CN109386316A - 一种lng冷能和bog燃烧能联合利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种LNG冷能和BOG燃烧能联合利用系统及方法，该系统包括：发电机、第一换热器、供热子系统和制冷装置。通过将发电机的出口分别与第一换热器的入口以及供热子系统相连，以及将第一换热器的出口与制冷装置相连，使得BOG燃烧产生的高温蒸汽经发电机发电后，发电机排出的一部分余热蒸汽用于加热经LNG冷却后的循环介质；另一部分余热蒸汽为供热子系统提供热能。并且将加热循环介质后的余热蒸汽用于预热将要运行的制冷装置，使得LNG蒸发产生的BOG得到了充分的利用，在降低系统能耗的同时，提高了系统发电效率，使本系统达到能量自给自足的水平。
Description
技术领域
本发明涉及能源利用系统领域，更具体地，涉及一种LNG冷能和BOG燃烧能联合利用系统及方法。
背景技术
LNG接收站一般是指为了接受海运的LNG，建设在海边的LNG气化工厂，将通过远洋运输船输送来的LNG进行卸船及储存，BOG和LNG气化后外输给用户、工程等。LNG是常压下为-162℃的低温液体混合物，每吨LNG气化时可产生约240kWh冷能，合理利用这部分冷能可产生可观的经济效益，例如，可将冷能用于发电、低温冷库、冰蓄冷等领域。
由于LNG接收站在运行过程中受外界能量的输入，如泵运转、周围环境热量的泄入、大气压变化和环境影响等，使处于极低温的液化天然气受热蒸发，因此不可避免的会产生大量的蒸发气(BOG)。LNG接收站的BOG回收方法一般有两种方法：一种是直接输出；另一种是再冷凝。其中采用BOG直接输出方法时，压缩机能耗高，是制约整个方法能耗的关键点；采用BOG再冷凝方法时，如果外输量波动较大，则不能有效的将BOG冷凝为LNG，导致BOG直接燃烧排放，造成能源浪费。
公开号为CN101881549A，名称为“一种液化天然气接收站蒸发气体再冷凝回收系统及其回收方法”的中国专利文件，公开了新的再冷凝回收系统，该方法在现有的BOG再冷凝方法基础上，通过将预冷增压后的BOG输入再冷凝器，使得BOG温度降低，来减少将BOG液化所需要的LNG冷量，从而达到实现降低压缩机功耗的目的。但是，该专利文件提供的回收系统只是小范围的降低了系统的能耗。
公开号为CN103016084A，名称为“LNG冷能双透平发电系统”的中国专利文件，公开了一种LNG冷能利用系统，它将朗肯循环与直接膨胀循环联合使用，有机循环工质采用CO2，但是，该专利文件提供的LNG冷能利用系统的发电效率仍然不高。
发明内容
针对上述的技术问题，本发明提供一种LNG冷能和BOG燃烧能联合利用系统及方法。
根据本发明提供的一种LNG冷能和BOG燃烧能联合利用系统，包括：发电机、第一换热器、供热子系统和制冷装置；所述发电机的出口与所述第一换热器的入口相连，以使发电机排出的一部分余热蒸汽加热经LNG冷却后的循环介质；所述发电机的出口还与所述供热子系统相连，以使发电机排出的另一部分余热蒸汽为所述供热子系统提供热能；所述第一换热器的出口与所述制冷装置相连，以使加热循环介质后的余热蒸汽预热所述制冷装置。
其中，所述系统还包括：LNG汽化器和第二换热器；所述LNG汽化器的第一入口与LNG输送管道相连，第二入口经透平膨胀机与所述第一换热器的出口相连，第一出口与所述第二换热器的第一入口相连，第二出口经循环介质高压泵与所述第一换热器的入口相连；所述第二换热器的第二入口与所述制冷装置的出口相连，第一出口与NG外输管道相连，第二出口与所述制冷装置的入口相连。
其中，所述系统还包括：余热利用装置和蒸汽轮机；所述余热利用装置的入口与所述发电机的出口相连，所述余热利用装置的出口与所述蒸汽轮机相连；相应地，所述蒸汽轮机的出口与所述第一换热器的入口相连，以及所述蒸汽轮机的出口还与所述供热子系统相连；所述余热利用装置用于将所述发电机排出的余热蒸汽加热；所述蒸汽轮机将加热后的余热蒸汽用于发电。
其中，所述系统还包括：第三换热器和收集装置；所述第三换热器的第一入口与所述供热子系统及所述制冷装置相连，第二入口与LNG输送管道相连，第一出口与所述收集装置相连，第二出口与所述第二换热器的第一入口相连，所述第三换热器用于将从所述供热子系统及所述制冷装置排出的余热蒸汽液化。
其中，所述系统还包括：燃烧装置和空气压缩机；所述燃烧装置的入口通过BOG输送管道与LNG储罐相通，以及所述燃烧装置的入口还与所述空气压缩机的出口相连，所述燃烧装置的出口与所述发电机的入口相连；所述燃烧装置用于将BOG燃烧产生高温蒸汽，以使所述发电机利用所述高温蒸汽发电。
其中，所述热水供应子系统包括：第四换热器、热水供应装置、第五换热器和地暖供应装置；所述第四换热器的第一入口与所述蒸汽轮机的出口相连，第二入口与所述热水供应装置的出口相连，第一出口与所述第五换热器的第一入口相连，第二出口与所述热水供应装置的入口相连；所述第五换热器的第二入口与所述地暖供应装置的出口相连，第一出口与所述第三换热器的第一入口相连，第二出口与所述地暖供应装置的入口相连。
根据本发明提供的一种LNG冷能和BOG燃烧能联合利用方法，包括：将发电机排出的一部分余热蒸汽用于加热经LNG冷却后的循环介质，以及将加热所述循环介质后的余热蒸汽预热制冷装置；将发电机排出的另一部分余热蒸汽用于为供热子系统提供热能。
其中，所述方法还包括：将LNG的冷能传递给发电后的循环介质，以使所述循环介质液化，以及使所述LNG汽化为NG；将所述NG的冷能传递给所述制冷装置的冷媒，以使所述冷媒吸收冷能后制冷，以及使所述NG吸收热能后外输。
其中，所述方法还包括：加热所述发电机排出的余热蒸汽，并将所述加热后的余热蒸汽用于发电；相应地，发电后排出的乏汽一部分用于加热经LNG冷却后的循环介质，另一部分乏汽用于为供热子系统提供热能。
其中，所述方法还包括：将LNG的冷能传递给预热所述制冷装置后的余热蒸汽和为所述供热子系统提供热能后的余热蒸汽，以使所述余热蒸汽液化，并将所述液化后的余热蒸汽收集。
其中，所述方法还包括：将BOG与空气混合燃烧产生高温蒸汽，并通过所述发电机将所述高温蒸汽用于发电。
其中，所述高温蒸汽的温度为：1000-900℃，所述余热蒸汽的温度为：650-300℃，所述乏汽的温度为：400-150℃。
本发明提供的一种LNG冷能和BOG燃烧能联合利用系统及方法，通过将发电机的出口分别与第一换热器的入口以及供热子系统相连，以及将第一换热器的出口与制冷装置相连，使得BOG燃烧产生的高温蒸汽经发电机发电后，发电机排出的一部分余热蒸汽用于加热经LNG冷却后的循环介质；另一部分余热蒸汽为供热子系统提供热能。以及将加热循环介质后的余热蒸汽用于预热将要运行的制冷装置，使得LNG蒸发产生的BOG得到了充分的利用，在降低系统能耗的同时，提高了系统发电效率，使本系统达到能量自给自足的水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的LNG冷能和BOG燃烧能联合利用系统的结构示意图。
其中，1-LNG储罐；2-低压潜液泵；3-第二管道；4-第一管道；5-空气压缩机；6-燃烧装置；7-发电机；8-余热利用装置；9-蒸汽轮机；10-热水供应装置；11-第四换热器；12-地暖供应装置；13-第五换热器；14-循环介质高压泵；15-LNG高压泵；16-第一换热器；17-LNG汽化器；18-制冷装置；19-第二换热器；20-第三换热器；21-收集装置。
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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
值得说明的是，本发明中的“第一”、“第二”及“第三”等，并不用于限定优先级，只是一种命名方式。另外，如无特殊说明，本发明中的LNG表示液态天然气、BOG表示液态天然气的蒸发气，NG表示气态天然气。
本发明实施例提供一种LNG冷能和BOG燃烧能联合利用系统，如图1所示，该系统包括：发电机7、第一换热器16、供热子系统和制冷装置18；所述发电机7的出口与所述第一换热器16的入口相连，以使发电机7排出的一部分余热蒸汽加热经LNG冷却后的循环介质；所述发电机7的出口还与所述供热子系统相连，以使发电机7排出的另一部分余热蒸汽为所述供热子系统提供热能；所述第一换热器16的出口与所述制冷装置18相连，以使加热循环介质后的余热蒸汽预热所述制冷装置18。
其中，液化天然气(liquefied natural gas，LNG)主要成分是甲烷，LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，LNG的重量仅为同体积水的45％左右，热值为52MMBtu/t(1MMBtu＝2.52×108cal)。
其中，燃烧能是指物质与氧气进行完全燃烧反应时放出的热量。
其中，换热器(heat exchanger)是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。
其中，蒸发气(Boil Off Gas，BOG)是由LNG储罐中的LNG蒸发产生。
具体地，利用LNG接收站储罐中蒸发产生的BOG，BOG燃烧产生的高温蒸汽经发电机7发电后，从发电机7排出的一部分余热蒸汽通过第一管道4输送至第一换热器16，在第一换热器16内余热蒸汽与经LNG冷却后的循环介质进行换热，例如，所述循环介质为丙烷、乙烷、乙烯，或者甲烷、丙烷、乙烷及乙烯的混合物。被加热后的循环介质可以用于发电，发出的电力可以用于供应LNG接收站的电力，若有多余的电力还可以并入电网上网出售，这使得整个系统的能源得到充分利用，同时LNG接收站的电力可以达到自给自足的水平。
BOG燃烧产生的高温蒸汽经发电机7发电后，从发电机7排出的另一部分余热蒸汽通过第二管道3输送至供热子系统，使得余热蒸汽为供热子系统提供热能，例如，供热子系统可以为LNG接收站的热水供应系统，则可以利用发电机7排出的余热蒸汽来给LNG接收站的热水供应系统提供热源，使得LNG接收站的热水供应不需要外部输送热源，达到节约能源的目的，在充分利用发电机7发电后排出的余热蒸汽的同时，还能为LNG接收站提供较多的能源，使LNG接收站达到能源自给自足的水平。
加热循环介质后的余热蒸汽，从第一换热器16的出口经管道输送至制冷装置18，用于预热运行前的制冷装置18，例如，制冷装置可以为LNG接收站的空调或者信息控制中心室的空调，即可以利用加热循环介质后的余热蒸汽来预热LNG接收站或者信息控制中心室中将要运行的空调，从而降低LNG接收站的能耗。
在本发明实施例中，通过将发电机的出口分别与第一换热器的入口以及供热子系统相连，以及将第一换热器的出口与制冷装置相连，使得BOG燃烧产生的高温蒸汽经发电机发电后，发电机排出的一部分余热蒸汽用于加热经LNG冷却后的循环介质；另一部分余热蒸汽为供热子系统提供热能。并且将加热循环介质后的余热蒸汽用于预热将要运行的制冷装置，使得LNG蒸发产生的BOG得到了充分的利用，在降低系统能耗的同时，提高了系统发电效率，使本系统达到能量自给自足的水平。
在上述实施例的基础上，结合图1，该系统还包括：LNG汽化器17和第二换热器19；所述LNG汽化器17的第一入口与LNG输送管道相连，第二入口经透平膨胀机与所述第一换热器16的出口相连，第一出口与所述第二换热器19的第一入口相连，第二出口经循环介质高压泵14与所述第一换热器16的入口相连；所述第二换热器19的第二入口与所述制冷装置18的出口相连，第一出口与NG外输管道相连，第二出口与所述制冷装置18的入口相连。
其中，汽化器为将液态气体在气化器/汽化器中加热直到汽化(变成气体)的设备。简单的说，就是冰冷的液态气体通过“引引汽化器”之后就变成气态的气体了。加热可以是间接的(蒸气加热式汽化器，热水水浴式汽化器，自然通风空浴式汽化器，强制通风式汽化器，电加热式汽化器，固体导热式汽化器或传热流体)，也可以是直接的(热气或浸没燃烧)。
其中，天然气(Natural Gas，NG)是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体(包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等)。天然气是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较其他燃体而言相对较高。天然气是一种洁净环保的优质能源，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料，造成温室效应较低，因而能从根本上改善环境质量。
具体地，LNG储罐1中的LNG通过LNG输送管道输送至LNG汽化器17，在LNG汽化器17中LNG与经透平膨胀机做功发电后的循环介质进行换热，在LNG汽化器17内LNG把冷能传递给发电后的循环介质，使得循环介质液化，且LNG吸收循环介质的热量后汽化为NG。液化后的循环介质经循环介质高压泵14升压后输送至第一换热器16，在第一换热器16内液化后的循环介质与发电机7排出的余热蒸汽进行换热，在第一换热器16内循环介质被加热，加热后的循环介质再经透平膨胀机做功发电，即循环介质不断的被余热蒸汽加热用于发电、以及被LNG冷却液化，使得LNG的冷能和BOG燃烧发电后的余热蒸汽的热能得到充分利用。
经LNG汽化器17汽化后形成的NG通过管道输送至第二换热器19，在第二换热器19中NG与制冷装置18的冷媒进行换热，其中，冷媒俗称雪种，是在冷冻空调系统中用以传递热能，产生冷冻效果的工作流体。依工作方式分类可分为一次(Primary)冷媒与二次(Secondary)冷媒；依物质属性分类可分为自然(Natural)冷媒与合成(Synthetic)冷媒。本发明实施例中的冷媒为乙二醇，但并不用于限制本发明。
在第二换热器19内NG把冷能传递给制冷装置18的冷媒，使得制冷装置18的冷媒获得足够多的冷能用于制冷，且NG吸收冷媒的热量后温度升高，使得NG的温度达到常温，然后通过高压输送管道外输。制冷装置18中的冷媒制冷后温度再次上升，升温后的冷媒通过管道回输至第二换热器18，即冷媒不断的吸收NG的冷能用于制冷，且NG不断的吸收冷媒的热能达到常温。
在本发明实施例中，通过将LNG汽化器、循环介质高压泵、第一换热器、透平膨胀机依次相连形成一个朗肯循环，使得在LNG汽化器内LNG的冷能传递给经透平膨胀机做功发电后的循环介质，以及在第二换热器内NG的冷能传递给制冷装置的冷媒，达到充分利用LNG的冷能的目的，并且提高了系统的发电效率。
在上述实施例的基础上，结合图1，所述系统还包括：余热利用装置8和蒸汽轮机9；所述余热利用装置8的入口与所述发电机7的出口相连，所述余热利用装置8的出口与所述蒸汽轮机9相连；相应地，所述蒸汽轮机9的出口与所述第一换热器16的入口相连，以及所述蒸汽轮机9的出口还与所述供热子系统相连；所述余热利用装置8用于将所述发电机7排出的余热蒸汽加热；所述蒸汽轮机9将加热后的余热蒸汽用于发电。
其中，蒸汽轮机全程为蒸汽涡轮发动机(Steam turbine)是一种撷取(将水加热后形成的)水蒸汽之动能转换为涡轮转动的动能的机械。相较于原由詹姆斯·瓦特改进的单级往复式蒸汽机，涡轮蒸汽机大幅改善了热效率，更接近热力学中理想的可逆过程，并能提供更大的功率，至今它几乎完全取代了往复式蒸汽机。涡轮蒸汽机特别适用于火力发电和核能发电，世界上大约80％的电是利用涡轮蒸汽机所产生。
具体地，BOG燃烧产生的高温蒸汽经发电机7发电后，发电机7排出的余热蒸汽输送至第一换热器16和供热子系统之前，余热蒸汽先输送至余热利用装置8(例如，余热利用装置为余热锅炉)，通过补充天然气余热锅炉8将该余热蒸汽加热，被加热的余热蒸汽通过蒸汽管道输送至蒸汽轮机9，通过蒸汽轮机9将该被加热的余热蒸汽用于发电，蒸汽轮机9发出的电力可以用于LNG接收站的电力供应，也可以并入电网上网出售等。
相应地，蒸汽轮机9排出的乏汽一部分通过第一管道4输送至第一换热器16，另一部分乏汽通过第二管道3输送至供热子系统，其中，乏汽是具有热势能的过热蒸汽。在第一换热器16内乏汽与经LNG冷却后的循环介质进行换热，被加热的循环介质通过透平膨胀机做功发电，发出的电力可以用于LNG接收站的电力供应，也可以并入电网上网出售等。通过第二管道3输送至供热子系统的另一部分乏汽为供热子系统提供热能，例如，供热子系统可以为LGN接收站的地暖供应系统。且从第一换热器16出口输出的乏汽通过管道输送至制冷装置18，用于预热将要运行的制冷装置18。
在本发明实施例中，通过余热利用装置将发电机发电后排出的余热蒸汽加热，以及通过蒸汽轮机将加热后的余热蒸汽用于发电，提高了本系统的发电效率，在满足LNG接收站电力供应的同时，还可以将多余的电力外输，例如，并入电网上网出售等，使得本系统在充分利用BOG的同时，还能为LNG接收站提供较多的能源，达到高效利用能源的目的。
在上述实施例的基础上，结合图1，所述系统还包括：第三换热器20和收集装置21；所述第三换热器20的第一入口与所述供热子系统及所述制冷装置18相连，第二入口与LNG输送管道相连，第一出口与所述收集装置21相连，第二出口与所述第二换热器19的第一入口相连；所述第三换热器20用于将从所述供热子系统及所述制冷装置18排出的余热蒸汽液化。
具体地，为供热子系统提供热能后的余热蒸汽通过管道输送至第三换热器20的第一入口，以及预热制冷装置18后的余热蒸汽通过管道输送至第三换热器20的第一入口。LNG储罐1中的LNG经低温潜液泵2输送至LNG管道，然后经LNG高压泵15泵送至第三换热器20的第二入口，在第三换热器20内余热蒸汽与LNG进行换热，余热蒸汽经LNG冷却液化后，通过管道输送至收集装置21。使得本系统在充分利用LNG冷能的同时，减少二氧化碳及余热蒸汽排放，并且还能将液化后的余热蒸汽收集用于工业用水，从而使本系统达到环保和节约水资源的目的。
在本发明实施例中，通过第三换热器将LNG的冷能传递给从制冷装置及供热子系统排出的余热蒸汽，使得余热蒸汽液化，以及通过收集装置将液化后的余热蒸汽收集，并且可以将液化后的余热蒸汽用于工业用水，使本系统在减少二氧化碳排放及余热蒸汽排放的同时，达到环保和节约水资源的目的。
在上述实施例的基础上，结合图1，所述系统还包括：燃烧装置6和空气压缩机5；所述燃烧装置6的入口通过BOG输送管道与LNG储罐1相通，以及所述燃烧装置6的入口还与所述空气压缩机5的出口相连，所述燃烧装置6的出口与所述发电机7的入口相连；所述燃烧装置6用于将BOG燃烧产生高温蒸汽，以使所述发电机7利用所述高温蒸汽发电。
具体地，LGN储罐1中蒸发产生的BOG通过管道输送至燃烧装置6(例如，燃烧装置为燃气微燃机)，且空气压缩机5将空气一同输送至燃烧装置6，使得BOG在燃烧装置6内充分燃烧。BOG燃烧过程中产生的高温蒸汽通过管道输送至发电机7，其中，高温蒸汽为二氧化碳和水蒸气的混合气体，高温蒸汽用于驱动发电机7发电，发出的电力可以可以用于LNG接收站的电力供应，也可以并入电网上网出售等。发电机7排出的余热蒸汽通过管道输送至余热利用装置8，在余热利用装置8内被加热的余热蒸汽通过蒸汽轮机再次用于发电。
在本发明实施例中，通过燃烧装置将LNG储罐中蒸发产生的BOG充分燃烧，然后发电机将BOG燃烧过程中产生的高温蒸汽用于发电，使得本系统在有效利用BOG的同时，可以使本系统的电力达到自给自足的水平。
以下对本发明实施例进行举例说明，但不限制本发明的保护范围。某LNG接收站为高压天然气用户供应9MPa的天然气，LNG的摩尔组成如下：甲烷88.77％，乙烷7.54％，丙烷2.59％，异丁烷0.45％，正丁烷0.56％，氮气0.08％。设有2座16*104m3的LNG储罐，以LNG常压下沸点为-162℃，密度为456kg/m3为例，每个储罐储货总量(假设储罐为满罐)为72960t。储罐的日蒸发量小于0.05％，因此2个储罐中产生的蒸发气的量为3.04t/h。储罐的操作压力为0.150MPa，LNG的外输量为200t/h，LNG经低压潜液泵加压到1.1MPa，升温至-159.7℃后进入缓冲罐，经LNG高压泵加压到9MPa，升温至-151.2℃。
一部分LNG经高压LNG传输管线输送到LNG汽化器汽化为天然气，假设LNG汽化器的压降为零。天然气温度升为-40℃，压力为9MPa，将汽化后-40℃的天然气送入第二换热器，在第二换热器内制冷装置的冷媒将天然气的冷能带出，冷媒从15℃被低温天然气冷却至3℃，天然气升温至13℃经外输管道外输，制冷装置的冷媒将冷能用于制冷，例如，制冷装置为LNG接收站的空调或者信息控制中心的空调等，冷媒制冷后温度升至15℃后又送入第二换热器继续下一个循环。另一部分LNG经高压LNG传输管线输送到第三换热器，与余热蒸汽进行换热。
从LNG储罐排出的BOG与空气在燃烧装置中燃烧，燃烧产生1000-900℃的高温蒸汽进入发电机发电，发电后的蒸汽温度降为600-300℃后进入余热利用装置，通过补充天然气燃烧来加热余热蒸汽，并将加热后的余热蒸汽通过蒸汽轮机发电，发电后的余热蒸汽温度降为400-150℃的乏汽，一部分乏汽输送至第一换热器，另一部分乏汽输送至供热子系统。
输送至第一换热器的乏汽与经LNG冷却后的循环介质进行换热，循环介质经乏汽加热至150℃后进入透平膨胀机膨胀做功发电，乏汽的温度则降低至40℃。发电后的循环介质进入LNG汽化器吸收LNG汽化产生的冷能，循环介质温度降为-80℃，之后送入第一换热器吸收乏汽供给其的热能，重复此循环做功发电。
输送至供热子系统的乏汽用于为供热子系统提供热能，例如，供热子系统为LNG接收站的热水供应系统。另外，加热循环介质后的乏汽通过管道输送至制冷装置，用于预热将要运行的制冷装置。预热制冷装置后的乏汽与为供热子系统提供热能后的乏汽，一并输送至第三换热器，在第三换热器内经另一部分LNG冷却液化后输送至收集装置回收，以用于工业用水。
在上述实施例的基础上，结合图1，所述热水供应子系统包括：第四换热器11、热水供应装置10、第五换热器13和地暖供应装置12；所述第四换热器11的第一入口与所述蒸汽轮机9的出口相连，第二入口与所述热水供应装置10的出口相连，第一出口与所述第五换热器13的第一入口相连，第二出口与所述热水供应装置10的入口相连；所述第五换热器13的第二入口与所述地暖供应装置12的出口相连，第一出口与所述第三换热器20的第一入口相连，第二出口与所述地暖供应装置12的入口相连。
具体地，蒸汽轮机9排出的乏汽一部分通过第二管道3输送至供热子系统，即热水供应子系统和地暖供应子系统，该热水供应子系统包括：第四换热器11和热水供应装置10；该地暖供应子系统包括：第五换热器13和地暖供应装置12。该一部分乏汽通过管道先输送至第四换热器11，在第四换热器11内乏汽与水源进行换热，使水源的温度达到生活用水的要求，被加热的水源输送至热水供应装置10，例如，该热水供应装置可以为LNG接收站的热水供应装置。
为水源提供热能后的乏汽再通过管道输送至第五换热器13，在第五换热器13内乏汽与供暖介质进行换热，使得供暖介质的温度达到地暖供应的需要，被加热的供暖介质输送至地暖供应装置12，例如，地暖供应装置可以为LNG接收站的地暖供应装置。从第五换热器13出口排出的乏汽通过管道输送至第三换热器20，在第三换热器20内乏汽与LNG进行换热，使得乏汽液化并将液化后的乏汽收集在收集装置21内，可以将液化后的乏汽用于工业用水。
在本发明实施例中，通过第四换热器将乏汽的热能传递给水源，为LNG接收站的热水供应装置提供热水，以及通过第五换热器将加热水源后的乏汽的热能传递给供暖介质，为LNG接收站的地暖供应装置提供地暖，使得蒸汽轮机排出的乏汽的热能得到充分利用，并且使LNG接收站的热水和地暖能够自给自足，从而使本系统的能源达到高效利用的水平。
本发明实施例提供一种LNG冷能和BOG燃烧能联合利用方法，该方法包括：将发电机排出的一部分余热蒸汽用于加热经LNG冷却后的循环介质，以及将加热所述循环介质后的余热蒸汽预热制冷装置；将发电机排出的另一部分余热蒸汽用于为供热子系统提供热能。
具体地，从发电机排出的一部分余热蒸汽通过第一管道输送至第一换热器，在第一换热器内余热蒸汽与经LNG冷却后的循环介质进行换热。被加热后的循环介质可以用于发电，发出的电力可以用于供应LNG接收站的电力，若有多余的电力还可以并入电网上网出售。从发电机排出的另一部分余热蒸汽通过第二管道输送至供热子系统，使得余热蒸汽为供热子系统提供热能，例如，供热子系统可以为LNG接收站的热水供应系统，使得LNG接收站的热水供应不需要外部输送热源。
加热循环介质后的余热蒸汽，从第一换热器的出口经管道输送至制冷装置，用于预热运行前的制冷装置，例如，制冷装置可以为LNG接收站的空调或者信息控制中心的空调，即可以利用加热循环介质后的余热蒸汽来预热LNG接收站或者信息控制中心室中将要运行的空调，从而降低LNG接收站的能耗。
在本发明实施例中，通过将发电机排出的一部分余热蒸汽用于加热经LNG冷却后的循环介质；另一部分余热蒸汽为供热子系统提供热能，并且将加热循环介质后的余热蒸汽预热将要运行的制冷装置，使得LNG蒸发产生的BOG得到了充分的利用，在降低系统能耗的同时，提高了系统发电效率，使本系统达到能量自给自足的水平。
在上述实施例的基础上，所述方法还包括：将LNG的冷能传递给发电后的循环介质，以使所述循环介质液化，以及使所述LNG汽化为NG；将所述NG的冷能传递给所述制冷装置的冷媒，以使所述冷媒吸收冷能后制冷，以及使所述NG吸收热能后外输。
具体地，LNG储罐中的LNG通过LNG输送管道输送至LNG汽化器，在LNG汽化器中LNG与经透平膨胀机做功发电后的循环介质进行换热，以使LNG把冷能传递给发电后的循环介质，使得循环介质液化，且LNG吸收循环介质的热量后汽化为NG。NG通过管道输送至第二换热器，在第二换热器中NG与制冷装置的冷媒进行换热，NG把冷能传递给制冷装置的冷媒，使得冷媒获得足够多的冷能用于制冷，且NG吸收冷媒的热量后温度升高，使得NG的温度达到常温，然后通过高压输送管道外输。
在本发明实施例中，通过将LNG的冷能传递给经透平膨胀机做功发电后的循环介质，以及将NG的冷能传递给制冷装置的冷媒，达到充分利用LNG的冷能的目的，并且提高了系统的发电效率。
在上述实施例的基础上，所述方法还包括：将所述发电机排出的余热蒸汽加热，并将所述加热后的余热蒸汽用于发电；相应地，发电后排出的乏汽一部分用于加热经LNG冷却后的循环介质，另一部分乏汽用于为供热子系统提供热能。
具体地，发电机排出的余热蒸汽输送至第一换热器和供热子系统之前，余热蒸汽先输送至余热利用装置，通过补充天然气余热锅炉将该余热蒸汽加热，被加热的余热蒸汽通过蒸汽管道输送至蒸汽轮机，通过蒸汽轮机将该被加热的余热蒸汽用于发电，蒸汽轮机发出的电力可以用于LNG接收站的电力供应，也可以并入电网上网出售等。
相应地，蒸汽轮机排出的乏汽一部分通过第一管道输送至第一换热器，另一部分乏汽通过第二管道输送至供热子系统。在第一换热器内乏汽与经LNG冷却后的循环介质进行换热，被加热的循环介质通过透平膨胀机做功发电。通过第二管道输送至供热子系统的另一部分乏汽为供热子系统提供热能。且从第一换热器出口输出的乏汽通过管道输送至制冷装置，用于预热将要运行的制冷装置。
在本发明实施例中，通过将发电机发电后排出的余热蒸汽加热，以及将加热后的余热蒸汽用于发电，提高了本系统的发电效率，在满足LNG接收站电力供应的同时，还可以将多余的电力外输，例如，并入电网上网出售等，使得本系统在充分利用BOG的同时，还能为LNG接收站提供较多的能源，达到高效利用能源的目的。
在上述实施例的基础上，所述方法还包括：将LNG的冷能传递给预热所述制冷装置后的余热蒸汽和为所述供热子系统提供热能后的余热蒸汽，以使所述余热蒸汽液化，并将所述液化后的余热蒸汽收集。
具体地，为供热子系统提供热能后的余热蒸汽通过管道输送至第三换热器的第一入口，以及预热制冷装置后的余热蒸汽通过管道输送至第三换热器的第一入口。LNG经LNG高压泵泵送至第三换热器的第二入口，在第三换热器内余热蒸汽与LNG进行换热，余热蒸汽经LNG冷却液化后，通过管道输送至收集装置。使得本系统在充分利用LNG冷能的同时，减少二氧化碳及余热蒸汽排放，并且还能将液化后的余热蒸汽收集用于工业用水，从而使本系统达到环保和节约水资源的目的。
在上述实施例的基础上，所述方法还包括：将BOG与空气混合后燃烧产生高温蒸汽，并通过所述发电机将所述高温蒸汽用于发电。
具体地，LGN储罐1中蒸发产生的BOG通过管道输送至燃烧装置，且空气压缩机将空气一同输送至燃烧装置，使得BOG在燃气微燃机内充分燃烧。BOG燃烧过程中产生的高温蒸汽通过管道输送至发电机，高温蒸汽用于驱动发电机发电。发电机排出的余热蒸汽通过管道输送至余热利用装置，在余热利用装置内被加热的余热蒸汽通过蒸汽轮机再次用于发电。
在本发明实施例中，通过将LNG储罐中蒸发产生的BOG充分燃烧，然后将BOG燃烧过程中产生的高温蒸汽用于发电，使得本系统在有效利用BOG的同时，可以使本系统的电力达到自给自足的水平。
在上述实施例的基础上，所述高温蒸汽的温度为：1000-900℃，所述余热蒸汽的温度为：650-300℃，所述乏汽的温度为：400-150℃。
具体地，在BOG与空气在燃烧装置中燃烧产生的高温蒸汽的温度为：1000-900℃。该高温蒸汽通过发电机做功发电后，发电机排出的余热蒸汽的温度为：650-300℃。该余热蒸汽通过蒸汽轮机发电后，蒸汽轮机排出的乏汽的温度为：400-150℃。该乏汽一部分用于加热经LNG冷却后的循环介质，且加热循环介质后的乏汽还用于余热制冷装置；另一部分乏汽为热水供应子系统提供热能，且为热水供应子系统提供热能后的乏汽再次为地暖供应子系统提供热能，为地暖供应子系统提供热能的乏汽温度为：100-40℃。最后从制冷装置和地暖供应子系统排出的乏汽均被液化后收集。
上述各实施例提供的LNG冷能和BOG燃烧能联合利用系统及方法，使得LNG接收站中产生的BOG既不直接输出也不再冷凝，而是直接输送至燃气微燃机燃烧发电，用于整个LNG接收站的电力供应。因此，本系统在充分利用BOG的同时，降低了整个系统的能耗。并且将蒸汽轮机排出的一部分乏汽加热经LNG冷却的循环介质，使得加热后的循环介质通过透平膨胀机做功发电，以及利用LNG的冷能冷却发电后的循环介质，提高了本系统的发电效率。并且加热循环介质后的乏汽还用于预热将要运行的制冷装置，达到降低系统能耗的目的。另一部分乏汽用于LNG接收站的热水供应和冬季的地暖供应，在充分利用BOG燃烧产生的热能的同时，节省了供热及供暖费用。并且将预热制冷装置后的乏汽，以及用于供热和供暖后的乏汽，一并经LNG液化后收集，可以用于工业用水。LNG的冷能传递给发电循环介质后，LNG汽化为低温天然气且将低温天然气的冷能传递给冷媒，冷媒用于LNG接收站的空调以及信息控制中心的空调，节约了整个LNG接收站的能耗。
上述各实施例提供的LNG冷能和BOG燃烧能联合利用系统及方法，不仅能够高效的处理BOG，并且能够提供全站的电能、热能及冷能，还对产生的乏汽进行液化回收，减少了二氧化碳及蒸汽的排放，使得本系统达到环保和能量自给自足的水平。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种LNG冷能和BOG燃烧能联合利用系统，其特征在于，包括：
发电机、第一换热器、供热子系统和制冷装置；
所述发电机的出口与所述第一换热器的入口相连，以使发电机排出的一部分余热蒸汽加热经LNG冷却后的循环介质；所述发电机的出口还与所述供热子系统相连，以使发电机排出的另一部分余热蒸汽为所述供热子系统提供热能；
所述第一换热器的出口与所述制冷装置相连，以使加热循环介质后的余热蒸汽预热所述制冷装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：LNG汽化器和第二换热器；
所述LNG汽化器的第一入口与LNG输送管道相连，第二入口经透平膨胀机与所述第一换热器的出口相连，第一出口与所述第二换热器的第一入口相连，第二出口经循环介质高压泵与所述第一换热器的入口相连；
所述第二换热器的第二入口与所述制冷装置的出口相连，第一出口与NG外输管道相连，第二出口与所述制冷装置的入口相连。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：余热利用装置和蒸汽轮机；
所述余热利用装置的入口与所述发电机的出口相连，所述余热利用装置的出口与所述蒸汽轮机相连；
相应地，所述蒸汽轮机的出口与所述第一换热器的入口相连，以及所述蒸汽轮机的出口还与所述供热子系统相连；
所述余热利用装置用于将所述发电机排出的余热蒸汽加热；所述蒸汽轮机将加热后的余热蒸汽用于发电。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：第三换热器和收集装置；
所述第三换热器的第一入口与所述供热子系统及所述制冷装置相连，第二入口与LNG输送管道相连，第一出口与所述收集装置相连，第二出口与所述第二换热器的第一入口相连，所述第三换热器用于将从所述供热子系统及所述制冷装置排出的余热蒸汽液化。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：燃烧装置和空气压缩机；
所述燃烧装置的入口通过BOG输送管道与LNG储罐相通，以及所述燃烧装置的入口还与所述空气压缩机的出口相连，所述燃烧装置的出口与所述发电机的入口相连；
所述燃烧装置用于将BOG燃烧产生高温蒸汽，以使所述发电机利用所述高温蒸汽发电。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述供热子系统包括：第四换热器、热水供应装置、第五换热器和地暖供应装置；
所述第四换热器的第一入口与所述蒸汽轮机的出口相连，第二入口与所述热水供应装置的出口相连，第一出口与所述第五换热器的第一入口相连，第二出口与所述热水供应装置的入口相连；
所述第五换热器的第二入口与所述地暖供应装置的出口相连，第一出口与所述第三换热器的第一入口相连，第二出口与所述地暖供应装置的入口相连。
7.一种LNG冷能和BOG燃烧能联合利用方法，其特征在于，包括：
将发电机排出的一部分余热蒸汽用于加热经LNG冷却后的循环介质，以及将加热所述循环介质后的余热蒸汽预热制冷装置；
将发电机排出的另一部分余热蒸汽用于为供热子系统提供热能。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
将LNG的冷能传递给发电后的循环介质，以使所述循环介质液化，以及使所述LNG汽化为NG；
将所述NG的冷能传递给所述制冷装置的冷媒，以使所述冷媒吸收冷能后制冷，以及使所述NG吸收热能后外输。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
加热所述发电机排出的余热蒸汽，并将所述加热后的余热蒸汽用于发电；
相应地，发电后排出的乏汽一部分用于加热经LNG冷却后的循环介质，另一部分乏汽用于为供热子系统提供热能。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
将LNG的冷能传递给预热所述制冷装置后的余热蒸汽和为所述供热子系统提供热能后的余热蒸汽，以使所述余热蒸汽液化，并将所述液化后的余热蒸汽收集。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
将BOG与空气混合燃烧产生高温蒸汽，并通过所述发电机将所述高温蒸汽用于发电。
12.根据权利要求7-11任一所述的方法，其特征在于，所述高温蒸汽的温度为：1000-900℃，所述余热蒸汽的温度为：650-300℃，所述乏汽的温度为：400-150℃。
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