CN111305921A - 一种利用lng冷能的太阳能耦合余热发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种利用LNG冷能的太阳能耦合余热发电系统，它包括压缩机，加热器，汽轮机和冷凝器。工作时工质氦气在压缩机升压后送至加热器，利用空气来定压加热氦气，并且在有太阳的时候通过太阳能进行二级加热，之后氦气在汽轮机内膨胀做功，经汽轮机绝热膨胀后的氦气进入冷凝器定压放热，最后氦气再次进入压缩机进行下一次循环。在冷凝器中以低温LNG来冷却氦气，将氦气的热量传递给LNG，既实现了氦气的冷却又实现了LNG的气化。本发明在保证LNG气化正常进行的前提下，通过以氦气为工质的热力循实现了LNG冷量余能的利用。本发明拓展性，应用性高，具有一定的经济和环保价值。

Description

一种利用LNG冷能的太阳能耦合余热发电系统
技术领域
一种利用LNG冷能的太阳能耦合余热发电系统属于新能源利用领域。
背景技术
近年来我国许多地方遭遇了较为严重的雾霾等环境问题，能源结构的调整转型迫在眉睫。相对目前我国能源结构中占比最大的煤和石油来说，天然气是一种更为清洁的能源，也是我国能源战略行动计划重点发展的对象之一。而为了便于储存和长距离运输，通常将天然气低温冷却至液态，即为液化天然气。
然而，传统的接收站在进行气化时通常采用海水、空气甚至燃烧器作为热源，释放的冷能直接排入环境中，这无疑造成了巨大的冷能浪费。如若能够合理利用这一部分冷能，不仅可以产生巨大的经济效益，同时也有利于环境的保护。
对于闭式布雷顿循环，是利用冷能来冷却压气机进口工质，减小压气机耗功，增大循环温升比，提高循环效率。循环工质可以选择氦气，其优势在于，其跟LNG进行换热的过程中都不会发生相变，能在很低的温度下进行应用，进一步增大循环温升比，与LNG的气化升温过程能够很好匹配，并能够通过梯级利用等方式，进一步减小换热
Figure BSA0000175520250000011
损，提高冷能的利用效率。同时，由于氦气性质比较稳定，不像蒸汽朗肯循环存在汽蚀的问题，有利于延长设备的寿命，降低系统运行维护成本。此外，氦气布雷顿循环较适用于功率等级较小的机组中，其设备结构相比蒸汽朗肯循环更为简单，设备尺寸大大减小，更加适用于在各接收站的灵活布置，便于模块化发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用LNG冷能的太阳能耦合余热发电系统，利用LNG将氦气压气机进口的工质进行冷却，提高循环温比，从而有效提升闭式氦气布雷顿循环发电系统的效率。
本发明提供一种利用LNG冷能的新型发电系统，所述发电系统至少包括：氦气布雷顿循环、LNG储罐。
本发明所述问题是以下技术方案实现的：
所述LNG冷能一侧包括LNG储罐，氦气-LNG换热器，调压阀门
所述LNG冷能一侧中，从所述LNG储气罐依次连接所述LNG泵，氦气 -LNG换热器以及调压阀门
所述LNG冷能一侧中LNG储罐通过-LNG泵与所述氦气-LNG换热器的天然气入口相连，所述氦气-LNG换热器的天然气出口与所述调压阀门相连；
所述氦气布雷顿循环包括氦气-LNG换热器、氦气压气机、采用双曲型空冷换热塔、太阳能加热器、氦气透平、发电机、电动机、三个阀门。
从所述氦气-LNG换热器、氦气压气机、采用双曲型空冷换热塔、太阳能加热器、氦气透平形成所述氮气布雷顿循环；所述发电机与所述氦气透平相连；电动机与压缩机相连；
所述LNG冷能一侧与氦气布雷顿循环通过氦气-LNG换热器相关联
所述氮气布雷顿循环的具体结构为：
在无太阳能时，所述氦气-LNG换热器的氦气出口与所述氦气压气机的氦气入口相连，所述氦气压气机的氦气出口与所述采用双曲型空冷换热塔的氦气入口相连，所述采用双曲型空冷换热塔的氦气出口与所述氦气透平的氦气入口相连，所述氦气透平的氦气出口与所述氦气-LNG换热器的氦气入口相连；所述发电机与所述氦气透平相连；所述电动机与所述压缩机相连；
在有太阳能时，所述氦气-LNG换热器的氦气出口与所述氦气压气机的氦气入口相连，所述氦气压气机的氦气出口与所述采用双曲型空冷换热塔相连，所述采用双曲型空冷换热塔的氦气出口与所述太阳能加热器的氦气入口相连，所述太阳能加热器的氦气出口与所述氦气透平的氦气入口相连，所述氦气透平的氦气出口与所述氦气-LNG换热器的氦气入口相连；所述发电机与所述氦气透平相连；所述电动机与所述压缩机相连；
各个部件之间通过管道相连接
如上所述，本发明的一种利用LNG冷能的新型冷能发电系统，具有以下有益效果：
1、利用LNG冷能冷却氦气压气机的进口工质，解决了环境温度较高时氦气轮机出力降低的技术问题，增大了循环温比，提高了系统的热效率
2、氦气布雷顿循环采用氦气作为工质，与燃气轮机或汽轮机相比，使用氦气工质的氦气轮机能在低温状态下运行，在LNG冷能的利用中，不存在低温下的相变等问题，且超临界状态下的LNG容易与氦气的冷却过程相匹配
3、本发明采用的一种利用LNG冷能的新型冷能发电系统，其具有结构简单紧凑，占用空间小等特点，适合在各LNG接收站进行灵活布置
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明
图1是一种利用LNG冷量余能新型发电系统的结构图
图中各标号含义如下：1、LNG储气罐；2、氦气-LNG换热器天然气进口；3、氦气-LNG换热器天然气出口；4、氦气-LNG换热器氦气出口；5、氦气-LNG换热器氦气进口；6、氦气透平；7、采用双曲型空冷换热塔；8、氦气压缩机；9、氦气-LNG换热器；10、发电机；11、LNG泵；12、调压阀门； 13、太阳能加热器；14、电动机；15、阀门；16、阀门；17、阀门
具体实施方式
本实用液化天然气(LNG)作为能源，通过利用LNG将氦气压气机进口的工质进行冷却，提高循环温比，从而有效提升闭式氦气布雷顿循环发电系统的效率。
如图1所示，本发明提供一种利用LNG冷量余能新型发电系统，所述发电系统至少包括LNG储气罐1、LNG泵11、阀门12、阀门15、阀门16、阀门 17、LNG-氦气换热器9、氦气压缩机8、采用双曲型空冷换热塔7、太阳能加热器13、氦气汽轮机6、发电机10、电动机14
所述氦气布雷顿循环包括氦气-LNG换热器9、氦气压气机8、电动机14、采用双曲型空冷换热塔7、太阳能加热器13、阀门15、阀门16、阀门17、氦气透平6、发电机10；从所述氦气-LNG换热器、氦气压气机、采用双曲型空冷换热塔、太阳能加热器、氦气透平形成所述氦气布雷顿循环；所述发电机与所述氦气透平相连；所述电动机与所述压缩机相连；
所述氦气布雷顿循环中各个部件的具体连接关系为：
在无太阳能时，所述氦气-LNG换热器的氦气出口9与所述氦气压气机8的氦气入口相连，即所述氦气压气机8的氦气出口与所述采用双曲型空冷换热塔7 的氦气入口相连，所述采用双曲型空冷换热塔7的氦气出口与所述氦气透平6 的氦气入口相连，所述氦气透平6的氦气出口与所述氦气-LNG换热器9的氦气入口5相连。
在有太阳能时，所述氦气-LNG换热器的氦气出口9与所述氦气压气机8的氦气入口相连，即所述氦气压气机8的氦气出口与所述采用双曲型空冷换热塔7 的氦气入口相连，所述采用双曲型空冷换热塔7的氦气出口与所述太阳能加热器 13的氦气入口相连，所述太阳能加热器13的氦气出口与所述氦气透平6的氦气入口相连，所述氦气透平6的氦气出口与所述氦气-LNG换热器9的氦气入口5 相连。各个部件之间通过管道依次相连。太阳能加热器通过并联方式接入系统，即与旁通管并联。所述发电机10与所述氦气透平6相连。
所述发电系统中，所述LNG储罐1通过-LNG泵11与所述氦气-LNG 换热器9的天然气入口2相连，所述氦气-LNG换热器9的天然气出口3与阀门12相连并通过管道连入用户。
本实施例中，所述发电系统的工作流程如下：
一方面，对于液化天然气(LNG)，首先，LNG从所述LNG储罐1出来后通过所述LNG泵11进行加压；接着，LNG通过所述氦气-LNG换热器9，释放冷能，对所述氦气-LNG换热器9中的氦气进行预冷，将氦气冷却到-90℃的低温；同时，LNG自身恢复到常温，之后，LNG再通过阀门12调压后进入用户管道。
对于有太阳能的氦气布雷顿循环，首先，该循环中的氦气通过采用双曲型空冷换热塔7吸收空气的热量，再通过太阳能加热器13吸收太阳能的热量，温度升高，然后进入氦气透平6中膨胀做功，带动发电机10进行发电，做功后的氦气从氦气透平6出口进入氦气-LNG换热器9，被LNG冷却至低温，冷却后的氦气再进入氦气压气机8进行升压，然后进入采用双曲型空冷换热塔7中吸收热量，完成氦气布雷顿循环的整个过程。
对于无太阳能的氦气布雷顿循环，首先，该循环中的氦气通过采用双曲型空冷换热塔7吸收空气的热量，温度升高，然后进入氦气透平6中膨胀做功，带动发电机10进行发电，做功后的氦气从氦气透平6出口进入氦气-LNG换热器 9，被LNG冷却至低温。冷却后的氦气再进入氦气压气机8进行升压，然后进入采用双曲型空冷换热塔7中吸收热量，完成氦气布雷顿循环的整个过程。
对于太阳能旁通管关闭的工况，将温度为-160℃的LNG加热到5℃的气态天然气，通过空气加热器将氦气加热到0℃，通过汽轮机做工后氦气温度降低到-30℃，取定氦气流量为170kg/s，计算得该系统的效率为30.4％。
对于太阳能旁通管打开的工况，将温度为-160℃的LNG加热到5℃的气态天然气，通过空气加热器将氦气加热到0℃，再通过太阳能加热器将氦气加热到30℃，通过汽轮机做工后氦气温度降低到-20℃，取定氦气流量为170kg/s，计算得该系统的效率为39.5％。

Claims (3)

1.一种利用LNG冷能的太阳能耦合余热发电系统，其特征在于，它包括压缩机、采用双曲型空冷换热塔、太阳能加热器、汽轮机、电动机、冷凝器和LNG冷却塔。
2.根据权利1所述的一种利用LNG冷能的太阳能耦合余热发电系统，其特征在于，空气加热器采用双曲型空冷换热塔。
3.根据权利1所述的一种利用LNG冷能的太阳能耦合余热发电系统，其特征在于，此发电系统以LNG为冷源，利用空气和太阳能联合加热氦气工质，将LNG冷量余能转化为机械能。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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