺流程；
所述低温冷库循环工艺流程采用的设备包括第二LNG换热器6、循环载冷剂泵21、第一节流阀22、第二节流阀23、第三节流阀24、第一冷库25、第二冷库26、第三冷库27以及冷藏室30，管路中的载冷剂NH3在第二LNG换热器6换热后，温度为-40℃，通过循环载冷剂泵21分别经第一节流阀22、第二节流阀23、第三节流阀24降压至对应冷库温度的饱和压力后，进入第一冷库25、第二冷库26、第三冷库27进行换热，随后汇聚到冷藏室30进行换热(第二冷库26、第三冷库27中的载冷剂NH3分别经第四节流阀28、第五节流阀29汇聚到冷藏室30进行换热)，最后回到第二LNG换热器6继续循环；此时，LNG温位区间为-60℃～-30℃，效率为69％。
所述空调制冷循环工艺流程采用的设备包括第三LNG换热器7、空调制冷机组31以及第四流量调节阀32，当LNG汽化为气体后，与空调制冷介质(H2O)进行换热，此时，LNG温位区间为-30℃～0℃，效率为28％，空调制冷循环工艺流程中整体低品位冷效率为58％，较之前的效率19％，提高了39％。空调制冷介质(H2O)在第三LNG换热器7进行换热后，温度为0℃，随后进入空调制冷机组31进行换热，完成空调供冷后经第四流量调节阀32回到第三LNG换热器7继续循环。
所述太阳能-BOG制热循环工艺流程采用的设备包括换热水箱13、加热器16、第二水浴式气化器18、热水泵19、太阳能集热板20，太阳光照充足时，开启热水泵19、太阳能集热板20对制热循环工质(H2O)进行加热，加热后的循环工质(H2O)与低温朗肯循环工质(R1270)在换热水箱13处进行换热，使低温朗肯循环工质(R1270)从液体变为气体进行低温朗肯发电循环；当换热水箱13的循环热水温度均低于设置的供热温度下限值时，同时开启节流装置15、加热器16、第二调压阀17、第二水浴式气化器18进行辅助制热循环；当循环热水温度高于设定的供热温度上限值时，关闭节流装置15、加热器16、第二调压阀17、第二水浴式气化器18辅助制热循环，在夜间，如有峰谷电价优势，则可视工艺流程的整体供热需求量的大小，设置辅助制热的夜间开启时间，为工艺的白天运行储存一定热量。
所述LNG气化工艺流程采用的设备包括LNG储罐1、LNG加压泵2、第一LNG换热器4、第二LNG换热器6、第一水浴式气化器8、第一流量调节阀3、第二流量调节阀5、第三流量调节阀10、第一调压阀9，LNG出LNG储罐1后经LNG加压泵2加压，然后经第一流量调节阀3进入第一LNG换热器4换热，经第二流量调节阀5进入第二LNG换热器6热气化成为低温天然气，随后经经第三LNG换热器7进入第一水浴式气化器8继续升温达到输送温度要求(设备检修时经第三流量调节阀10进入第一水浴式气化器8继续升温)，最后经第一调压阀9调压后送入下游燃气管网。
所述低温有机朗肯发电循环工艺流程采用的设备包括第一LNG换热器4、发电工质低温储罐11、发电工质加压泵12、换热水箱13、透平发电机组14，在第一LNG换热器4中，管路中的发电循环工质R1270与低温LNG换热液化后进入发电工质储液罐11，然后经发电工质加压泵12加压后成为压力为2.3MPa，温度为-50℃的低温液态工质，进入换热水箱13与换热水箱13中的循环热水换热变为压力不变，温度为55℃的气态工质，随后进入透平发电机组14中推动汽轮机转动带动发电机发电后变为压力为0.11MPa，温度为-46℃的气态工质，最后回到第一LNG换热器4中与LNG继续换热成为压力为0.09MPa，温度为-51℃的低温液态工质继续循环。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种LNG卫星站冷电联产工艺，涉及LNG气化工艺流程，低温有机朗肯发电循环工艺流程，其特征在于，包括低温冷库循环载冷剂工艺流程、空调供冷循环冷媒工艺流程、太阳能-BOG制热循环工质工艺流程；
所述低温冷库循环工艺流程为：管路中的载冷剂NH3在第二LNG换热器(6)换热后，通过循环载冷剂泵(21)分别经第一节流阀(22)、第二节流阀(23)、第三节流阀(24)降压至对应冷库温度的饱和压力后，进入第一冷库(25)、第二冷库(26)、第三冷库(27)进行换热，随后汇聚到冷藏室(30)进行换热，最后回到第二LNG换热器(6)继续循环；
所述空调制冷循环工艺流程：当LNG在第三LNG换热器(7)汽化为气体后，与管路中的空调制冷介质进行换热，空调制冷介质在第三LNG换热器(7)进行换热后，随后进入空调制冷机组(31)进行换热，完成空调供冷后经第四流量调节阀(32)回到第三LNG换热器(7)继续循环；
所述太阳能-BOG制热循环工艺流程：太阳光照充足时，开启热水泵(19)、太阳能集热板(20)进行热水制备循环，当换热水箱(13)的循环热水温度均低于设置的供热温度下限值时，同时开启加热器(16)、第二水浴式气化器(18)进行辅助制热循环；当循环热水温度高于设定的供热温度上限值时，关闭加热器(16)、第二水浴式气化器(18)辅助制热循环，在夜间，如有峰谷电价优势，则可视工艺流程的整体供热需求量的大小，设置辅助制热的夜间开启时间，为工艺的白天运行储存一定热量。
2.根据权利要求1所述的一种LNG卫星站冷电联产工艺，其特征在于，所述LNG气化工艺流程：从LNG储罐(1)出来的LNG经LNG加压泵(2)加压，然后经第一流量调节阀(3)进入第一LNG换热器(4)换热，经第二流量调节阀(5)进入第二LNG换热器(6)热气化成为低温天然气，随后经第三LNG换热器(7)进入第一水浴式气化器(8)继续升温达到输送温度要求，最后经第一调压阀(9)调压后送入下游燃气管网。
3.根据权利要求2所述的一种LNG卫星站冷电联产工艺，其特征在于，设备检修时，从第二LNG换热器(6)出来的低温天然气直接经第三流量调节阀(10)进入第一水浴式气化器(8)继续升温，最后经第一调压阀(9)调压后送入下游燃气管网。
4.根据权利要求1所述的一种LNG卫星站冷电联产工艺，其特征在于，所述低温有机朗肯发电循环工艺流程：在第一LNG换热器(4)中，管路中的发电循环工质与低温LNG换热液化后进入发电工质储液罐(11)，然后经发电工质加压泵(12)加压后，进入换热水箱(13)与换热水箱(13)中的循环热水换热气化，随后进入透平发电机组(14)中推动汽轮机转动带动发电机发电，最后回到第一LNG换热器(4)中冷凝并继续循环。
5.根据权利要求1所述的一种LNG卫星站冷电联产工艺，其特征在于，所述冷藏室(30)与第二冷库(26)、第三冷库(27)之间分别设有第四节流阀(28)、第五节流阀(29)。
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