CN110529212B - 一种基于lng冷能利用的冷电气淡水联产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，包括：朗肯循环发电系统、LNG气化膨胀系统、海水淡化系统和中间制冷循环系统。本发明利用LNG作为冷源降低朗肯循环的平均放热温度，在提升混合工质以及LNG温度的同时回收不同温度段的冷能，一部分低温冷能提供给工、商业耗冷系统，另一部分用作海水淡化。本发明分别在朗肯循环发电系统以及LNG气化膨胀发电系统中设置透平回收冷能和压力能。在LNG正常气化成天然气进入管道送给用户的同时提升了冷能的回收效率，发电量得到了提升，同时可以额外获得淡水资源，避免了海水直接排放带来的海洋冷污染，有效地提升了系统的能量利用效率，符合环保节能的要求。

Description

一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统

技术领域

本发明属于LNG冷能利用技术领域及新能源多联产发电技术领域，特别涉及一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统。

背景技术

液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)是为了适应天然气大规模储存及运输需求而生产的加工品，其一般获取手段是将常压下气态的天然气进行压缩，并冷却到约-162℃使之凝结成液体，液化后体积减小为原来的1/625，质量仅为表压下同等体积水的45％左右，为大规模的运输以及储存提供了便利，同时具有环保清洁、能量密度大、热值高的优点，为汽车运输行业的续航提供了保障，应用前景广阔。

实际生活中遇到的情况多是无法直接使用液态的天然气，使用之前需要先进行气化到常温常压的状态，由于LNG的潜热比较大，在这个过程中需要吸收大量的热量。我们国家的LNG多数都是依靠进口获取，通过在港口附近就地建立气化站，引用海水进行加热，冷却后的海水再次排入大海。由于LNG的量比较大，温度低，并且大部分的LNG需要气化成常规的天然气送入管网中，加热气化的过程需要消耗大量的海水，这些海水即使是经过处理后再排入大海中，也会因为温度较低对附近的海域在成冷污染，影响周围海域的生态环境。

此外，LNG是-162℃的液体，在没有自然冷冻条件下，其生产过程需要消耗大量的电能，实际使用中如果不进行冷能的回收直接采用海水加热气化的过程会造成大量高品质的深冷冷量

的浪费，与当前建设资源节约型、环境友好型低碳社会的宗旨相违背。

目前，主要用于回收LNG冷能的方法有空分预冷、LNG直接膨胀发电、朗肯循环发电以及直接膨胀联合朗肯循环发电。纯粹的空分预冷虽然可以大幅度利用LNG深冷区间的冷能，但是仍然需要额外提供热源以满足液化天然气的气化，冷能回收率偏低。基于LNG直接膨胀发电技术尽管设备简单，投资成本较低，但是总体的热效率不高，能量回收率为25％左右，相比之下基于朗肯循环发电回收LNG冷能的方式由于降低了循环的平均吸热温度，能量回收率要高于LNG直接膨胀发电，但是采用单一工质在蒸发过程中会造成严重的能量损失，同时考虑到多数的LNG接收站建立在海边，难以提供除了海水外温度比较稳定的热源，一则循环工质吸热过程中的深冷冷能没有被合理地利用，二则循环的平均吸热温度得不到有效的提升。改进后的LNG膨胀联合朗肯循环发电的系统在朗肯循环的基础上有效地利用了LNG所蕴藏的压力能，能够回收更多的能量，但是仍然没有克服朗肯循环发电回收LNG冷能技术的短板，同时直接膨胀的工艺过程中会产生大量低温的海水，若是不加以处理会带来更多的生态问题。

就目前来看，国内的LNG冷能回收主要用在空分行业，还没有利用LNG冷能发电的实例，上述方案中没有考虑划分不同的温度区间回收LNG的冷能，单一地进行膨胀发电或是作为冷源冷却工质的方案没有将LNG冷能最大化利用。

综上，亟需一种新的基于LNG冷能利用的冷电气淡水四联产系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够实现LNG冷能合理梯级利用，可实现冷电气淡水联产。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，包括：

冷凝器，用于输入LNG，用于输入待降温的乏气，用于输出一次升温后的天然气，用于输出饱和液；

冷能交换器D，用于输入所述冷凝器输出的一次升温后的天然气，用于输入待降温的结晶用冷媒工质，用于输出二次升温后的天然气，用于输出降温后的结晶用冷媒工质；

预冷器，用于输入所述冷能交换器D输出的二次升温后的天然气，用于输入海水，用于输出降温后的液态海水，用于输出三次升温后的天然气；

透平A，用于输入所述预冷器输出的三次升温后的天然气，用于带动发动机发电；用于输出一次膨胀后的天然气；

天然气加热器，用于加热膨胀后的天然气，用于输入海水；用于输出降温后的液态海水，用于输出加热后的天然气；

蒸发器A，用于输入所述饱和液加压后形成的低温发电用工质，用于输入待降温的制冷用冷媒工质，用于输出降温后的制冷用冷媒工质，用于输出一次升温后的低温发电用工质；

冷能交换器B，用于输入所述蒸发器A输出的一次升温后的低温发电用工质，用于输入待降温的结晶用冷媒工质，用于输出降温后的结晶用冷媒工质，用于输出二次升温后的低温发电用工质；

补汽式透平，用于输入所述冷能交换器B输出的二次升温后的低温发电用工质，用于带动发电机A发电；用于输出乏气；

结晶器，用于输入所述天然气加热器输出的降温后的液态海水，用于输入预冷器输出的降温后的液态海水，用于输入所述冷能交换器B输出的降温后的结晶用冷媒工质，用于输出待降温的结晶用冷媒工质，用于输出淡水冰。

本发明的进一步改进在于，预冷器中，三次升温后的天然气的温度范围0～20℃；

天然气加热器中，输出的加热后的天然气为常温天然气。

本发明的进一步改进在于，低温发电用工质为乙烷、丙烷和丁烷的混合物。

本发明的进一步改进在于，结晶用冷媒工质为丙烷。

本发明的进一步改进在于，还包括：冷能交换器A，用于输入海水，用于输入所述冷能交换器B输出的二次升温后的低温发电用工质，用于输出三次升温后的低温发电用工质，用于输出降温后的液态海水。

本发明的进一步改进在于，还包括：

蒸发器B，用于输入二次升温后的低温发电用工质或者三次升温后的低温发电用工质，用于输入待换热的换热循环工质，用于输出四次升温后的低温发电用工质，用于输出降温后的换热循环工质；

集热器，用于输入降温后的换热循环工质，用于输出待换热的换热循环工质。

本发明的进一步改进在于，换热循环工质为水或者导热油，待换热的换热循环工质的最高温度在100℃以下。

本发明的进一步改进在于，还包括：

冷能交换器C，用于输入所述蒸发器A输出的降温后的制冷用冷媒工质，用于输出待降温的制冷用冷媒工质；用于输入待降温的工业商业用冷媒工质，用于输出降温后的工业商业用冷媒工质。

本发明的进一步改进在于，制冷用冷媒工质为丙烷；工业商业用冷媒工质为液氨。

本发明的进一步改进在于，还包括：

再热器，用于输入所述透平A输出的一次膨胀后的天然气，用于输出升温后的一次膨胀后的天然气；用于输入海水，用于输出降温后的液态海水；

透平B，用于输入升温后的一次膨胀后的天然气，用于带动发动机发电，用于输出二次膨胀后的天然气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基于LNG冷能利用的冷电气淡水四联产系统，采用LNG直接膨胀法联合朗肯循环发电技术来回收LNG的冷能；采用混合工质来降低蒸发过程中的端差，减少换热损失；本发明中还添加了海水结晶器进行海水淡化，来处理温度较低的海水，实现冷能的分区段使用，同时可避免低温海水的排放污染生态。本发明能够大幅度提升LNG冷能发电的能量转换效率，实现了资源的合理利用。本发明具有结构紧凑，能量利用效率高，可调节性强以及环保节能的特点。

本发明中，还采用太阳能光热辅助加热的方式提升朗肯循环的平均吸热温度，从而提升整体的循环热效率。本发明中，同时设置了中间冷煤回路回收朗肯循环过程中工质的深冷冷能，并添加二次冷煤回路回收朗肯循环以及LNG直接膨胀过程中的普冷冷能，可进一步实现冷能的分区段使用，实现资源的合理利用。具体的，LNG的冷能依次被混合工质、冷煤和海水带走，通过设置回路回收混合工质蒸发吸热过程中的冷能，间接回收利用了LNG的冷能。相比于现有的技术方案，本发明能够回收更多的LNG冷能并且提升了朗肯循环发电的平均吸热温度，同时提供了无光照时的解决方案，并且回收利用了LNG气化过程中产生的大量低温海水，变废为宝，减少了对环境的冷污染，系统的综合利用程度较高。本发明中，利用LNG作为冷源降低朗肯循环的平均放热温度，通过设置多个换热器在提升混合工质以及LNG温度的同时回收不同温度段的冷能，一部分低温冷能提供给工、商业耗冷系统，另一部分用作海水淡化。通过引入太阳能光热系统提升朗肯循环的平均吸热温度，通过设置多个海水加热器分段加热天然气。分别朗肯循环发电系统以及LNG气化膨胀发电系统中设置透平回收冷能和压力能。在LNG正常气化成天然气进入管道送给用户的同时提升了冷能的回收效率，发电量得到了提升，同时可以额外获得淡水资源，避免了海水直接排放带来的海洋冷污染，有效地提升了系统的能量利用效率，符合环保节能的要求。

本发明中，朗肯循环发电过程中的工质采用乙烷、丙烷和丁烷的混合物，从而克服工质在蒸发过程中非等温吸热造成传热损失，同时弥补了单一采用丙烷而带来的最大蒸发温度阈值较低的缺陷，并且保障了最小冷凝温度阈值维持在较小的水平，使得循环的净输出功率以及能量利用率能够达到较高的水平。具体的乙烷、丙烷、丁烷的比例需要根据太阳能光热系统中循环工质的最高温度来确定。

本发明中，待换热的换热循环工质的最高温度在100℃以下，是因为朗肯发电循环中的混合工质的临界温度略大于100℃，为了防止局部过热导致的发电工质到达超临界状态，与设计原则相违背。

本发明中，结晶用冷媒工质采用丙烷，是因为丙烷的毒性比较小，容易获取，相比于常规的制冷剂更环保，比乙烷沸点高，在本发明中系统运行的温度下更容易液化，在海水凝固点附近较丁烷容易气化，综合考虑下性能最佳。

本发明中，朗肯发电循环系统采用补汽式透平，可以同时输入两股参数不同的蒸汽，保证了无论是否有光照朗肯发电循环系统均能够正常运行，解决了单一使用太阳能加热系统带来的天气制约的问题。

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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；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说，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是本发明实施例的一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水四联产系统的结构示意图；

图1中附图标记的解释如表1所示。

表1.图1中附图标记的解释

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面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、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水四联产系统，包括：朗肯循环发电系统、LNG气化膨胀系统、海水淡化系统和中间制冷循环系统；四联产系统各自不相互独立，主要包括LNG储罐、补汽式透平、高温和蒸发器A、冷凝器、工质增压泵、冷煤压缩机、槽式集热器、天然气高压和低压透平、发电机、回热器、再热器、冷能交换器、结晶器、海水喷淋装置、冷煤析出管道、流量调节阀、三通以及相互之间连接的管道。

(1)朗肯循环发电系统，包括：补汽式透平6、回热器14、冷凝器26、工质增压泵25、蒸发器A13、冷能交换器B12、冷能交换器A11、流量控制阀C9、蒸发器B2和流量控制阀A3；上述部件依次连接，形成闭合回路，发电机A7通过联轴器与补汽式透平6的主轴连接。循环工质采用乙烷、丙烷、丁烷按照一定比例配置而成的混合物，可以更好地匹配等压蒸发过程中热源的温度变化曲线，减小散热损失。

本发明为解决进一步的问题的创新点还包括：冷能交换器A11的出口设置支路，通过流量控制阀B5与补汽式透平6的补汽口相连通，支路的工质流量通过流量控制阀B5的开度控制，保障系统在没有光照的条件下也能正常运行。流量控制阀A3的入口设置旁路，通过旁通阀4与回热器14的热端进口相连通，旁路的流量由旁通阀4和流量控制阀A3的开度配合控制，保障透平在无法工作时不影响其它子系统的正常工作。

朗肯循环发电系统中内嵌一个太阳能光热系统，包括槽式集热器1、蒸发器B2和增压泵8，依次通过管道连接形成闭合回路。工质可以采用水或者导热油，最高温度控制在100℃以下。

其中，蒸发器B2和蒸发器A13采用钛合金制造的板式换热器，其余的换热器采用板翅式换热器。

本发明中所述的朗肯循环发电系统，包括一个回热器，一个透平和一个发电机，两个冷能交换器，一个蒸发器B和一个蒸发器A，一个工质泵以及一个冷凝器，此外，循环回路上还应包括四个主要阀门以及三个三通。

其工作原理为：做完功的工质经过回热器释放热量后进入冷凝器中，由LNG冷却至饱和液态或者过冷态，经工质泵增压后进入回热器吸热，此时工质的温度仍然很低。蒸发器A中工质与中间制冷循环系统的冷煤进行换热，将部分深冷冷能转移到冷媒中进行下一步的回收利用。随后工质与海水淡化系统中的冷煤进行冷能交换，吸收冷煤中的热量，实现对普冷区间冷能的回收。进一步，工质进入到冷能交换器中与海水进行换热，提升工质的温度，并实现对海水的预冷。随即工质通过一个三通进行分流，一部分直接进入透平中进行做功，另一部分则进入蒸发器B，吸热后生成的高温蒸汽进入透平。分流后两股蒸汽的流量由两个阀门的开度配合来确定，具体取决于太阳能光热系统中工作介质的温度，光照越强，朗肯循环高温蒸汽的流量越大，在没有太阳的时候，朗肯循环的工质全部经由低温支路直接进入透平膨胀做功，合理地保证光热系统无法工作时朗肯循环系统仍能正常运行。此外，在朗肯循环高温支路上设置一个旁路，使工质能够直接经过旁路而不经由透平，满足系统在应对突发事件时仍能够正常运行，保障LNG气化的需求，旁路的工质流量通过旁路阀与主回路上流量调节阀的开度配合确定。发电机由透平直接拖动，通过电磁感应产生电能，并进过处理后送入电网中。透平出口的乏汽与旁路的蒸汽经过三通汇合在一起，然后进入回热器中进一步放热降低温度，从而完成整个循环。

本发明中朗肯循环发电过程中的工质采用乙烷、丙烷和丁烷的混合物，从而克服工质在蒸发过程中非等温吸热造成传热损失，同时弥补了单一采用丙烷而带来的最大蒸发温度阈值较低的缺陷，并且保障了最小冷凝温度阈值维持在较小的水平，使得循环的净输出功率以及能量利用率能够达到较高的水平。具体的乙烷、丙烷、丁烷的比例需要根据太阳能光热系统中循环工质的最高温度来确定。

本发明中朗肯循环发电过程中的回热器、两个冷能交换器均采用板翅式换热器，蒸发器A和蒸发器B采用钛合金制造的板式换热器，在提升换热效率的同时可以满足对海水的耐蚀性以及可拆卸清洗的需求。

本发明中太阳能光热系统内嵌在朗肯循环发电系统中，包括槽式集热器、增压泵，依靠槽式集热器吸收太阳能的热量，对循环工质进行均匀线加热，随后热工质进入蒸发器B中加热混合工质，随后被增压泵泵入槽式集热器中吸热，形成循环。为了控制工质的出口温度，槽式集热器的迎光角度可以调节。循环工质采用淡水或者导热油。

(2)LNG气化膨胀发电系统，包括：LNG储罐18、冷凝器26、冷能交换器D33、预冷器46、透平A35、再热器48、透平B36、发电机B37、天然气加热器51，上述部件通过管道依次连接；其中，透平A35与透平B36同轴布置，通过联轴器连接发电机B37。

本发明为解决进一步的问题的创新点还包括：LNG气化膨胀发电系统中，具体的，LNG储罐出口设置三通B19，一部分LNG直接出售，流量通过流量控制阀E17的开度控制。此外，透平A35与透平B36的进汽阀前端设置旁路，即流量控制阀H34和流量控制阀K49前分别通过流量控制阀J47和流量控制阀L50连接透平A35和透平B36的出口乏汽管路。正常工作状态下，流量控制阀J47、流量控制阀L50保持关闭的状态，在透平A35或者透平B36需要停机时对应开启，对应地，流量控制阀H34和流量控制阀K49会保持关闭。

其中，LNG气化膨胀发电系统中的换热器均采用板翅式换热器。

本发明中的LNG气化膨胀发电系统主要包括LNG储罐、七个流量调节阀、四个热交换器以及两个透平。从储罐中出来的LNG经三通分成两部分，一部分直接以液态的形式出售，另一部分经由流量调节阀进入主管道中。首先LNG会进入朗肯循环的冷凝器中由乏汽进行加热，随后进入冷能交换器中由温度稍高的冷煤加热。预冷器中经过海水加热后的高压常温的天然气直接进入高压透平中做功，部分膨胀后排出，然后进入再热器中吸收海水的热量，随后进入低压透平中继续膨胀，带动发电机旋转。乏汽经海水再次加热至常温后进入管网送给用户。

本发明中LNG气化膨胀发电系统，高压透平与低压透平采用同轴布置，且分别设置旁路以备紧急情况，旁路上设置流量调节阀，通过与主路调节阀配合控制经由旁路的天然气的流量。换热器均采用板翅式换热器。

(3)海水淡化系统，包括：阀门A38、阀门B39、阀门C42、阀门D43、阀门E44、天然气加热器51、再热器48、预冷器46、冷能交换器A11、结晶器29、流量控制阀I45、冷能交换器D33、冷煤压缩机31、流量控制阀F22和冷能交换器B12；上述部件之间通过管道连接，根据流动工质的不同分为冷煤回路和海水支路，其中冷煤回路的冷煤采用丙烷。

海水淡化系统中，海水经过抽吸后分成两股，一股经过阀门A38后进入冷能交换器A11中释放热量；另一股经过分流器41分成三小部分，分别通过阀门C42、阀门D43和阀门E44与天然气加热器51、再热器48和预冷器46相连通，天然气加热器51、再热器48和预冷器46的出口采用并联的方式，然后与冷能交换器A11的出口并联，然后连接结晶器29的海水喷淋装置30，结晶器29产出淡水冰晶。

海水淡化系统中，结晶器29的冷煤出口形成两个支路，一个支路通过流量控制阀F22连通冷能交换器B12，另一个支路通过流量控制阀I45连通冷能交换器D33。冷能交换器B12和冷能交换器D33两个冷能交换器的出口并联后连接冷煤压缩机31，随后连接结晶器29中的冷煤析出管道32，冷煤从冷煤析出管道32中逸出，与喷淋下来的海水进行混合换热，使海水结晶，输出淡水冰晶。

本发明中的海水淡化系统主要包括七个流量调节阀、四个三通、一个分流装置、结晶器以及冷煤压缩机。海水经抽吸后经三通分成两部分，一部分进入朗肯循环中的冷能交换器中加热混合工质。另一部分海水经分流器分成三部分：一部分进入LNG气化膨胀系统中加热冷能交换器出口的LNG；一部分加热部分膨胀后的LNG；第三部分进入天然气加热器中加热膨胀做功后的LNG。三股预冷后的海水依次两两经由三通汇集成一股，随后经由三通与最开始分流的一股预冷后的海水汇合，然后预冷混合后的海水进入结晶器中经由海水喷淋装置喷淋下来。另一方面，结晶器中的冷煤蒸发吸热后逸出结晶器，经由三通分流成两部分，一部分进入LNG气化膨胀系统冷却，另一部分进入朗肯循环发电系统中冷却，随后两股冷煤经由三通汇合在一起，经冷煤压缩机压缩后进入结晶器中，从冷煤析出管道的小孔中析出，与喷淋下来的海水直接混合换热，使海水结冰，经分离可得到淡水冰，后续经过洗涤融化则可以得到海水。

本发明中的海水淡化系统中的冷煤采用丙烷，其两个支路的冷煤流量由两个流量调节阀的开度配合确定。四个海水支路的流量同样分别由五个流量调节阀的开度配合确定，阀门开度由朗肯循环以及LNG气化膨胀系统的实时工质流量确定。

(4)中间制冷循环系统，包括：冷煤二次回路和冷煤一次回路。

冷煤一次回路，包括：冷能交换器C20、流量控制阀D15、蒸发器A13和一次冷煤压缩机16；上述部件通过管道依次连接形成闭合回路。

冷煤二次回路，包括工、商业耗冷工艺或过程、二次冷煤压缩机21、冷能交换器C20，上述部件依次进行连接形成闭合回路。

其中，冷煤一次回路所用工质为丙烷，冷煤二次回路所用工质为液氨。

本发明中的中间制冷循环系统包括一个冷能交换器、两个冷煤压缩机，一个冷煤流量调节阀，设置有两个冷煤回路。第一冷煤回路与朗肯循环系统中的蒸发器A相连，从朗肯循环的混合工质中带走冷量。冷煤经冷煤压缩机压缩后进入冷能交换器中蒸发吸热，带走第二回路冷煤介质的热量，形成循环。第一冷煤回路中冷煤的流量由流量调节阀的开度变化进行控制。另一方面，第二冷煤回路与工、商业耗冷系统相连接，其中二次冷煤在冷能交换器中放热冷凝，经二次冷媒压缩机压缩后进入工、商业耗冷系统吸热蒸发，带走热量，然后再汇入冷煤交换器中，形成循环。

本发明中二次回路中间制冷循环系统中第一回路的冷煤介质为丙烷，第二回路的冷煤介质为液氨，该系统适用于对深冷冷能(低于-50℃)需求较大的工、商业供冷，同时考虑到了冷煤大规模使用的经济性。

请参阅图1，本发明实施例的工作过程：

本发明实施例包括：混合工质朗肯循环发电系统、LNG气化膨胀发电系统、海水淡化系统、中间制冷循环系统。如图1所示，LNG来自于LNG储罐18，经三通B19后一部分直接液态出售，由流量控制阀E17控制流量。三通B19的另一端与流量控制阀G27相连，流量控制阀G27的出口与冷凝器26的冷侧流体的进口相连接，冷凝器26的另一端的出口与冷能交换器D33连接，然后依次连接预冷器46和流量控制阀H34。天然气经过流量控制阀H34后分流成两股(由三通分流，图中采用节点代替)，透平A35和流量控制阀J47并联连接，左端接三通与流量控制阀I45相连，右侧接三通后与再热器48相连。再热器48后接流量控制阀K49。透平B36与流量控制阀L50同样采用并联连接，左侧经三通与流量控制阀K49的另一端相连，右侧与天然气加热器51连接，用户管道连接在天然气加热器冷侧流体的出口端。LNG流量由流量控制阀J47控制，两个旁路的流量分别由流量控制阀K49和流量控制阀L50控制。LNG先由混合工质加热释放深冷冷能，再从冷煤中吸热释放普冷冷能，随后经过海水加热释放掉浅冷冷能后进入高压透平中膨胀，乏汽经海水再热后进入低压透平膨胀，低压乏汽再经过海水加热至常温后进入管网送给用户。

海水经抽吸后进入管道中，管道首先与阀门B39连接，阀门B的另一端连接三通F40，随后形成了两个支路。阀门A38的一侧与三通F40的一个出口连接，另一侧连接冷能交换器A11，冷能交换器A11的热端出口与三通C23的一个进口相连接。另一边，分流器41的进口与三通F40的另一个出口连接，下方出口与阀门C42连接，随后连接天然气加热器51的热端进口；中间出口与阀门D43连接，随后连接再热器48的热端进口；上方出口与阀门E44连接，随后连接预冷器46的热端进口。天然气加热器的热端出口与再热器的热端出口连接后再连接预冷器的热端出口，随后与三通C23的另一个进口连接。三通C23的出口连接结晶器29中的海水喷淋装置30。结晶器冷煤出口与三通E28进口连接，流量控制阀F22与三通E28的上端出口相连接，流量控制阀F22的另一侧连接冷能交换器B12热端进口连接，冷能交换器B12的热端出口连接三通D24的上端进口。流量控制阀I45的一端连接三通E28的左端出口，另一侧连接冷能交换器D33的热端进口。冷能交换器D33的热端出口则与三通D24的右侧进口连接。三通D24的左侧出口连接冷煤压缩机31后再与结晶器29中的冷煤析出管道32连接。四股海水经过换热器预冷后汇合一起与冷凝增压后的冷煤混合换热，淡水凝固成冰晶，排出结晶器，经洗涤和融化后可获得液态的淡水，避免了预冷后温度过低的海水直接排入海洋中造成冷污染。

朗肯循环发电系统中，冷凝器26的热端进口连接回热器14的热端出口，冷凝器热端出口与工质增压泵25连接，实现对凝结后的液态工质进行增压。泵的出口连接回热器的冷端进口，回收乏汽中的部分热量。回热器冷端出口依次连接蒸发器A13，冷能交换器B12以及冷能交换器A11。冷能交换器A11的冷端出口连接三通A10的右端进口。三通A10的上端出口通过流量控制阀B5连接补汽式透平6的补汽口。三通A的左端出口则依次连接流量控制阀3C9，蒸发器B2以及流量控制阀A3。主回路上流量控制阀A3的右端出口直接与补汽式透平6的主进汽口连接。旁路上设置旁通阀4，其两侧分别连接流量控制阀A3和补汽式透平6的排汽出口，排汽口则与回热器14的热端进口连接。发电机A7通过联轴器与补汽式透平6的主轴连接。为了更好地匹配工质在等压蒸发过程中热源流体的温度变化特性，采用乙烷、丙烷、丁烷按一定比例混合的混合物作为朗肯循环的工质，其具体比例根据系统实际运行的地理位置来确定。另一方面，蒸发器B2的热端出口通过增压泵8与槽式集热器1连接后再连接蒸发器B2的热端进口。换热循环工质采用水或者导热油，根据实际的经济性要求来确定。

工、商业耗冷系统出口通过管道与冷能交换器C20的热端进口连接。冷能交换器C20的热端出口通过二次冷煤压缩机21连接工、商业耗冷系统的进口。另一边，冷能交换器C20的冷端出口通过管道依次连接流量控制阀D15、蒸发器A13的热端进口、一次冷煤压缩机16。一次冷煤压缩机16的出口端与冷能交换器C20的冷端进口连接，形成闭合的回路。

在本发明的技术方案下，LNG的冷能依次被混合工质、冷煤和海水带走，通过设置二次回路回收混合工质蒸发吸热过程中的冷能，间接回收利用了LNG的冷能。相比于现有的技术方案，本发明能够回收更多的LNG冷能并且提升了朗肯循环发电的平均吸热温度，同时提供了无光照时的解决方案，并且回收利用了LNG气化过程中产生的大量低温海水，变废为宝，减少了对环境的冷污染，系统的综合利用程度较高。

本发明的实施例中，提供一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水四联产系统，采用LNG直接膨胀法联合朗肯循环发电技术来回收LNG的冷能，采用混合工质来降低蒸发过程中的端差，减少换热损失，采用太阳能光热辅助加热的方式提升朗肯循环的平均吸热温度，从而提升整体的循环热效率，本发明中还添加了海水结晶器进行海水淡化，来处理温度较低的海水，同时设置了中间冷煤回路回收朗肯循环过程中工质的深冷冷能，并添加二次冷煤回路回收朗肯循环以及LNG直接膨胀过程中的普冷冷能，实现冷能的分区段使用。该系统针对沿海地区的大型LNG接收站，并且周边地区工业及生活用气量比较大，其系统功能比较丰富，系统可调节性比较好，符合建设资源节约型及环境优化型社会的宗旨，能够大幅度提升LNG冷能发电的能量转换效率，实现了资源的合理利用。

综上所述，鉴于LNG来源主要是依靠船舶运输进口，而我国的东部沿海地区具备建立LNG接收站的条件，同时东部地区的天然气使用量也较高，因此气化后的天然气并不需要大规模远距离输送到内陆城市即可被消耗，因此可以采用直接膨胀联合朗肯循环发电的方式来回收LNG的冷能，与此同时沿海的地理位置使得为朗肯循环发电提供相对较高温度稳定的热源比较困难，整体效率得不到提升。此外，LNG气化过程会产生大量温度较低的海水，直接排放会带来环境污染以及冷能损失的问题。本发明中公开了一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水四联产系统，具有结构紧凑，能量利用效率高，可调节性强以及环保节能的特点。本发明提供了一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水四联产系统，包括海水淡化系统、中间冷煤制冷系统、LNG气化膨胀发电系统、朗肯循环发电系统以及多个回路。利用LNG作为冷源降低朗肯循环的平均放热温度，通过设置多个换热器在提升混合工质以及LNG温度的同时回收不同温度段的冷能，一部分低温冷能提供给工、商业耗冷系统，另一部分用作海水淡化。通过引入太阳能光热系统提升朗肯循环的平均吸热温度，通过设置多个海水加热器分段加热天然气。分别朗肯循环发电系统以及LNG气化膨胀发电系统中设置透平回收冷能和压力能。在LNG正常气化成天然气进入管道送给用户的同时提升了冷能的回收效率，发电量得到了提升，同时可以额外获得淡水资源，避免了海水直接排放带来的海洋冷污染，有效地提升了系统的能量利用效率，符合环保节能的要求。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，其特征在于，包括：

冷凝器(26)，用于输入LNG，用于输入待降温的乏气，用于输出一次升温后的天然气，用于输出饱和液；

冷能交换器D(33)，用于输入所述冷凝器(26)输出的一次升温后的天然气，用于输入待降温的结晶用冷媒工质，用于输出二次升温后的天然气，用于输出降温后的结晶用冷媒工质；

预冷器(46)，用于输入所述冷能交换器D(33)输出的二次升温后的天然气，用于输入海水，用于输出降温后的液态海水，用于输出三次升温后的天然气；

透平A(35)，用于输入所述预冷器(46)输出的三次升温后的天然气，用于带动发动机发电；用于输出一次膨胀后的天然气；

天然气加热器(51)，用于加热膨胀后的天然气，用于输入海水；用于输出降温后的液态海水，用于输出加热后的天然气；

蒸发器A(13)，用于输入所述饱和液加压后形成的低温发电用工质，用于输入待降温的制冷用冷媒工质，用于输出降温后的制冷用冷媒工质，用于输出一次升温后的低温发电用工质；

冷能交换器B(12)，用于输入所述蒸发器A(13)输出的一次升温后的低温发电用工质，用于输入待降温的结晶用冷媒工质，用于输出降温后的结晶用冷媒工质，用于输出二次升温后的低温发电用工质；

补汽式透平(6)，用于输入所述冷能交换器B(12)输出的二次升温后的低温发电用工质，用于带动发电机A(7)发电；用于输出乏气；

结晶器(29)，用于输入所述天然气加热器(51)输出的降温后的液态海水，用于输入预冷器(46)输出的降温后的液态海水，用于输入所述冷能交换器B(12)输出的降温后的结晶用冷媒工质，用于输出待降温的结晶用冷媒工质，用于输出淡水冰；

低温发电用工质为乙烷、丙烷和丁烷的混合物；

预冷器(46)中，三次升温后的天然气的温度范围0～20℃；

天然气加热器(51)中，输出的加热后的天然气为常温天然气。

2.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，其特征在于，结晶用冷媒工质为丙烷。

3.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，其特征在于，还包括：

冷能交换器A(11)，用于输入海水，用于输入所述冷能交换器B(12)输出的二次升温后的低温发电用工质，用于输出三次升温后的低温发电用工质，用于输出降温后的液态海水。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，其特征在于，还包括：

蒸发器B(2)，用于输入二次升温后的低温发电用工质或者三次升温后的低温发电用工质，用于输入待换热的换热循环工质，用于输出四次升温后的低温发电用工质，用于输出降温后的换热循环工质；

集热器，用于输入降温后的换热循环工质，用于输出待换热的换热循环工质。

5.根据权利要求4所述的一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，其特征在于，换热循环工质为水或者导热油，待换热的换热循环工质的最高温度在100℃以下。

6.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，其特征在于，还包括：

冷能交换器C(20)，用于输入所述蒸发器A(13)输出的降温后的制冷用冷媒工质，用于输出待降温的制冷用冷媒工质；用于输入待降温的工业商业用冷媒工质，用于输出降温后的工业商业用冷媒工质。

7.根据权利要求6所述的一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，其特征在于，制冷用冷媒工质为丙烷；工业商业用冷媒工质为液氨。

8.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷能利用的冷电气淡水联产系统，其特征在于，还包括：

再热器(48)，用于输入所述透平A(35)输出的一次膨胀后的天然气，用于输出升温后的一次膨胀后的天然气；用于输入海水，用于输出降温后的液态海水；

透平B(36)，用于输入升温后的一次膨胀后的天然气，用于带动发动机发电，用于输出二次膨胀后的天然气。

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