CN112648031A - 一种利用lng冷能的bog燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统 - Google Patents

一种利用lng冷能的bog燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统 Download PDF

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Abstract

一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统，包括BOG燃气轮机系统、卡琳娜循环、有机朗肯循环和天然气直接膨胀系统；将BOG用于冷却有机朗肯循环工质，然后作为燃气轮机系统的燃料，燃气轮机出口烟气再作为卡琳娜循环的热源，实现对BOG的高效回收利用；采用LNG作为有机朗肯循环和卡琳娜循环的冷源，再将吸热气化后的天然气用于直接膨胀发电，实现对LNG冷能的梯级利用；本发明可以实现BOG和LNG冷能的高效互补利用，显著提高了系统的热效率和发电效率；具有结构合理、成本低廉、节能高效、实用性强的优点。

Description

一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环 发电系统
技术领域
本发明涉及一种LNG冷能和BOG耦合利用技术，具体涉及一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统。
背景技术
液化天然气(LNG)低温储罐无法实现绝对绝热，因此不可避免会产生蒸发气体(BOG)。BOG的存在会威胁系统的生产安全，必须对其进行妥善处理。然而，现有的BOG处理系统存在结构复杂、能耗高、冷能浪费严重等问题。
LNG需要气化至常温后供给用户使用。在气化过程中LNG会释放大量冷能，如果能够对这部分冷能加以利用，会产生巨大的经济效益。以氨-水混合物作为工质的卡琳娜循环在中低温热能利用中具有显著优势。在卡琳娜循环中，氨-水混合物的吸热蒸发过程为变温过程，可以使热源的放热过程与混合工质的吸热过程曲线更好的匹配，从而最大限度地降低放热过程中的不可逆损失，提高其热能利用效率。以低沸点烃类及其混合物为工质的有机朗肯循环和卡琳娜循环在利用低品位热能方面具有众多优势，将LNG作为有机朗肯循环和卡琳娜循环的冷源能够进一步提高其发电效率，但该技术对LNG冷能的利用率不高。天然气直接膨胀发电技术具有工艺简单、成本低等优点，但仅能利用LNG的压力能，同样存在冷能利用率低的缺点。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统，将BOG燃气轮机系统、卡琳娜循环、有机朗肯循环和天然气直接膨胀系统相结合，实现BOG和LNG冷能的高效互补利用，显著提高了系统的热效率和发电效率；具有结构合理、成本低廉、节能高效、实用性强的优点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统，包括BOG燃气轮机系统、卡琳娜循环、有机朗肯循环和天然气直接膨胀系统；
所述的BOG燃气轮机系统包括BOG压缩机2，BOG压缩机2的进口侧与LNG储罐的气相出口侧相连接，BOG压缩机2的出口侧接入第一换热器3的冷流进口侧，第一换热器3的冷流出口侧和空气压缩机4的出口侧接入燃烧器5的进口侧，燃烧器5的出口侧连入燃气轮机7的进口侧，燃气轮机7的出口侧与第二换热器6的热流进口侧连接，第二换热器6的热流出口侧气体外排；
所述的卡琳娜循环包括氨水泵20，氨水泵20的出口侧与第二换热器6的冷流进口侧连接，第二换热器6的冷流出口侧接入分离器16工质进口侧，分离器16的液相出口侧与第六换热器17的热流进口侧相连通，第六流换热器17的热流出口侧与节流阀18的进口侧相接，分离器16的气相出口侧与氨气透平膨胀机15的进口侧相连通，氨气透平膨胀机15的出口侧与第四换热器11的热流进口侧相连通，第四换热器11的热流出口侧连入第五换热器13的热流进口侧，第五换热器13的热流出口侧与节流阀18的出口侧通过混合器19连入氨水泵20的进口侧；
所述的有机朗肯循环包括有机朗肯透平膨胀机12，有机朗肯透平膨胀机12的出口侧与第一换热器3的热流进口侧相连通，第一换热器3的热流出口侧连入第三换热器9的热流进口侧，第三换热器9的热流出口侧连入有机工质泵10的进口侧，有机工质泵10的出口侧与第四换热器11的冷流进口侧相连通，第四换热器11的冷流出口侧连入有机朗肯透平膨胀机12的进口侧；
所述的天然气直接膨胀系统包括LNG储罐1，LNG储罐1的液相出口侧与LNG泵8的进口侧相连通，LNG泵8出口侧连入第三换热器9的冷流进口侧，第三换热器9的冷流出口侧与第五换热器13的冷流进口侧相连通，第五换热器13的冷流出口侧连入第六换热器17的冷流进口侧，第六换热器17的冷流出口侧与透平膨胀机14的进口侧相连通。
所述LNG储罐1的气相出口侧的工质为BOG。
所述卡琳娜循环中循环工质为氨水混合物。
所述有机朗肯循环中的有机工质包括但不限于R245fa五氟丙烷、R365mfc五氟丁烷、n-Nonane正壬烷、n-Octane正辛烷或n-Pentane正戊烷。
所述透平膨胀机14的出口侧直接连至用户或企业。
本发明的有益效果在于：
将BOG用于冷却有机朗肯循环工质，然后作为燃气轮机系统的燃料，燃气轮机出口烟气再作为卡琳娜循环的热源，实现对BOG的高效回收利用；采用LNG作为有机朗肯循环和卡琳娜循环的冷源，再将吸热气化后的天然气用于直接膨胀发电，实现对LNG冷能的梯级利用；通过上述对BOG和LNG冷能的高效互补利用，有效提高了系统的热效率和发电效率，具有结构合理、高效节能、实用性强和成本低廉的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、LNG储罐；2、BOG压缩机；3、第一换热器；4、空气压缩机；5、燃烧器；6、第二换热器；7、燃气轮机；8、LNG泵；9、第三换热器；10、有机工质泵；11、第四换热器；12、有机朗肯透平膨胀机；13、第五换热器；14、透平膨胀机；15、氨气透平膨胀机；16、分离器；17、第六换热器；18、节流阀；19、混合器；20、氨水泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图1，一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统，包括BOG燃气轮机系统、卡琳娜循环、有机朗肯循环和天然气直接膨胀系统；
所述的BOG燃气轮机系统包括BOG压缩机2，BOG压缩机2的进口侧与LNG储罐的气相出口侧相连接，BOG压缩机2的出口侧接入第一换热器3的冷流进口侧，第一换热器3的冷流出口侧和空气压缩机4的出口侧接入燃烧器5的进口侧，燃烧器5的出口侧连入燃气轮机7的进口侧，燃气轮机7的出口侧与第二换热器6的热流进口侧连接，第二换热器6的热流出口侧气体外排；
所述的卡琳娜循环包括氨水泵20，氨水泵20的出口侧与第二换热器6的冷流进口侧连接，第二换热器6的冷流出口侧接入分离器16工质进口侧，分离器16的液相出口侧与第六换热器17的热流进口侧相连通，第六流换热器17的热流出口侧与节流阀18的进口侧相接，分离器16的气相出口侧与氨气透平膨胀机15的进口侧相连通，氨气透平膨胀机15的出口侧与第四换热器11的热流进口侧相连通，第四换热器11热流出口侧的连入第五换热器13的热流进口侧，第五换热器13的热流出口侧与节流阀18的出口侧通过混合器19连入氨水泵20的进口侧；
所述的有机朗肯循环包括有机朗肯透平膨胀机12，有机朗肯透平膨胀机12的出口侧与第一换热器3的热流进口侧相连通，第一换热器3的热流出口侧连入第三换热器9的热流进口侧，第三换热器9的热流出口侧连入有机工质泵10的进口侧，有机工质泵10的出口侧与第四换热器11的冷流进口侧相连通，第四换热器11的冷流出口侧连入有机朗肯透平膨胀机12的进口侧；
所述的天然气直接膨胀系统包括LNG储罐1，LNG储罐1的液相出口侧与LNG泵8的进口侧相连，LNG泵8出口侧连入第三换热器9的冷流进口侧，第三换热器9的冷流出口侧与第五换热器13的冷流进口侧相连通，第五换热器13的冷流出口侧连入第六换热器17的冷流进口侧，第六换热器17的冷流出口侧与透平膨胀机14的进口侧相连通。
所述LNG储罐1的气相出口侧的工质为BOG。
所述卡琳娜循环中循环工质为氨水混合物。
所述有机朗肯循环中的有机工质包括但不限于R245fa五氟丙烷、R365mfc五氟丁烷、n-Nonane正壬烷、n-Octane正辛烷或n-Pentane正戊烷。
所述透平膨胀机14的出口侧直接连至用户或企业。
本发明的工作原理如下：
LNG储罐1产生的蒸发气体(BOG)经压缩机2后输送至第一换热器3，加热升温后和空气压缩机4出口的工质共同进入燃烧器5进行燃烧反应，生成物全部为气体并进入燃气轮机7发电然后在第二换热器6为卡琳娜循环提供热流，完成BOG燃气轮机系统；第五换热器13中被冷凝的有机工质与另一部分从节流阀18中流出的有机工质在混合器19中混合，进入氨水泵20中增压，增压后的有机工质与第二换热器6中的高温气体换热，然后进入分离器16中气液分离，气相进入氨气透平膨胀机15中发电，发完电后的气体进入第四换热器11作为有机朗肯循环的热源，然后重新进入第五换热器13中被冷凝，液相中的余热在第六换热器17中与LNG进行换热，换热后的有机工质进入节流阀18，节流阀18中流出的有机工质再次与被第五换热器13冷却的有机工质在混合器19中混合，完成卡琳娜循环；有机工质在第四换热器11中被高温氨气加热，然后通过有机朗肯透平膨胀机12发电，完成发电过程后，有机工质又在第一换热器3中被BOG冷却，在第三换热器9中被LNG冷却完成有机朗肯循环；LNG增压后经过第三换热器9、第五换热器13和第六换热器17三次升温加热后进入透平膨胀机14做功发电，完成天然气直接膨胀过程。
显然，以上具体实施方式中仅用于说明本发明的技术方案而非穷举，尽管参照上述具体实施方式对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统，包括BOG燃气轮机系统、卡琳娜循环、有机朗肯循环和天然气直接膨胀系统；其特征在于：
所述的BOG燃气轮机系统包括BOG压缩机(2)，BOG压缩机(2)的进口侧与LNG储罐的气相出口侧相连接，BOG压缩机(2)的出口侧接入第一换热器(3)的冷流进口侧，第一换热器(3)的冷流出口侧和空气压缩机(4)的出口侧接入燃烧器(5)的进口侧，燃烧器(5)的出口侧连入燃气轮机(7)的进口侧，燃气轮机(7)的出口侧与第二换热器(6)的热流进口侧连接，第二换热器(6)的热流出口侧气体外排；
所述的卡琳娜循环包括氨水泵(20)，氨水泵(20)的出口侧与第二换热器(6)冷流进口侧连接，第二换热器(6)的冷流出口侧接入分离器(16)的进口侧，分离器(16)的液相出口侧与第六换热器(17)的热流进口侧相连通，第六流换热器(17)的热流出口侧与节流阀(18)的进口相接，分离器(16)的气相出口侧与氨气透平膨胀机(15)的进口侧相连通，氨气透平膨胀机(15)的出口侧与第四换热器(11)的热流进口侧相连通，第四换热器(11)热流出口侧的连入第五换热器(13)的热流进口侧，第五换热器(13)的热流出口侧与节流阀(18)的出口侧通过混合器(19)连入氨水泵(20)的进口侧；
所述的有机朗肯循环包括有机朗肯透平膨胀机(12)，有机朗肯透平膨胀机(12)的出口侧与第一换热器(3)的热流进口侧相连通，第一换热器(3)的热流出口侧连入第三换热器(9)的热流进口侧，第三换热器(9)的热流出口侧连入有机工质泵(10)的进口侧，有机工质泵(10)的出口侧与第四换热器(11)的冷流进口侧相连通，第四换热器(11)的冷流出口侧连入有机朗肯透平膨胀机(12)的进口侧；
所述的天然气直接膨胀系统包括LNG储罐(1)，LNG储罐(1)的液相出口侧与LNG泵(8)的进口侧相连，LNG泵(8)出口侧连入第三换热器(9)的冷流进口侧，第三换热器(9)的冷流出口侧与第五换热器(13)的冷流进口侧相连通，第五换热器(13)的冷流出口侧连入第六换热器(17)的冷流进口侧，第六换热器(17)的冷流出口侧与透平膨胀机(14)的进口侧相连通。
2.根据权利要求1所述的一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统，其特征在于：所述LNG储罐(1)的气相出口侧的工质为BOG。
3.根据权利要求1所述的一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统，其特征在于：所述有机朗肯循环中冷源为LNG。
4.根据权利要求1所述的一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统，其特征在于：所述卡琳娜循环中循环工质为氨水混合物。
5.根据权利要求1所述的一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统，其特征在于：所述有机工质包括但不限于R245fa五氟丙烷、R365mfc五氟丁烷、n-Nonane正壬烷、n-Octane正辛烷或n-Pentane正戊烷。
6.根据权利要求1所述的一种利用LNG冷能的BOG燃气轮机/卡琳娜/有机朗肯联合循环发电系统，其特征在于：所述透平膨胀机(14)的出口侧直接连至用户或企业。
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