CN112629069A - 一种多能互补的lng冷能集成利用工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多能互补的LNG冷能集成利用工艺及装置，包括LNG气化系统、冷能利用系统以及太阳能光伏发电压缩制冷系统；所述LNG气化系统采取空温式气化器直接气化和与丙烷换热外接辅热气化两种气化方式；所述冷能利用系统为相变蓄冷冷库和空调；所述太阳能光伏发电压缩制冷系统与LNG冷能集成利用，实现多能互补作用。本发明可应对LNG气化量波动的问题，达到燃气调峰的效果，工况覆盖范围广、稳定性高、可操作性强。整个工艺流程的冷能利用率为93.2％，
Figure DDA0002830062630000011
效率为26.4％。

Description

一种多能互补的LNG冷能集成利用工艺及装置
技术领域
本发明属于LNG冷能利用技术领域，具体涉及一种多能互补的LNG冷能集成利用工艺及装置。
背景技术
目前，综合LNG场站用气量规律分析，根据季节、时段的不同，场站用气量波动大，LNG气化量随之变化较大，对LNG冷能利用工艺操作弹性及灵敏度提出了更高的要求，因此需要一套工况覆盖范围广、稳定性高、可操作性强的LNG冷能综合利用技术方案。针对不同的工况背景LNG冷能利用技术适用性各不相同，其中LNG冷能用于冷库和冷水空调技术应用范围较广、设备可靠性及安全性较高，对于工况背景变化频繁、季节性明显的情况有良好的适应性。
现有的LNG冷能利用技术大多只考虑冷能的回收，没有考虑能效问题及LNG气化量的波动问题；系统对负荷变化适应性低；专利CN 108151419 B公开了一种梯级利用LNG冷能冷库系统，设置不同温度段的速冻库、低温库、冷藏库和保鲜库，充分地利用了不同能级的LNG冷能，但冷库供冷方式单一，LNG供应不稳定时难以调节；无法解决LNG放冷时间和用户用冷时间不一致的问题，无法保证系统的稳定性。
发明内容
本发明公开了一种多能互补的LNG冷能集成利用工艺及装置，旨在设计一套工艺稳定、自适应强、操作弹性大、与场站外输气量配套的LNG冷能集成利用技术方案。冷库添加相变蓄冷装置，且将LNG冷能、太阳能发电与市电压缩制冷相结合，实现多能互补，解决了LNG气化量波动导致的操作弹性低、系统不稳定的问题，并可达到燃气调峰的效果。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种多能互补的LNG冷能集成利用装置，包括LNG气化系统、冷能利用系统和太阳能光伏发电压缩制冷系统，
所述LNG气化系统包括LNG储罐、空温式汽化器、第一换热器和辅热器，所述空温式汽化器的输入端与所述LNG储罐的输出端连通，所述第一换热器的输入端与所述LNG储罐的输出端连通，输出端与所述辅热器连通；
所述冷能利用系统用于储存或释放冷能，包括依次连接的第二换热器、第三换热器、蓄冷冷库系统、空调系统和冷媒泵，冷媒泵与所述第二换热器连接以形成环路，且所述第二换热器与所述第一换热器双向连通以进行媒介流通，
所述太阳能光伏发电压缩制冷系统包括压缩机、冷凝器和膨胀阀，所述压缩机由光伏组件供电或外接市电供电，所述冷凝器的输入端与所述压缩机连接，所述冷凝器的输出端与所述冷能利用系统中的第三换热器之间通过所述膨胀阀连通以进行热量交换，且所述第三换热器的输出端与所述压缩机连通以形成循环回路。
进一步地，还包括流量计，所述空温式汽化器的输出端和所述辅热器的输出端均与所述流量计连接。
进一步地，所述空温式汽化器和所述LNG储罐之间设置有第一调节阀，所述第一换热器与所述LNG储罐之间设置有用于调节流量的第二调节阀和用于紧急切断的第三调节阀。当外输气量平稳时，采取丙烷换热外接辅热气化。第二调节阀起到调节流量的作用，第三调节阀起紧急切断的作用，如果第一换热器出现故障就可以关闭7，此时只采取空温式汽化器直接气化。
进一步地，还包括用于控制从第一换热器到第二换热器之间流量的第四调节阀和用于控制从第二换热器到第一换热器之间流量的第五调节阀，所述第四调节阀和第五调节阀均分别固定连接在第一换热器和第二换热器之间。
进一步地，第一换热器中的换热介质是丙烷，第二换热器和第三换热器中的换热介质均是盐水。
进一步地，所述蓄冷冷库系统包括蓄冷冷库和用于给所述蓄冷冷库供应冷能的蓄冷器，所述蓄冷器内设置有相变蓄冷材料。
进一步地，所述相变蓄冷材料为23.5％NaCl共晶盐水溶液。
进一步地，所述第二换热器、第三换热器、冷库、空调系统都设置有旁通管路。可根据实际工况进行调节，通过调节阀的变化可实现多种供冷方式的任意搭配运行。
本发明还提供一种多能互补的LNG冷能集成利用工艺，包括：
所述LNG储罐出来的LNG分为两路分别进入空温式气化器和第一换热器，进入空温式气化器中的LNG气化后经流量计送入管网，进入第一换热器的LNG与丙烷换热，气化升温后进入辅热器中进一步加热，而后经过流量计送入管网，其中，通过第一调节阀和第二调节阀分别对流入的LNG流量进行调节；
第一换热器中的丙烷经换热降温后进入冷能利用系统中的第二换热器与盐水换热升温后回送至第一换热器以继续与LNG进行换热，而第二换热器中经与丙烷换热而降温的盐水进入第三换热器进一步换热降温后进入蓄冷冷库系统，相变蓄冷材料凝固以储存冷量，而后盐水继续进入空调系统与冷水换热；
光伏组件供电或外接市电给压缩机供电，压缩机工作压缩工质完成逆向卡诺循环，工质经过压缩后冷凝降温，经过膨胀阀，而后在第三换热器中与盐水换热，吸热蒸发，最后被送回压缩机，完成整个循环。
进一步地，在所述蓄冷冷库系统中，当处于蓄冷时段时，载冷剂向蓄冷器供冷，蓄冷器内的相变蓄冷材料凝固以储存冷量；当处于供冷时段时，蓄冷器内相变蓄冷材料融化以释放冷量，从而为蓄冷冷库供给冷能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明LNG气化系统分为直接气化和丙烷换热外接辅热气化，可根据外输气量合理调节气化方式，达到燃气调峰的效果。
2、冷库为蓄冷型冷库，采用相变蓄冷材料蓄冷，储能密度大，可避免冷能的浪费。
3、外接光伏发电系统以及市电用以驱动压缩制冷流程补充供给LNG冷量的不足。
4、该LNG冷能集成利用工艺工况覆盖范围广、稳定性高、可操作性强。
附图说明
图1为本发明实施例的一种多能互补的LNG冷能集成利用工艺及装置示意图。
图中示出：1-LNG储罐，2-第一调节阀，3-空温式汽化器，4-第六调节阀，5-流量计，6-第二调节阀，7-第三调节阀，8-第一换热器，9-第七调节阀，10-第六调节阀，11-辅热器，12-第五调节阀，13-第四调节阀，14-第二换热器，15-冷媒泵，16-第二换热器调节阀，17-第三换热器调节阀，18-冷库流量调节阀，19-蓄冷冷库系统，20-蓄冷器，21-冷库系统调节阀，22-空调流量调节阀，23-空调系统，24-空调系统调节阀，25-光伏组件，26-压缩机，27-冷凝器，28-膨胀阀，29-第八调节阀，30-第三换热器。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
以某LNG场站为例，1～2月期间燃气消费量低，2～3月期间LNG用气量迅速上升，6月过后用气量进一步上升，以3～6月LNG场站用气量为基准设计整体工艺规模，日用气量约为40000m3。
如图1所示，本实施例提供的一种多能互补的LNG冷能集成利用装置，包括LNG气化系统、冷能利用系统以及太阳能光伏发电压缩制冷系统。
LNG气化系统包括LNG储罐1、空温式汽化器3、第一换热器8、辅热器11和流量计5，第一换热器8中的换热介质是丙烷，空温式汽化器3的输入端通过与LNG储罐1的输出端连通，输出端通过第六调节阀4与流量计5连接，第一换热器8的输入端与LNG储罐1的输出端连通，输出端与辅热器11的输入端连通，辅热器11的输出端与流量计5连接，在第一换热器8和辅热器11之间设置有用于紧急切断的第七调节阀9和用于调节流量的第六调节阀10。空温式汽化器3和LNG储罐1之间设置有第一调节阀2，第一换热器8与LNG储罐1之间设置有第二调节阀6和第三调节阀7。通过设置第二调节阀6和第三调节阀7，使得可以根据下游天然气使用量的波动对LNG流量进行调节，当外输气量大，超过LNG冷能操作负荷时，采取空温式气化器3直接气化和与丙烷换热外接辅热器11气化同时进行，从而保证LNG供给。当外输气量平稳时，采取丙烷换热外接辅热气化。即，在下游天然气需求量大的时候，LNG储罐1输出两路，一路经空温式气化器3处理后直接通过官网输送给用户使用，另一路依次经第一换热器8、辅热器11处理后通过官网输送给用户使用，且经第一换热器8处理时得到的冷能可供冷能利用系统使用；在下游天然气需求量不大仅通过经第一换热器8、辅热器11处理得到的天然气即可满足时，关闭空温式气化器3的处理通道，仅开通第一换热器8、辅热器11的处理通道。如此，即可在满足天然气供应的同时，也可以将在处理过程中的冷能供应冷能利用系统使用，提高能量的利用率，减少能量的损耗。
冷能利用系统用于储存或释放冷能，包括依次连接的第二换热器14、第三换热器30、蓄冷冷库系统19、空调系统23和用于流体输送的冷媒泵15，冷媒泵15与第二换热器14连接以形成环路，且第二换热器14与第一换热器8双向连通以进行媒介流通。在蓄冷冷库系统19的输入端前设置有冷库流量调节阀18，以调节进入蓄冷冷库系统19的冷媒流量，在空调系统23的输入端前设置有空调流量调节阀22，以调节进行空调系统的冷媒流量。
本实施例中，在第一换热器8和第二换热器14之间还固定设置有第四调节阀13和第五调节阀12，第四调节阀13用于控制从第一换热器8到第二换热器14之间流量，第五调节阀12用于控制从第二换热器14到第一换热器8之间流量。第二换热器14和第三换热器30中的换热介质均是盐水。蓄冷冷库系统19包括蓄冷冷库和用于给蓄冷冷库供应冷能的蓄冷器20，蓄冷器20内设置有相变蓄冷材料。本实施例中的相变蓄冷材料为23.5％NaCl共晶盐水溶液。
太阳能光伏发电压缩制冷系统包括压缩机26、冷凝器27和膨胀阀28，压缩机26由光伏组件25供电或外接市电供电，冷凝器27的输入端与压缩机26连接，冷凝器27的输出端与冷能利用系统中的第三换热器30之间通过膨胀阀28连通以进行热量交换，且第三换热器30的输出端与压缩机26连通以形成循环回路，第三换热器30和压缩机26之间还设置有第八调节阀29以对流量进行调节。白天时，可以通过光伏组件发电以给压缩机26供电，使压缩机26工作；晚上时，可利用便宜的谷电作供压缩机26工作，完成电压缩制冷，使压缩机26一直处于运转状态，利用率几乎达到100％，冷量可供给蓄冷冷能利用系统，与LNG冷能互补。
第二换热器14、第三换热器30、蓄冷冷库系统19、空调系统23都设置有旁通管路。本实施例中，第二换热器14通过管路与第二换热器调节阀16并联，第三换热器30通过管路与第三换热器调节阀17并联，蓄冷冷库系统19通过管路与冷库系统调节阀21并联，空调系统通过管路与空调系统调节阀24并联。实际使用时，可以根据实际工况选择走主线或旁通管路，通过调节阀的变化可实现多种供冷方式的任意搭配运行。
上述一种多能互补的LNG冷能集成利用装置的利用工艺，包括如下步骤：
LNG储罐1出来的LNG在40bar、-162℃左右的条件下分为两路，分别进入空温式气化器3和第一换热器8，进入空温式气化器3中的LNG气化后经流量计5送入管网，进入第一换热器8的LNG与5℃丙烷蒸气换热，气化升温至-2℃后后进入辅热器11中进一步加热到0℃，而后经过流量计5送入管网，其中，通过第一调节阀2和第二调节阀6分别对流入的LNG流量进行调节；(本实施例中对温度的限定只是一个具体的实例，并不构成对保护范围的限定)
第一换热器8中的丙烷经换热降温，冷凝至-30℃后进入冷能利用系统中的第二换热器14与盐水换热升温后回送至(此时丙烷的温度经换热升温至5℃)第一换热器8以继续与LNG进行换热，而第二换热器14中经与低温液态丙烷换热而降温的盐水进入第三换热器30进一步换热降温后，进入蓄冷冷库系统19，相变蓄冷材料凝固以储存冷量，而后盐水继续进入空调系统23与冷水换热；
光伏组件25通过光电转化，储存、释放电能以给压缩机26供电，或外接市电给压缩机26供电，压缩机26工作压缩工质氨完成逆向卡诺循环，工质经过压缩后冷凝降温，经过膨胀阀28，而后在第三换热器30中与盐水换热，吸热蒸发，最后被送回压缩机26，完成整个循环。
当外输气量大，超过LNG冷能操作负荷时，采取空温式气化器3直接气化和与丙烷换热外接辅热器11气化同时进行，保证LNG供给。当外输气量平稳时，采取丙烷换热外接辅热气化。
其中，冷能利用系统中，蓄冷时段时，载冷剂盐水向蓄冷器20供冷，蓄冷器20内相变材料凝固以储存冷量；供冷时段时，蓄冷器20内相变材料融化以释放冷量，供给冷库19。用于冷库19之后的冷能可进一步供空调23使用。
外接光伏发电系统和市电用以驱动压缩制冷流程补充冷量，第二换热器14、第三换热器30、冷库19、空调23都设置有副线，可根据实际工况进行调节，通过调节阀的变化可实现多种供冷方式的任意搭配运行。
本实施例中，质量流量为1t/h的LNG，可提供给冷库的冷量为166KW，冷水空调负荷为56KW，整个工艺流程的
Figure BDA0002830062610000051
效率为26.4％，冷能利用率为93.2％。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多能互补的LNG冷能集成利用装置，其特征在于：包括LNG气化系统、冷能利用系统和太阳能光伏发电压缩制冷系统，
所述LNG气化系统包括LNG储罐(1)、空温式汽化器(3)、第一换热器(8)和辅热器(11)，所述空温式汽化器(3)的输入端与所述LNG储罐(1)的输出端连通，所述第一换热器(8)的输入端与所述LNG储罐(1)的输出端连通，输出端与所述辅热器(11)连通；
所述冷能利用系统用于储存或释放冷能，包括依次连接的第二换热器(14)、第三换热器(30)、蓄冷冷库系统(19)、空调系统(23)和冷媒泵(15)，冷媒泵(15)与所述第二换热器(14)连接以形成环路，且所述第二换热器(14)与所述第一换热器(8)双向连通以进行媒介流通，
所述太阳能光伏发电压缩制冷系统包括压缩机(26)、冷凝器(27)和膨胀阀(28)，所述压缩机(26)由光伏组件(25)供电或外接市电供电，所述冷凝器(27)的输入端与所述压缩机(26)连接，所述冷凝器(27)的输出端与所述冷能利用系统中的第三换热器(30)之间通过所述膨胀阀(28)连通以进行热量交换，且所述第三换热器(30)的输出端与所述压缩机(26)连通以形成循环回路。
2.根据权利要求1所述的一种多能互补的LNG冷能集成利用装置，其特征在于：还包括流量计(5)，所述空温式汽化器(3)的输出端和所述辅热器(11)的输出端均与所述流量计(5)连接。
3.根据权利要求1所述的一种多能互补的LNG冷能集成利用装置，其特征在于：所述空温式汽化器(3)和所述LNG储罐(1)之间设置有第一调节阀(2)，所述所述第一换热器(8)与所述LNG储罐(1)之间设置有用于调节流量的第二调节阀(6)和用于紧急切断的第三调节阀(7)。
4.根据权利要求1所述的一种多能互补的LNG冷能集成利用装置，其特征在于：还包括用于控制从第一换热器(8)到第二换热器(14)之间流量的第四调节阀(13)和用于控制从第二换热器(14)到第一换热器(8)之间流量的第五调节阀(12)，所述第四调节阀(13)和第五调节阀(12)均分别固定连接在第一换热器(8)和第二换热器(14)之间。
5.根据权利要求1所述的一种多能互补的LNG冷能集成利用装置，其特征在于：第一换热器(8)中的换热介质是丙烷，第二换热器(14)和第三换热器(30)中的换热介质均是盐水。
6.根据权利要求1所述的一种多能互补的LNG冷能集成利用装置，其特征在于：所述蓄冷冷库系统(19)包括蓄冷冷库和用于给所述蓄冷冷库供应冷能的蓄冷器(20)，所述蓄冷器(20)内设置有相变蓄冷材料。
7.根据权利要求6所述的一种多能互补的LNG冷能集成利用装置，其特征在于：所述相变蓄冷材料为23.5％NaCl共晶盐水溶液。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种多能互补的LNG冷能集成利用装置，其特征在于：所述第二换热器(14)、第三换热器(30)、冷库(19)和空调系统(23)都分别设置有旁通管路。
9.一种权利要求1-8任一所述的一种多能互补的LNG冷能集成利用装置的利用工艺，其特征在于，包括：
所述LNG储罐(1)出来的LNG分为两路分别进入空温式气化器(3)和第一换热器(8)，进入空温式气化器(3)中的LNG气化后经流量计(5)送入管网，进入第一换热器(8)的LNG与丙烷换热，气化升温后进入辅热器(11)中进一步加热，而后经过流量计(5)送入管网，其中，通过第一调节阀(2)和第二调节阀(6)分别对流入的LNG流量进行调节；
第一换热器(8)中的丙烷经换热降温后进入冷能利用系统中的第二换热器(14)与盐水换热升温后回送至第一换热器(8)以继续与LNG进行换热，而第二换热器(14)中经与丙烷换热而降温的盐水进入第三换热器(30)进一步换热降温后进入蓄冷冷库系统(19)，相变蓄冷材料凝固以储存冷量，而后盐水继续进入空调系统23与冷水换热；
光伏组件(25)供电或外接市电给压缩机(26)供电，压缩机(26)工作压缩工质完成逆向卡诺循环，工质经过压缩后冷凝降温，经过膨胀阀(28)，而后在第三换热器(30)中与盐水换热，吸热蒸发，最后被送回压缩机(26)，完成整个循环。
10.一种根据权利要求9所述的一种多能互补的LNG冷能集成利用工艺，其特征在于：在所述蓄冷冷库系统(19)中，当处于蓄冷时段时，载冷剂向蓄冷器(20)供冷，蓄冷器(20)内的相变蓄冷材料凝固以储存冷量；当处于供冷时段时，蓄冷器(20)内相变蓄冷材料融化以释放冷量，从而为蓄冷冷库供给冷能。
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