CN112963731B - 一种带冷能利用整体式中间介质汽化器及组成的发电系统 - Google Patents

一种带冷能利用整体式中间介质汽化器及组成的发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带冷能利用整体式中间介质汽化器，包括壳体，壳体内由第一隔板和第二隔板分隔形成依次并列布置的LNG汽化换热通道、中间循环介质换热通道和热源介质换热通道，若干热管组件穿过第一隔板，LNG汽化换热通道设置LNG进口和NG出口，中间循环介质换热通道设置低压气态中间循环介质进口和低压液态中间循环介质出口，热源介质换热通道分隔为中间循环介质蒸发区以及NG调温区，中间循环介质蒸发区设置高压气态中间循环介质出口和高压液态中间循环介质进口，NG调温区设置调温器NG进口和出口，调温器NG进口与NG出口相连。本发明还公开了由该汽化器构成的单级、多级级联式朗肯循环发电系统，以适应不同汽化量需求，对LNG冷能梯级利用的。

Description

一种带冷能利用整体式中间介质汽化器及组成的发电系统
技术领域
本发明涉及一种汽化器及发电系统，特别是一种带冷能利用整体式中间介质汽化器及组成的发电系统。
背景技术
天然气通常是以LNG的形式进行储运,在输送到用户终端前实现将-163℃左右温度的LNG提高到10℃～25℃的天然气(NG)，而汽化的过程一般在LNG汽化器中进行。由于液化天然气蕴含830～860MJ/t的冷量，利用高品位的冷能构建循环发电系统是大规模利用LNG冷量的主要方式。
目前，全球LNG接收站常用的汽化器有三种类型，如开架式汽化器(ORV)、浸没燃烧式汽化器(SCV)、带中间传热介质汽化器(IFV)等，其中带中间循环介质汽化器以其结构紧凑、对不同水质和运行条件的海水适应性强、经济性好，且能避免加热流体的冰点问题等优点而成为LNG汽化的首选。
但现有的整体式中间循环介质汽化器(IFV)大多采用海水汽化LNG，虽然汽化效率高、结构紧凑、运行稳定，但是大量的LNG汽化冷能无法直接利用，被海水带入大海。为利用LNG汽化冷能，只能将整体式中间循环介质汽化器(IFV)拆分为传统的预热器、蒸发器、冷凝器加上调温器等构成分置式的LNG冷能发电系统，不仅进一步增大系统功耗，而且带来所需占地面积及空间大的问题。虽然陆地接收站这一问题不突出，但对船舶及海上FSRU平台等对占地面积及空间有严格约束的LNG汽化场所，传统通过分置式中间循环介质汽化器形成的LNG冷能发电系统就难以甚至无法使用。
公开号为CN110080846A的中国专利采用热管技术提出了一种带LNG冷能利用功能的整体式中间循环介质汽化器及发电系统，其优点在于利用了LNG汽化冷能发电，系统紧凑占用空间小，大大节省了设备投入，实现了系统高效节能减排的目标。但是该技术方案仅适用于汽化量比较小的情况下，中间循环介质引出的冷能仅构建单级朗肯循环发电系统。其存在以下两个问题：1、中间循环介质的冷凝及蒸发都放在汽化器壳体内的中间第二通道内，限制了中间循环介质的冷凝区域和蒸发区域的可分割性，即限制了冷凝器及蒸发器的布置数量。2、汽化器壳体内左边通过热管贯通三个通道换热，不仅带来与LNG以及中间循环介质交换热量的热源数目不具备可调整性，只能是一种(如海水)，而且使得中间循环介质蒸发区也不可分割。而由于应用对象LNG汽化冷能数量存在巨大差异(如不同船舶吨位大小差异很大，带来配置的主辅动力LNG汽化冷能量变化很大)，考虑到大汽化量冷能高效利用需构建二级乃至三级级联朗肯发电循环，此时必然需要多个冷凝器，且进一步低品位LNG汽化冷能利用时也需要有冷凝器，且这些冷凝器均按温度梯度依次安排与LNG进行换热，因此需要汽化器中与LNG交换热量的冷凝区足够长以便于进行分割形成多个冷凝(器)区。同时，多级级联朗肯循环一般有多个不同温度的热源，此时需要有多个对应不同循环介质的蒸发器。显然上述专利的技术方案无法满足该要求。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种适应不同汽化量需求下构建LNG冷能高效利用系统的带冷能利用整体式中间介质汽化器。本发明的另一任务在于根据提供的一种带冷能利用整体式中间介质汽化器构成适应不同汽化量需求下的利用LNG冷能的发电系统。
本发明技术方案如下：一种带冷能利用整体式中间介质汽化器，包括壳体，所述壳体内由第一隔板和第二隔板分隔形成依次并列布置的LNG汽化换热通道、中间循环介质换热通道和热源介质换热通道，所述第一隔板设有若干通孔，若干热管组件穿过所述通孔由所述LNG汽化换热通道延伸至所述中间循环介质换热通道，所述壳体上位于所述LNG汽化换热通道设置LNG进口和NG出口，所述壳体上位于所述中间循环介质换热通道设置低压气态中间循环介质进口和低压液态中间循环介质出口，所述海水换热通道由中隔板分隔为中间循环介质蒸发区和NG调温区，所述中间循环介质蒸发区由中间循环介质与热源介质热交换，所述NG调温区内由NG与热源介质热交换，所述壳体上位于所述中间循环介质蒸发区设置高压气态中间循环介质出口和高压液态中间循环介质进口，所述壳体上位于NG调温区设置调温器NG进口和调温器NG出口，所述调温器NG进口与所述NG出口相连。
进一步地，所述第一隔板和所述第二隔板呈水平方向平行设置。
进一步地，所述第一隔板的通孔为行列交错排列。
进一步地，所述热管组件分为若干热管组，所述热管组从所述LNG进口向所述NG出口排列，靠近所述LNG进口的所述热管组的热管内部工作介质的沸点向靠近所述NG出口的所述热管组的热管内部工作介质的沸点依次增高。
进一步地，所述热管组设有三个，包括第一热管组、第二热管组和第三热管组，所述第一热管组靠近所述LNG进口，所述第一热管组的热管工质为甲烷，所述第三热管组靠近所述NG出口，所述第三热管组的热管工质为丙烷，所述第二热管组位于所述第一热管组和所述第三热管组之间，所述第二热管组的热管工质为乙烷。
进一步地，所述中间循环介质蒸发区设有第一热源介质管束，所述NG调温区设有第二热源介质管束，所述第一热源介质管束和所述第二热源介质管束呈水平设置。
进一步地，所述中间循环介质换热通道依次分隔为若干中间循环介质冷凝区，所述分隔设置的若干中间循环介质冷凝区从所述LNG进口一侧向所述NG出口一侧依次排列，靠近所述LNG进口一侧的所述中间循环介质冷凝区的中间循环介质的温度向靠近所述NG出口一侧的所述中间循环介质冷凝区的中间循环介质的温度依次增高，每个所述中间循环介质冷凝区依据与LNG逆流换热方式分别设有所述低压气态中间循环介质进口和所述低压液态中间循环介质出口。
进一步地，所述中间循环介质蒸发区分隔为若干中间循环介质蒸发子区，所述分隔设置的若干中间循环介质蒸发子区分别设置有高压液态中间循环介质进口和高压气态中间循环介质出口，同时热源介质依与循环介质逆流换热方式分别设置有进出口。
一种发电系统，包括带冷能利用整体式中间介质汽化器、一个工质泵构成的增压模块和一个透平机构成的做功模块，所述低压液态中间循环介质出口连接所述增压模块的进口，所述增压模块的出口连接所述高压液态中间循环介质进口，所述高压气态中间循环介质出口连接所述做功模块的进口，所述做功模块的出口连接所述低压气态中间循环介质进口，构成一级朗肯循环发电系统。
一种发电系统，包括按前述方式将中间循环介质冷凝换热通道依次分隔为若干中间循环介质冷凝区的带冷能利用整体式中间介质汽化器、、两个及以上工质泵组合构成的含有多路液态介质进口的增压模块和两个及以上透平机组合构成的含有多路气态介质出口的做功模块组成，每个所述中间循环介质冷凝区的低压液态中间循环介质出口分别连接至所述增压模块的多路液态介质进口，所述增压模块的出口连接所述中间循环介质蒸发区的高压液态中间循环介质进口，所述高压气态中间循环介质出口连接所述做功模块的进口，所述做功模块形成多路出口分别连接至每个所述中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，构成单一循环工质组成的多级并联级联式朗肯循环发电系统。
一种发电系统，包括将中间循环介质冷凝换热通道以及中间循环介质蒸发区均分隔为两个区(第一种中间循环介质冷凝区和第二种中间循环介质冷凝区，第一种中间循环介质蒸发区和第二种中间循环介质蒸发区)的带冷能利用整体式中间介质汽化器、第一工质泵、第二工质泵、第一透平机和第二透平机，所述中间循环介质冷凝换热通道分隔为第一种中间循环介质冷凝区和第二种中间循环介质冷凝区，所述中间循环介质蒸发区分隔为第一种中间循环介质蒸发区和第二种中间循环介质蒸发区，所述第一种中间循环介质冷凝区靠近所述NG出口一侧，所述第二种中间循环介质冷凝区靠近所述LNG进口一侧；壳体上位于所述第一种中间循环介质冷凝区设置第一种低压气态中间循环介质进口和第一低压液态中间循环介质出口，壳体上位于所述第二种中间循环介质冷凝区设置第二种低压气态中间循环介质进口和第二种低压液态中间循环介质出口；所述第一种中间循环介质蒸发区设置有第一种高压液态中间循环介质进口和第一种高压气态中间循环介质出口，同时依据逆流换热方式分别左右两端设置有第一种热源介质进口和第一种热源介质出口；所述第二种中间循环介质蒸发区设置第二种高压液态中间循环介质进口和第二种高压气态中间循环介质出口，同时依据逆流换热方式左右两端分别设置有第二种热源介质进口和第二种热源介质出口，所述第一种低压液态中间循环介质出口连接所述第一工质泵的进口，所述第一工质泵的出口连接所述第一种高压液态中间循环介质进口，所述第一种高压气态中间循环介质出口连接所述第一透平机的入口，所述第一透平机的排气出口连接所述第一种低压气态中间循环介质进口；所述第二种低压液态中间循环介质出口连接所述第二工质泵的进口，所述第二工质泵的出口连接所述第二种高压液态中间循环介质进口，所述第二种高压气态中间循环介质出口连接所述第二透平机的入口，所述第二透平机的排气出口连接所述第二种低压气态中间循环介质进口，构成对应由两种热源介质及两种循环工质组成的两级串联级联式朗肯循环发电系统。
一种发电系统，包括将中间循环介质冷凝换热通道以及中间循环介质蒸发区均分隔为三个区(其他低品位冷能利用的循环介质冷凝区、第一种中间循环介质冷凝区和第二种中间循环介质冷凝区，第一种中间循环介质蒸发区、第三种中间循环介质蒸发区、第二种中间循环介质与第三种中间循环介质换热使得第二种中间循环介质汽化的中间蒸发器)的带冷能利用整体式中间介质汽化器、第一工质泵、第二工质泵、第三工质泵、第一透平机、第二透平机和第三透平机，所述中间循环介质冷凝换热通道分隔为依次排列设置的低品位冷能利用的循环介质冷凝区、第一种中间循环介质冷凝区和第二种中间循环介质冷凝区，所述低品位冷能利用的循环介质冷凝区靠近所述NG出口一侧，所述第二种中间循环介质冷凝区靠近所述LNG进口一侧；所述中间循环介质蒸发区分隔为第一种中间循环介质蒸发区、第三种中间循环介质蒸发区和中间蒸发区，所述中间蒸发区用于第二种中间循环介质与第三种中间循环介质换热使所述第二种中间循环介质汽化，壳体上位于所述第一种中间循环介质冷凝区设置有第一种低压气态中间循环介质进口和第一种低压液态中间循环介质出口，壳体上位于所述第二种中间循环介质冷凝区设置有第二种低压气态中间循环介质进口和第二种低压液态中间循环介质出口；所述第一种中间循环介质蒸发区设置有第一种高压液态中间循环介质进口和第一种高压气态中间循环介质出口，所述第三种中间循环介质蒸发区设置有第三种高压液态中间循环介质进口和第三种高压气态中间循环介质出口；所述中间蒸发区设置有第二种高压液态中间循环介质进口、第二种高压气态中间循环介质出口、第三种低压气态中间循环介质进口和第三种低压液态中间循环介质出口；第一种低压液态中间循环介质出口连接所述第一工质泵的进口，所述第一工质泵的出口连接所述第一种高压液态中间循环介质进口，所述第一种高压气态中间循环介质出口连接所述第一透平机，所述第一透平机的排气出口连接所述第一种低压气态中间循环介质进口；所述第二种低压液态中间循环介质出口连接所述第二工质泵的进口，所述第二工质泵的出口连接所述第二种高压液态中间循环介质进口，所述第二种高压气态中间循环介质出口连接所述第二透平机，所述第二透平机的排气出口连接所述第二种低压气态中间循环介质进口；所述第三种低压液态中间循环介质出口连接所述第三工质泵的进口，所述第三工质泵的排气出口连接所述第三种高压液态中间循环介质进口，所述第三种高压气态中间循环介质出口连接所述第三透平机，所述第三透平机的排气出口连接所述第三种低压气态中间循环介质进口，构成两种热源介质及三种循环工质构成的两并两串级联式朗肯循环发电系统。
本发明与现有技术相比的优点在于：在本发明中，经过透平机发电后的中间循环介质利用LNG汽化时释放的大量冷能作为冷源发生冷凝液化，之后经工质泵加压进入汽化器中与热源介质换热进行吸热汽化，实现连续循环发电，不仅克服了原整体式中间循环介质LNG汽化器无法利用LNG汽化冷能，导致能源浪费及大量低温热源介质(如：海水)直接排入海中造成对海洋生态影响的弊端，而且与现有的LNG汽化冷能朗肯循环发电系统相比，将此新型整体式汽化器取代原LNG冷能利用低温朗肯循环中所有的预热器、蒸发器、冷凝器及调温器等构成LNG冷能发电系统，大大节省了设备投入，减少了占地空间。此外，与公开号为CN110080846A的中国专利相比，本发明能够根据LNG汽化量大小，针对适应不同汽化量需求下构建的多级串/并联级联式朗肯循环中冷凝器和蒸发器的数目，通过对汽化器中间循环介质冷凝区和左下方中间循环介质蒸发区通道分隔出相应数目的冷凝区和蒸发区的数目供不同需求冷凝/蒸发循环介质进出即可，从而可灵活便利的根据LNG汽化量的大小组成多级串联/并联朗肯循环构成的发电系统，实现冷能的高效梯级利用。
在本发明中，对于三组热管根据工作温度分段采用三种不同的热管工质，从而保证三组热管在换热过程中正常工作且各换热通道不会出现冰堵。通过NG调温区可使从汽化器LNG通道NG出口出来的NG与热源介质换热通道内的热源介质再进行换热，使得NG能够进一步吸热升温至设定温度，以方便后续的使用。
附图说明
图1为本发明带冷能利用整体式中间介质汽化器及构成的单级朗肯循环发电系统结构示意图。
图2为第一隔板结构示意图。
图3为带冷能利用整体式中间介质汽化器及由单一循环工质构成的两级并联级联式朗肯循环发电系统的结构示意图。
图4为两级级联式朗肯循环发电系统的增压模块第一组合方式结构示意图。
图5为两级级联式朗肯循环发电系统的增压模块第二组合方式结构示意图。
图6为两级级联式朗肯循环发电系统的做功模块第一组合方式结构示意图。
图7为两级级联式朗肯循环发电系统的做功模块第二组合方式结构示意图。
图8为带冷能利用整体式中间介质汽化器及由单一循环工质构成的三级并联级联式朗肯循环发电系统的结构示意图。
图9为三级级联式朗肯循环发电系统的增压模块第一组合方式结构示意图。
图10为三级级联式朗肯循环发电系统的增压模块第二组合方式结构示意图。
图11为三级级联式朗肯循环发电系统的增压模块第三组合方式结构示意图。
图12为三级级联式朗肯循环发电系统的做功模块第一组合方式结构示意图。
图13为三级级联式朗肯循环发电系统的做功模块第二组合方式结构示意图。
图14为三级级联式朗肯循环发电系统的做功模块第三组合方式结构示意图。
图15为带冷能利用整体式中间介质汽化器及由两种循环工质构成的两级串联级联式朗肯循环发电系统结构示意图。
图16为带冷能利用整体式中间介质汽化器及由两种热源介质、三种循环工质构成的级联式循环发电系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请参见图1所示，本发明涉及的带冷能利用整体式中间介质汽化器1包括一壳体2，该壳体2为两侧工质进出口端面设计为半圆柱型的长方形组合体，壳体2内腔为换热空腔，在壳体2内设置有将换热空腔分隔为依次并列分布的LNG汽化换热通道3、中间循环介质换热通道4和热源介质换热通道5的第一隔板6及第二隔板7。第一隔板6、第二隔板7水平设置与壳体2之间均采用焊接的固定方式，因此LNG汽化换热通道3、中间循环介质换热通道4和热源介质换热通道5为上下方向叠置。在热源介质换热通道5内还设有一个将热源介质换热通道5分隔为左右两段的中隔板8，且中隔板8采用焊接的方式与第二隔板7的下表面以及壳体2的内壁固定连接。热源介质换热通道5的左侧部分为中间循环介质蒸发区9，右侧部分为NG调温区10。
请结合图2所示，本实施例中，第一隔板6上开有若干通孔23，这些通孔23以交叉排列方式布置，在通孔23内从右(LNG进口11一侧)向左(NG出口12一侧)依次插入第一热管组24、第二热管组25、第三热管组26。第一热管组24、第二热管组25和第三热管组26均是贯穿第一隔板6由LNG汽化换热通道3延伸至中间循环介质换热通道4。视LNG汽化升温后温度变化设置三个不同工作介质的热管组区，位于靠近LNG进口11的第一热管组24中的工质采用甲烷，中部的第二热管组25中的工质采用乙烷，靠近NG出口12的第三热管组26的工质采用丙烷。对于各个热管中采用不同的工质，从而保证各个热管在换热过程中正常工作且各通道不会出现冰堵。
在整体式中间循环介质汽化器1的壳体2上位于LNG换热通道3的两端设有LNG进口11和NG出口12，壳体2上位于中间循环介质换热通道4的两端设有低压气态中间循环介质进口13和低压液态中间循环介质出口14，并且低压气态中间循环介质进口13接近NG出口12，而低压液态中间循环介质出口14接近LNG进口11。在本实施例中，低压气态中间循环介质进口13和NG出口12都位于壳体2的左端，而低压液态中间循环介质出口14和LNG进口11都位于壳体2的右端。
在壳体2上位于中间循环介质蒸发区9设有高压液态中间循环介质进口19和高压气态中间循环介质出口20，中间循环介质蒸发区9内设置水平的第一热源介质管束，第一热源介质管束从壳体引出形成第一热源介质进口15和第一热源介质出口16；在壳体2上位于NG调温区10设有调温器NG进口21和调温器NG出口22，NG调温区10内设置水平的第二热源介质管束，第二热源介质管束从壳体引出形成个第二热源介质进口17和第二热源介质出口18。
由上述带冷能利用整体式中间介质汽化器构成的发电系统，包括整体式中间循环介质汽化器1、工质泵27和透平机28，其中工质泵27构成中介循环介质的增压模块S1，透平机28构成中介循环介质的做功模块S2。低压气态中间循环介质进口13与高压气态中间循环介质出口20之间通过一透平机28实现中间循环介质的做功与流通，低压液态中间循环介质出口14与高压液态中间循环介质进口19之间通过一工质泵27实现中间循环介质的增压与流通，构成一个单级有机朗肯发电循环系统。对于中间循环介质蒸发区9，热源介质走管束流程，中间循环介质走壳程，高压液态中间循环介质进口19与工质泵27连接，高压气态中间循环介质出口20与透平机28连接。对于NG调温区10，热源介质走管束流程，NG走壳程，调温器NG进口21与LNG换热通道3的NG出口12通过调温进液管道连接，使从LNG换热通道3的NG出口12出来的NG与热源介质换热通道5内的热源介质再进行换热，使得NG能够进一步吸热升温至设定温度，以方便后续的使用。
在本实施例中，以采用丙烷作为中间循环介质构成单级有机朗肯循环为例对本发明工作原理作进一步的详细说明：
LNG换热流程：初始状态的LNG(状态参数：1.5MPa，-162℃左右)从壳体2的右侧的LNG进口11流入，在汽化器前部换热区LNG流过第一热管组24，充分吸收丙烷释放的热量；在汽化器中部换热区变为气液两相状态；待其流至汽化器后部换热区变为过热NG状态，此时的LNG变为-50～-45℃的气态NG；气态NG经NG调温进口管道流入NG调温区10中，进一步吸热达到5～15℃，最终升温后的NG从NG调温出口管道流出，供用户使用。
丙烷换热流程：经透平机28流出的低温低压的气态丙烷(状态参数：0.11MPa，-40℃左右)，从壳体2左侧低压气态中间循环介质进口13流入中间循环介质换热通道4，通过第三热管组26、第二热管组25、第一热管组24吸收LNG释放的汽化冷能变为液态，在低压液态中间循环介质出口14处液态丙烷(状态参数：0.1MPa，-42℃左右)进入工质泵27中，之后丙烷经由工质泵27加压后变为低温高压的液态(状态参数：0.73MPa，-42℃左右)从中间循环介质蒸发区9的高压液态中间循环介质进口19流入中间循环介质蒸发区9的壳程内，与管道内的热源介质进行换热，低温高压的液态丙烷吸收热源介质的热量变成高温高压的气态丙烷(状态参数：0.73MPa，15℃)，然后从高压气态中间循环介质出口20流出，经由透平机28做功带动发电机工作产生电能，此时透平机28可输出的机械功为13330kJ/h，在整个换热过程中，可通过调节进入中间循环介质换热通道4中丙烷的流量以匹配LNG汽化量，从而实现实时工况的调节。
热源介质在中间循环介质蒸发区9的换热流程：热源介质(如：海水状态参数：0.1MPa，20℃左右)从热源介质进口15进入中间循环介质蒸发区9的热源介质管道中，与壳程中的高压低温液态丙烷进行换热使其汽化，整个过程中作为放热介质的热源介质海水从20℃降至14～15℃。
热源介质在NG换热区10的换热流程：热源介质同样取海水(状态参数：0.1MPa，20℃左右)从热源介质进口17进入NG换热区10的热源介质管道中，与壳程中的NG进行换热使其升温至设定温度，整个过程中作为放热介质的热源介质海水从20℃降至14～15℃。
由于第一热管组24、第二热管组25和第三热管组26均是仅贯穿第一隔板6由LNG汽化换热通道3延伸至中间循环介质换热通道4，而中间循环介质蒸发区9为单独设置热源介质管束换热区，因此根据构建的多级级联式冷能利用系统中冷凝器数目，可以对中间循环介质冷凝换热通道4分隔出相应的数目供需要与LNG换热冷凝的不同循环介质进出即可。同样视构成的循环发电系统中蒸发器数目，亦只需对中间循环介质蒸发区9分隔出相应的数目供需要与热源介质换热的循环介质进出即可，这样的结构安排更能适应不同汽化量需求下构建多级级联式冷能高效利用系统。
在前述LNG汽化量较小时采用单级有机朗肯发电循环系统具体实施例基础上，当汽化量增大时，需用单一工质构建多级(两级或三级)级联式朗肯循环实现冷能梯级利用，具体的，将中间循环介质冷凝换热通道4分隔为自左(NG出口12一侧)向右(LNG进口11一侧)依次排列的两个或三个有单独循环工质进出口的冷凝区域，然后构建单一工质两级或三级并联级联式郎肯循环发电系统。
请结合图3所示，由单一工质构成两级并联级联式朗肯循环发电系统时，中间循环介质冷凝换热通道4分隔为左右排列的高温中间循环介质冷凝区4a和低温中间循环介质冷凝区4b，高温中间循环介质冷凝区4a靠近NG出口，低温中间循环介质冷凝区4b靠近LNG进口。壳体2上位于高温中间循环介质冷凝区4a的左端设置第一低压气态中间循环介质进口13a，右端设置第一低压液态中间循环介质出口14a，壳体2上位于低温中间循环介质冷凝区4b的左端设置第二低压气态中间循环介质进口13b，右端设置第二低压液态中间循环介质出口14b。第一低压液态中间循环介质出口14a和第二低压液态中间循环介质出口14b均连接至增压模块S1对中间循环介质进行增压，而做功模块S2形成两路输出分别连接至第一低压气态中间循环介质进口13a和第二低压气态中间循环介质进口13b，其中第一低压气态中间循环介质进口13a的中间循环介质温度高于第二低压气态中间循环介质进口13b的中间循环介质温度。两级级联朗肯循环发电系统的增压模块S1的工质泵组合结构如图4及图5所示，增压模块S1包括第一工质泵27a和第二工质泵27b，第一工质泵27a和第二工质泵27b的进口分别连接第一低压液态中间循环介质出口14a和第二低压液态中间循环介质出口14b，第一工质泵27a和第二工质泵27b的出口工质混合后连接至中间循环介质蒸发区9；或者是第二工质泵27b的进口连接第二低压液态中间循环介质出口14b，第二工质泵27b的出口工质与从第一低压液态中间循环介质出口14a出来的低压液态中间循环介质混合后连接至第一工质泵27a的进口，第一工质泵27a的出口再连接至中间循环介质蒸发区9。两级级联朗肯循环发电系统的做功模块S2的透平机组合结构如图6及图7所示，做功模块S2包括第一透平机28a和第二透平机28b，中间循环介质蒸发区9的高压气态中间循环介质出口20分别连接至第一透平机28a和第二透平机28b，第一透平机28a的排气出口连接至第一低压气态中间循环介质进口13a，第二透平机28b的排气出口连接至第二低压气态中间循环介质进口13b，或者是中间循环介质蒸发区9的高压气态中间循环介质出口20连接至第一透平机28a，第一透平机28a的排气出口介质分成两股流，一股连接至第一低压气态中间循环介质进口13a，另外一股连接第二透平机28b继续做功，第二透平机28b的排气出口连接至第二低压气态中间循环介质进口13b。
请结合图8所示，由单一工质构成三级并联级联式朗肯循环发电系统时，中间循环介质冷凝换热通道4分隔为自左向右排列的高温中间循环介质冷凝区4a、中温中间循环介质冷凝区4b和低温中间循环介质冷凝区4c，高温中间循环介质冷凝区4a靠近NG出口，低温中间循环介质冷凝区4c靠近LNG进口。壳体2上位于高温中间循环介质冷凝区4a的左端设置第一低压气态中间循环介质进口13a，右端设置第一低压液态中间循环介质出口14a；壳体2上位于中温中间循环介质冷凝区4b的左端设置第二低压气态中间循环介质进口13b，右端设置第二低压液态中间循环介质出口14b；壳体2上位于低温中间循环介质冷凝区4c的左端设置第三低压气态中间循环介质进口13c，右端设置第三低压液态中间循环介质出口14c。第一低压液态中间循环介质出口14a、第二低压液态中间循环介质出口14b和第三低压液态中间循环介质出口14c均连接至增压模块S1对中介介质进行增压，而做功模块S2形成三路输出分别连接至第一低压气态中间循环介质进口13a、第二低压气态中间循环介质进口13b和第三低压气态中间循环介质进口13c，其中第一低压气态中间循环介质进口13a的中间循环介质温度高于第二低压气态中间循环介质进口13b的中间循环介质温度，第二低压气态中间循环介质进口13b的中间循环介质温度高于第三低压气态中间循环介质进口13c的中间循环介质温度。
三级并联级联式朗肯循环发电系统的增压模块S1的工质泵组合结构如图9、图10及图11所示，增压模块S1包括第一工质泵27a、第二工质泵27b和第三工质泵27c，第一工质泵27a、第二工质泵27b和第三工质泵27c的进口分别连接第一低压液态中间循环介质出口14a、第二低压液态中间循环介质出口14b和第三低压液态中间循环介质出口14c，第一工质泵27a、第二工质泵27b和第三工质泵27c的出口工质混合后连接至中间循环介质蒸发区9；或者是第二工质泵27b的进口连接第二低压液态中间循环介质出口14b，第三工质泵27c的进口连接第三低压液态中间循环介质出口14c，第二工质泵27b和第三工质泵27c的出口工质与第一低压液态中间循环介质出口14a出来的工质混合后连接至第一工质泵27a的进口，第一工质泵27a的出口再连接至中间循环介质蒸发区9；又或者是第三工质泵27c的进口连接第三低压液态中间循环介质出口14c，第三工质泵27c的出口与第二低压液态中间循环介质出口14b出来的工质混合连接后至第二工质泵27b的进口，第二工质泵27b的出口与第一低压液态中间循环介质出口14a出来的工质混合后连接至第一工质泵27a的进口，第一工质泵27a的出口再连接至中间循环介质蒸发区9。
三级并联级联式朗肯循环发电系统的做功模块S2的透平机组合结构如图12、图13及图14所示，做功模块S2包括第一透平机28a、第二透平机28b和第三透平机28c，中间循环介质蒸发区9的高压气态中间循环介质出口20分别连接至第一透平机28a、第二透平机28b和第三透平机28c，第一透平机28a的排气出口连接至第一低压气态中间循环介质进口13a，第二透平机28b的排气出口连接至第二低压气态中间循环介质进口13b、第三透平机28c的排气出口连接至第三低压气态中间循环介质进口13c，或者是中间循环介质蒸发区9的高压气态中间循环介质出口20连接至第一透平机28a，第一透平机28a的排气出口分别连接至第一低压气态中间循环介质进口13a以及第二透平机28b和第三透平机28c，第二透平机28b的排气出口连接至第二低压气态中间循环介质进口13b，第三透平机28c的排气出口连接至第三低压气态中间循环介质进口13c，又或者是中间循环介质蒸发区9的高压气态中间循环介质出口20连接至第一透平机28a，第一透平机28a的排气出口连接至第一低压气态中间循环介质进口13a以及第二透平机28b，第二透平机28b的排气出口连接第二低压气态中间循环介质进口13b以及第三透平机28c，第三透平机28c的排气出口连接第三低压气态中间循环介质进口13c。
当LNG汽化量比较大且拥有多个不同温度下热源介质，能由不同中间循环工质与具有不同温度热源介质换热汽化实现更为合理的能量梯级利用时，需要安排两至三种不同循环工质构建串/并联级联式循环系统实现冷能的梯级利用。具体的，请结合图15所示，由两种热源介质及两种循环工质构成两串联级联式朗肯循环发电系统时，中间循环介质冷凝换热通道4分隔为左右排列的第一种中间循环介质冷凝区4a和第二种中间循环介质冷凝区4b，第一种中间循环介质冷凝区4a靠近NG出口，第二种中间循环介质冷凝区4b靠近LNG进口。壳体2上位于第一种中间循环介质冷凝区4a的左端设置第一种低压气态中间循环介质进口13a，右端设置第一种低压液态中间循环介质出口14a，壳体2上位于第二种中间循环介质冷凝区4b的左端设置第二种低压气态中间循环介质进口13b，右端设置第二种低压液态中间循环介质出口14b。
中间循环介质蒸发区9分隔为左右排列的第一种中间循环介质蒸发区9a和第二种中间循环介质蒸发区9b，第一种中间循环介质蒸发区9a左右两端分别设置第一种热源介质进口15a和第一种热源介质出口16a，同时第一中间循环介质蒸发区9a的左右两端分别设置第一种高压液态中间循环介质进口19a和第一种高压气态中间循环介质出口20a；第二种中间循环介质蒸发区9左右两端分别设置第二种热源介质进口15b和第二种热源介质出口16b，同时第二种中间循环介质蒸发区9b的左右两端分别设置第二种高压液态中间循环介质进口19b和第二种高压气态中间循环介质出口20b。第一种低压液态中间循环介质出口14a连接第一工质泵27a进口，第一工质泵27a出口连接第一种高压液态中间循环介质进口19a，第一种高压气态中间循环介质出口20a连接第一透平机28a，第一透平机28a的排气出口连接第一种低压气态中间循环介质进口13a。第二种低压液态中间循环介质出口14b连接第二工质泵27b进口，第二工质泵27b出口连接第二种高压液态中间循环介质进口19b，第二种高压气态中间循环介质出口20b连接第二透平机28b，第二透平机28b的排气连接第二种低压气态中间循环介质进口13b。即实现两热源介质及两种循环工质构成的两级串联级联式朗肯循环发电系统。
请结合图16所示，由两种热源介质及三种循环工质构成两并(一底循环+一顶循环)两串级联式朗肯循环发电系统时，中间循环介质冷凝换热通道4分隔为自左向右排列的其他低品位冷能利用的循环介质冷凝区4a、第一种中间循环介质冷凝区4b和第二种中间循环介质冷凝区4c，第一种中间循环介质冷凝区4b居中，第二种中间循环介质冷凝区4c靠近LNG进口。壳体2上位于第一种中间循环介质冷凝区4b的左端设置第一种低压气态中间循环介质进口13b，右端设置第一种低压液态中间循环介质出口14b；壳体2上位于第二种中间循环介质冷凝区4c的左端设置第二种低压气态中间循环介质进口13c，右端设置第二种低压液态中间循环介质出口14c。
中间循环介质蒸发区9分隔为自左向右排列的第一种中间循环介质蒸发区9a和第三种中间循环介质蒸发区9b以及第二种循环介质和第三种循环介质换热(使得第二种循环介质汽化)的蒸发器9c。第一种中间循环介质蒸发区9a的左右两端分别设置第一种高压液态中间循环介质进口19a和第一高压气态中间循环介质出口20a，同时左右两端依逆流换热方式分别设置第一种热源介质进口15a和第一种热源介质出口16a；第三种中间循环介质蒸发区9b的左右两端分别设置第三种高压液态中间循环介质进口19b和第三高压气态中间循环介质出口20b，同时左右两端依逆流换热方式分别设置第二种热源介质进口15b和第一种热源介质出口16b；蒸发区9c的左右两端分别设置第二种高压液态中间循环介质进口19c和第二种高压气态中间循环介质出口20c，同时左右两端依逆流换热方式分别设置第三种低压气态循环介质进口15c和第三种低压液态循环介质出口16c。第一种低压液态中间循环介质出口14b连接第一工质泵27a进口，第一工质泵27a出口连接第一种高压液态中间循环介质进口19a，第一种高压气态中间循环介质出口20a连接第一透平机28a，第一透平机28a的排气出口连接第一种低压气态中间循环介质进口13b；第二种低压液态中间循环介质出口14c连接第二工质泵27b进口，第二工质泵27b出口连接第二种高压液态中间循环介质进口19c，在蒸发区9c汽化后，第二种高压气态中间循环介质出口20c与第二透平机28b连接，第二透平机28b的排气连接第二种低压气态中间循环介质进口13c。第三种高压气态中间循环介质出口20b连接第三透平机28c，第三透平机28c的排气连接蒸发区9c的第三种低压气态循环介质进口15c，第三种低压液态循环介质出口16c连接第三工质泵27c进口，第三工质泵27c出口连接第三种中间循环介质蒸发区9b的第三种高压液态中间循环介质进口19b。即实现两种热源介质及三种循环工质构成的级联式循环发电系统。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种带冷能利用整体式中间介质汽化器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内由第一隔板和第二隔板分隔形成依次并列布置的LNG汽化换热通道、中间循环介质换热通道和热源介质换热通道，所述第一隔板设有若干通孔，若干热管组件穿过所述通孔由所述LNG汽化换热通道延伸至所述中间循环介质换热通道，所述壳体上位于所述LNG汽化换热通道设置LNG进口和NG出口，所述壳体上位于所述中间循环介质换热通道依照与LNG逆流换热方式设置有低压气态中间循环介质进口和低压液态中间循环介质出口，所述热源介质换热通道由中隔板分隔为中间循环介质蒸发区和NG调温区，所述中间循环介质蒸发区设有第一热源介质管束，所述NG调温区设有第二热源介质管束，所述第一热源介质管束和所述第二热源介质管束呈水平设置，所述中间循环介质蒸发区由中间循环介质与热源介质热交换，所述NG调温区内由NG与热源介质热交换，所述壳体上位于所述中间循环介质蒸发区设置高压气态中间循环介质出口和高压液态中间循环介质进口，所述壳体上位于NG调温区设置调温器NG进口和调温器NG出口，所述调温器NG进口与所述NG出口相连。
2.根据权利要求1所述的带冷能利用整体式中间介质汽化器，其特征在于，所述第一隔板和所述第二隔板呈水平方向平行设置。
3.根据权利要求1所述的带冷能利用整体式中间介质汽化器，其特征在于，所述第一隔板的通孔为行列交错排列。
4.根据权利要求1所述的带冷能利用整体式中间介质汽化器，其特征在于，所述热管组件分为若干热管组，所述热管组从所述LNG进口向所述NG出口排列，靠近所述LNG进口的所述热管组的热管内部工作介质的沸点向靠近所述NG出口的所述热管组的热管内部工作介质的沸点依次增高。
5.根据权利要求4所述的带冷能利用整体式中间介质汽化器，其特征在于，所述热管组设有三个，包括第一热管组、第二热管组和第三热管组，所述第一热管组靠近所述LNG进口，所述第一热管组的热管工质为甲烷，所述第三热管组靠近所述NG出口，所述第三热管组的热管工质为丙烷，所述第二热管组位于所述第一热管组和所述第三热管组之间，所述第二热管组的热管工质为乙烷。
6.根据权利要求1所述的带冷能利用整体式中间介质汽化器，其特征在于，所述中间循环介质换热通道依次分隔为若干中间循环介质冷凝区，所述分隔设置的若干中间循环介质冷凝区从所述LNG进口一侧向所述NG出口一侧依次排列，靠近所述LNG进口一侧的所述中间循环介质冷凝区的中间循环介质的温度向靠近所述NG出口一侧的所述中间循环介质冷凝区的中间循环介质的温度依次增高，每个所述中间循环介质冷凝区依据与LNG逆流换热方式分别设有所述低压气态中间循环介质进口和所述低压液态中间循环介质出口。
7.根据权利要求6所述的带冷能利用整体式中间介质汽化器，其特征在于，所述中间循环介质蒸发区分隔为若干中间循环介质蒸发子区，所述分隔设置的若干中间循环介质蒸发子区分别设置有高压液态中间循环介质进口和高压气态中间循环介质出口，同时热源介质依与循环介质逆流换热方式分别设置有进出口。
8.一种发电系统，其特征在于，包括两个及以上工质泵组合构成的含有多路液态介质进口的增压模块、两个及以上透平机组合构成的含有多路气态介质出口的做功模块和如权利要求6中所述的带冷能利用整体式中间介质汽化器，每个所述中间循环介质冷凝区的低压液态中间循环介质出口分别连接至所述增压模块的多路液态介质进口，所述增压模块的出口连接所述中间循环介质蒸发区的高压液态中间循环介质进口，所述高压气态中间循环介质出口连接所述做功模块的进口，所述做功模块形成多路出口分别连接至每个所述中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，构成单一循环工质组成的多级并联级联式朗肯循环发电系统。
9.一种发电系统，其特征在于，包括如权利要求7中所述的带冷能利用整体式中间介质汽化器、第一工质泵、第二工质泵、第一透平机和第二透平机，所述中间循环介质冷凝换热通道分隔为第一种中间循环介质冷凝区和第二种中间循环介质冷凝区，所述中间循环介质蒸发区分隔为第一种中间循环介质蒸发区和第二种中间循环介质蒸发区，所述第一种中间循环介质冷凝区靠近所述NG出口一侧，所述第二种中间循环介质冷凝区靠近所述LNG进口一侧；壳体上位于所述第一种中间循环介质冷凝区设置第一种低压气态中间循环介质进口和第一低压液态中间循环介质出口，壳体上位于所述第二种中间循环介质冷凝区设置第二种低压气态中间循环介质进口和第二种低压液态中间循环介质出口；所述第一种中间循环介质蒸发区设置有第一种高压液态中间循环介质进口和第一种高压气态中间循环介质出口，同时依据逆流换热方式分别左右两端设置有第一种热源介质进口和第一种热源介质出口；所述第二种中间循环介质蒸发区设置第二种高压液态中间循环介质进口和第二种高压气态中间循环介质出口，同时依据逆流换热方式左右两端分别设置有第二种热源介质进口和第二种热源介质出口，所述第一种低压液态中间循环介质出口连接所述第一工质泵的进口，所述第一工质泵的出口连接所述第一种高压液态中间循环介质进口，所述第一种高压气态中间循环介质出口连接所述第一透平机的入口，所述第一透平机的排气出口连接所述第一种低压气态中间循环介质进口；所述第二种低压液态中间循环介质出口连接所述第二工质泵的进口，所述第二工质泵的出口连接所述第二种高压液态中间循环介质进口，所述第二种高压气态中间循环介质出口连接所述第二透平机的入口，所述第二透平机的排气出口连接所述第二种低压气态中间循环介质进口，构成对应由两种热源介质及两种循环工质组成的两级串联级联式朗肯循环发电系统。
10.一种发电系统，其特征在于，包括如权利要求7中所述的带冷能利用整体式中间介质汽化器、第一工质泵、第二工质泵、第三工质泵、第一透平机、第二透平机和第三透平机，所述中间循环介质冷凝换热通道分隔为依次排列设置的低品位冷能利用的循环介质冷凝区、第一种中间循环介质冷凝区和第二种中间循环介质冷凝区，所述低品位冷能利用的循环介质冷凝区靠近所述NG出口一侧，所述第二种中间循环介质冷凝区靠近所述LNG进口一侧；所述中间循环介质蒸发区分隔为第一种中间循环介质蒸发区、第三种中间循环介质蒸发区和中间蒸发区，所述中间蒸发区用于第二种中间循环介质与第三种中间循环介质换热使所述第二种中间循环介质汽化，壳体上位于所述第一种中间循环介质冷凝区设置有第一种低压气态中间循环介质进口和第一种低压液态中间循环介质出口，壳体上位于所述第二种中间循环介质冷凝区设置有第二种低压气态中间循环介质进口和第二种低压液态中间循环介质出口；所述第一种中间循环介质蒸发区设置有第一种高压液态中间循环介质进口和第一种高压气态中间循环介质出口，所述第三种中间循环介质蒸发区设置有第三种高压液态中间循环介质进口和第三种高压气态中间循环介质出口；所述中间蒸发区设置有第二种高压液态中间循环介质进口、第二种高压气态中间循环介质出口、第三种低压气态中间循环介质进口和第三种低压液态中间循环介质出口；第一种低压液态中间循环介质出口连接所述第一工质泵的进口，所述第一工质泵的出口连接所述第一种高压液态中间循环介质进口，所述第一种高压气态中间循环介质出口连接所述第一透平机，所述第一透平机的排气出口连接所述第一种低压气态中间循环介质进口；所述第二种低压液态中间循环介质出口连接所述第二工质泵的进口，所述第二工质泵的出口连接所述第二种高压液态中间循环介质进口，所述第二种高压气态中间循环介质出口连接所述第二透平机，所述第二透平机的排气出口连接所述第二种低压气态中间循环介质进口；所述第三种低压液态中间循环介质出口连接所述第三工质泵的进口，所述第三工质泵的排气出口连接所述第三种高压液态中间循环介质进口，所述第三种高压气态中间循环介质出口连接所述第三透平机，所述第三透平机的排气出口连接所述第三种低压气态中间循环介质进口，构成两种热源介质及三种循环工质构成的两并两串级联式朗肯循环发电系统。
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