CN113280663B - 带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器及组成的发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器，包括壳体，壳体内由横置隔板分隔形成LNG汽化区和中间循环介质蒸发区，LNG汽化区为LNG汽化通道与换热介质通道呈叉流布置的换热器结构，设置一竖置隔板将换热介质通道分隔为中间循环介质冷凝区和NG调温区，LNG汽化通道左右两端壳体上设置有LNG进口和NG出口，中间循环介质冷凝区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，NG调温区设置有热源介质进口和出口，中间循环介质蒸发区内热源介质与中间循环介质以逆流方式换热。本发明还公开了由该汽化器构成的单级、多级级联式、两级冷凝朗肯循环发电系统。本发明系统的结构紧凑，减少冷凝区长度，构成的发电系统适应不同汽化量需求。

Description

带冷能利用的紧凑型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，特别是涉及一种带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器及组成的发电系统。

背景技术

目前天然气主要是通过深冷方式以低温的液化天然气(LNG)进行储存与运输，LNG到达用户终端使用时需要将LNG汽化至常温，这过程中会释放出大量的冷能，这部分冷能若得不到有效地利用，不仅造成能量的巨大浪费，而且会对环境产生不利的影响。

LNG汽化过程经常应用的汽化器有三种型式：开架式汽化器、浸没燃烧加热型汽化器、中间介质型汽化器。开架式汽化器是以海水为热源，用管板，将海水喷淋在管板外表面换热使LNG汽化，占地面积较大，资金投入较大。浸没燃烧加热型汽化器是一种向水中直接排除燃气的燃烧器，燃气剧烈的搅动水，使传热效率很高，沿着汽化器的管路流动的水使得LNG化，传热效率较高，外形较小，安装费用低，但操作和维护费用较高。中间介质型汽化器是以中间介质为热媒，换热使得LNG汽化。

目前普遍应用的汽化器主要为中间介质汽化器，虽然汽化效率高，结构紧凑，运行稳定，对热源海水的水质没有严格的要求，但是LNG的汽化冷能却无法直接利用。其中的LNG汽化冷能直接被海水带走并排入大海，不仅浪费了大量的冷能，而且对海洋生物会产生不利的影响。为了利用汽化冷能，只能将IFV拆分为LNG汽化器、中间介质汽化器和NG调温器三个分开连接的换热器。此时系统中间需要设置中间介质循环泵，而且海水不再是先加热NG再加热中间介质，而是分别独立地进入NG调温器和中间介质汽化器，使得整个所构成的LNG汽化冷能利用系统复杂且庞大。虽然陆地接收站这一问题不突出，但对船舶及海上FSRU平台等这些对占地面积及空间有严格约束的LNG汽化场合，传统通过分置式中间介质汽化器形成的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以适应多热源情况。由于应用对象的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以提高冷能利用率，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，而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，因存在不同温度的热源介质及回热需要，要求有多个蒸发(器)区。显然上述专利的技术方案无法满足该要求。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的任务在于提供一种带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器，适应不同汽化量需求下构建高效紧凑式LNG冷能利用系统，并且通过引入呈叉流布置的印制电路板式微槽道换热器结构，尽可能的使系统的结构紧凑高效。本发明的另一任务在于提供一种由带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器组成的发电系统。

本发明技术方案如下：一种带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器，包括壳体，所述壳体内由一横置隔板分隔形成LNG汽化区和中间循环介质蒸发区，所述LNG汽化区LNG汽化通道为与换热介质通道呈叉流布置的换热器结构，所述LNG汽化区分为上下间隔设置的LNG汽化通道和换热介质通道，所述换热介质通道通过设置一竖置隔板分隔为中间循环介质冷凝区和NG调温区，所述LNG汽化通道左右两端壳体上设置有LNG进口和NG出口，所述NG出口位于所述NG调温区，所述中间循环介质冷凝区的壳体的前后侧分别设置有与所述中间循环介质冷凝区的换热介质通道连通的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NG调温区的壳体前后侧分别设置有与所述NG调温区的换热介质通道连通的调温热源介质进口和调温热源介质出口，所述中间循环介质蒸发区的两端壳体上分别设置热源介质进口和热源介质出口，所述中间循环介质蒸发区的壳体上分别设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，所述中间循环介质蒸发区内热源介质与中间循环介质以逆流方式换热。

进一步地，所述中间循环介质蒸发区内设置热源介质管束连通所述热源介质进口和热源介质出口。

进一步地，所述横置隔板在所述壳体内呈居中水平方向设置，所述竖置隔板与所述横置隔板相互垂直设置，所述LNG通道和换热介质通道与所述横置隔板平行。

进一步地，所述LNG汽化通道为与换热介质通道呈叉流布置的印制电路板式微槽道换热器结构，所述LNG汽化通道与换热介质通道内均设置有翅片。

进一步地，所述中间循环介质冷凝区的换热介质通道通过设置第一组隔板将所述中间循环介质冷凝区域分隔为若干中间循环介质冷凝子区域，所述中间循环介质冷凝子区域由所述NG调温区向所述LNG进口依次排列，每个所述中间循环介质冷凝子区域的壳体上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域由第二组隔板分隔为若干子区域，所述中间循环介质蒸发子区域由所述热源介质进口向所述热源介质出口依次排列，每个所述子区域的壳体上设置热源介质进出口和中间循环介质进出口或者设置两组中间循环介质进出口，所述子区域内由热源介质与中间循环介质或者由中间循环介质与中间循环介质进行换热。

一种发电系统，包括带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器、工质泵和透平机，所述低压液态中间循环介质出口连接所述工质泵的进口，所述工质泵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透平机的进口，所述透平机的出口连接所述低压气态中间循环介质进口，构成单级朗肯循环发电系统。

一种发电系统，包括带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器、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区域为第一中间循环介质冷凝区和第二中间循环介质冷凝区，所述第一中间循环介质冷凝区靠近所述NG调温区一侧，所述第二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域第一中间循环介质蒸发区和中间循环介质回热区，所述第一中间循环介质蒸发区的左部设有高温高压气态中间循环介质出口，所述第一中间循环介质蒸发区的右部设有高压中间循环介质进口和热源介质出口，所述中间循环介质回热区的左部设有高压中间循环介质出口和低压气态中间循环介质进口，所述中间循环介质回热区的右部设有高压液态中间循环介质进口，所述中间循环介质回热区的热源介质出口作为低压中间循环介质回热后的出口；所述第一中间循环介质冷凝区的低压液态中间循环介质出口连接至所述第一工质泵的进口，所述第二中间循环介质冷凝区的低压液态中间循环介质出口连接至所述第二工质泵的进口，所述第一工质泵和所述第二工质泵的出口合并连接至所述高压液态中间循环介质进口，所述高压中间循环介质出口与所述高压中间循环介质进口连通，所述高温高压气态中间循环介质出口分别连接至所述第一透平机和所述第二透平机，所述第一透平机的出口连接至所述第一中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，所述第二透平机的出口连接至所述低压气态中间循环介质进口，所述低压中间循环介质回热后的出口连接至所述第二中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，构成由单一中间循环介质、单一热源组成的带回热的两级冷凝朗肯循环发电系统。

一种发电系统，包括带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器、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区域为第一中间循环介质冷凝区和第二中间循环介质冷凝区，所述第一中间循环介质冷凝区靠近所述NG调温区一侧，所述第二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域为第一中间循环介质蒸发区、第二中间循环介质蒸发区和中间循环介质回热区，所述第一中间循环介质蒸发区的左部设有高温高压气态中间循环介质出口，所述中间循环介质蒸发区热源介质进口作为第一种热源介质进口，所述第一中间循环介质蒸发区的右部设有中温高压气态中间循环介质进口和第一种热源介质出口，所述第二中间循环介质蒸发区的左部设有第二种热源介质进口和中温高压气态中间循环介质出口，所述第二中间循环介质蒸发区的右部设有高压中间循环介质进口和第二种热源介质的出口，所述中间循环介质回热区的左部设有高压中间循环介质出口和低压中间循环介质进口，所述中间循环介质回热区的右部设有高压中间循环介质进口，所述中间循环介质回热区的热源介质出口作为中间循环介质回热后的出口；所述第一中间循环介质冷凝区的低压液态中间循环介质出口连接至所述第一工质泵的进口，所述第二中间循环介质冷凝区的低压液态中间循环介质出口连接至所述第二工质泵的进口，所述第一工质泵和所述第二工质泵的出口合并连接至所述中间循环介质回热区的高压中间循环介质进口，所述高压中间循环介质出口连接至所述第二中间循环介质蒸发区的高压中间循环介质进口，所述高压气态中间循环介质出口连接至所述中温高压气态中间循环介质进口，所述高温高压气态中间循环介质出口分别连接至所述第一透平机和所述第二透平机，所述第一透平机的出口连接至所述第一中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，所述第二透平机的出口连接至所述中间循环介质回热区的低压气态中间循环介质进口，所述低压中间循环介质回热后的出口连接至所述第二中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，第一种热源介质由所述种热源介质进口流入至所述第一种热源介质出口流出，第二热源介质由所述第二热源介质进口流入至所述第二热源介质出口流出，构成单一中间循环介质，高、低温双热源组成的带回热和预热的两级冷凝朗肯循环发电系统。

一种发电系统，包括带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器、第一工质泵、第二工质泵、第三工质泵、第四工质泵、第一透平机、第二透平机、第三透平机和第四透平机，所述中间循环介质冷凝区域为依次排列的第一中间循环介质冷凝区、第二中间循环介质冷凝区和第三中间循环介质冷凝区，所述第一中间循环介质冷凝区靠近所述NG调温区一侧，所述第三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域第一中间循环介质蒸发区、第二中间循环介质蒸发区、第三中间循环介质蒸发区和中间循环介质换热区；所述第一中间循环介质蒸发区的左部设有第一种高压气态中间循环介质出口，所述中间循环介质蒸发区热源介质进口作为第一种热源介质进口，所述第一中间循环介质蒸发区的右部设有第一种高压液态中间循环介质进口和第一种热源介质出口，所述第二中间循环介质蒸发区的左部设有第三种高压气态中间循环介质出口和第二种热源介质进口，所述第二中间循环介质蒸发区的右部设有第三种高压中间循环介质进口和第二种热源介质出口，所述第三中间循环介质蒸发区的左部前侧设有第三种高压中间循环介质出口和第三种热源介质进口，所述第三中间循环介质蒸发区的右部设有第三种高压液态中间循环介质进口和第三种热源介质出口，所述中间循环介质换热区的左部设有第三种低压气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，所述中间循环介质换热区的右部设有第二种高压液态中间循环介质进口，所述中间循环介质换热区的热源介质出口作为第三种低压液态中间循环介质出口；所述第一中间循环介质冷凝区的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中间循环介质蒸发区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中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，构成第一种中间循环工质的一个单级朗肯循环；所述第二中间循环介质冷凝区和所述第三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所述第二工质泵和所述第三工质泵的进口，所述第二工质泵和第三工质泵的出口合流后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分流后分别连接所述第二透平机和所述第三透平机，所述第二透平机的排气连接至所述第二中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，所述第三透平机的排气连接至所述第三中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，形成由第二种中间循环工质构成的一个单级双冷凝的朗肯底循环；所述第三种低压液态中间循环介质出口连接所述第四工质泵的进口，所述第四工质泵的出口连接所述第三种高压液态中间循环介质进口，所述第三种高压中间循环介质出口连接至所述第三种高压中间循环介质进口，所述第三种高压气态中间循环介质出口连接所述第四透平机，所述第四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，构成一个与第二种中间循环介质级联的单级朗肯顶循环。从而整体构成由三种热源介质及三种循环介质组成的带预热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：克服了原有整体式IFV无法利用LNG汽化冷能，导致能源浪费，影响生态的弊端，而且将此新型整体式汽化器代替了朗肯循环中的蒸发器、冷凝器、预热器和调温器等构成LNG冷能发电系统，显著地减少了占地空间，节省了设备投入。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别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，并且本发明在LNG汽化区域采用由3D打印技术制造的呈叉流布置的高效紧凑印制电路板式微槽道换热器结构，使得原来的三通道改为更加紧凑的两通道，使整体结构更加紧凑，换热效率更高，适用于不同流体之间的相变换热。

附图说明

图1为带冷能利用的紧凑型中间循环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为带冷能利用的紧凑型中间循环介质汽化器左端侧视图。

图3为带冷能利用的紧凑型中间循环介质汽化器内部结构侧向示意图。

图4为带冷能利用的紧凑型中间循环介质汽化器构成的带回热的两级冷凝朗肯循环发电系统的结构示意图。

图5为带冷能利用的紧凑型中间循环介质汽化器构成的采用单一循环介质的带回热和预热的两级冷凝朗肯循环发电系统的结构示意图。

图6为带冷能利用的紧凑型中间循环介质汽化器构成的采用三种循环介质、三种热源介质的带预热的两并两串级联式朗肯循环发电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步阐明本发明，但不作为对本发明的限定。

请参见图1至图3所示，本发明涉及的带冷能利用的紧凑型中间循环介质汽化器1包括一壳体2，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LNG汽化区和中间循环介质蒸发区14的横置隔板10，LNG汽化区内LNG通道6和换热介质通道7上下间隔设置，并呈叉流布置的高效紧凑印制电路板式微槽道换热器结构。其中LNG汽化区中换热介质通道7由左侧的NG调温区8和右侧的中间循环介质冷凝区20组成，由竖置隔板3所隔开。隔板10水平设置与壳体2之间采用焊接的固定方式，竖置隔板3也采用焊接的方式与每层换热他介质通道的上下板表面以及壳体2的内壁固定连接，即隔板仅将每层换热介质通道进行分隔，而每层LNG通道仍保持畅通。LNG通道6与换热介质通道7内带有翅片。

在紧凑型中间循环介质汽化器1的壳体2上位于LNG汽化通道6的两端设有LNG进口19和NG出口9，壳体2上位于中间循环介质冷凝区20的前后设有低压气态中间循环介质进口22和低压液态中间循环介质出口21，位于NG调温区8的前后侧设有热源介质海水进口5和海水出口4。壳体2上位于中间循环介质蒸发区14的两端设有热源介质进口13和热源介质出口18，并且热源介质进口13与NG出口9位于壳体同一侧，而热源介质出口18与LNG进口19位于同一侧。在本实施例中，热源介质进口13和NG出口9都位于壳体2的左端，而热源介质出口18和LNG进口19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14设有高压液态中间循环介质进口17和高压气态中间循环介质出口11，中间循环介质蒸发区14内设置水平的热源介质管束12。

由上述带冷能利用的紧凑型中间循环介质汽化器构成的发电系统，包括紧凑型中间循环介质汽化器1、工质泵16和透平机15。中间循环介质冷凝区20的低压气态中间循环介质进口22与中间循环介质蒸发区14的高压气态中间循环介质出口11之间通过一透平机15实现中间循环介质的做功与流通，中间循环介质冷凝区20的低压液态中间循环介质出口21与高压液态中间循环介质进口17之间通过一工质泵16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14，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17与工质泵16连接，高压气态中间循环介质出口11与透平机15连接。

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入口19流入，充分吸收丙烷释放的热量，变为气态NG(状态参数：1.5MPa，-50℃左右)；气态NG经NG调温区8调温，进一步吸热达到5～15℃，最终升温后的NG从NG出口9流出，供用户使用。

丙烷换热流程：经透平15流出的低温低压的气态丙烷(状态参数：0.11MPa，-40℃左右)，从中间循环介质冷凝区20壳体2上的低压气态中间循环介质进口22进入中间介质换热通道23(叉流布置的印制电路板式微槽道换热器结构中带翅片的换热介质通道7)，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21处液态丙烷(状态参数：0.1MPa，-42℃左右)进入工质泵16中，之后丙烷经由工质泵16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14的高压液态中间循环介质进口17流入中间循环介质蒸发区14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℃)，然后从中间循环介质蒸发区14壳体2上的高压气态中间循环介质出口11流出，经由透平机15做功带动发电机工作产生电能，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23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13进入中间循环介质蒸发区14的热源介质管束12中，与壳程中的高压低温液态丙烷进行换热使其汽化，丙烷温度升高到5～10℃，之后热源介质从热源介质出口18流出。整个过程中作为放热介质的海水从约20℃降至14～15℃。

由于LNG与中间循环介质为交叉布置式换热，而中间循环介质蒸发区14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区20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14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区20分隔为自左(NG出口9一侧)向右(LNG进口19一侧)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，然后构建单一工质多级级联式朗肯循环发电系统。

请结合图4所示，由单一工质构成两级冷凝朗肯循环发电系统时，中间循环介质冷凝区20的中间介质冷凝通道分隔为左右排列的第一中间循环介质冷凝区20a和第二中间循环介质冷凝区20b，第一中间循环介质冷凝区20a靠近NG调温区8，第二中间循环介质冷凝区20b靠近LNG进口19。

壳体2上位于第一中间循环介质冷凝区20a的前部设置低压气态中间循环介质进口22a，后部设置低压液态中间循环介质出口21a，壳体2上位于第二中间循环介质冷凝区20b的前部设置低压气态中间循环介质进口22b，后部设置低压液态中间循环介质出口21b。中间循环介质蒸发区14分隔为左右排列的第一中间循环介质蒸发区14a和中间循环介质回热区14b，第一中间循环介质蒸发区14a靠近热源介质进口13a(为了便于区分本实施例中标记为13a)，中间循环介质回热区14b靠近热源介质出口(本实施例中该出口作为中间循环介质回热出口18b)。壳体2上位于第一中间循环介质蒸发区14a右部前侧设有热源介质出口18a，右部前侧还设有高压中间循环介质进口17a。壳体2上位于第一中间循环介质蒸发区14a左部前侧设有高温高压气态中间循环介质出口11a。第一中间循环介质蒸发区14a内的热源介质管束12连通的是热源介质进口13a和第一热源介质出口18a。壳体2上位于中间循环介质回热区14b的右部前侧设有低温高压的液态中间循环介质进口17b，中间循环介质回热出口18b位于中间循环介质回热区14b的右端。壳体2上位于中间循环介质回热区14b的左部前侧设有低压气态中间循环介质进口13b和高压中间循环介质出口11b。中间循环介质回热区14b内的设置水平管束连通低压气态中间循环介质进口13b和中间循环介质回热出口18b。高压中间循环介质出口11b与高压中间循环介质进口17a连通，中间循环介质回热出口18b与第二中间循环介质冷凝区20b的第二低压气态中间循环介质进口22b连通。

从第一中间循环介质冷凝区20a的第一低压液态中间循环介质出口21a出来的中间循环介质进入第一工质泵16a，从第二中间循环介质冷凝区20b的第二低压液态中间循环介质出口21b出来的中间循环介质进入第二工质泵16b，从两个工质泵出来的中间循环介质进行合流，合流后流入中间循环介质回热区14b的低温高压的液态中间循环介质进口17b，再从中间循环介质回热区14b的高压中间循环介质出口11b流向中间循环介质蒸发区14a的高压中间循环介质进口17a，之后从中间循环介质蒸发区14a的高温高压气态中间循环介质出口11a流出后分两路流入第一透平机15a和第二透平机15b，第二透平机15b的出口中间循环介质从低压气态中间循环介质进口13b流入中间循环介质回热区14b，以回热方式将热量提供给高压液态中间循环介质后，再流入第二中间循环介质冷凝区20b，第一透平机15a的出口中间循环介质直接从第一低压气态中间循环介质进口22a流入第一中间循环介质冷凝区20a。由此构成由单一中间循环介质、单一热源组成的带回热的两级冷凝朗肯循环发电系统。

请结合图5所示，由单一循环工质，双热源组成的带回热和预热的两级冷凝朗肯循环发电系统时，中间循环介质冷凝区20的中间介质冷凝通道分隔为自左向右排列的第一中间循环介质冷凝区20a和第二中间循环介质冷凝区20b，第一中间循环介质冷凝区20a靠近NG调温区8，第二中间循环介质冷凝区20b靠近LNG进口19。

在壳体2上位于第一中间循环介质冷凝区20a设置第一低压气态中间循环介质进口22a和第一低压液态中间循环介质出口21a，壳体2上位于第二中间循环介质冷凝区20b设置第二低压气态中间循环介质进口22b和第二低压液态中间循环介质出口21b。中间循环介质蒸发区14分隔为左右排列的第一中间循环介质蒸发区14a、第二中间循环介质蒸发区14b和中间循环介质回热区14c，第一中间循环介质蒸发区14a靠近NG出口9，中间循环介质回热区14c靠近LNG进口19。壳体2上位于第一中间循环介质蒸发区14a的左端设有第一种热源介质进口13a，左部前侧设有高温高压气态中间循环介质出口11a，右部前侧设有第一高压中间循环介质进口17a和第一种热源介质出口18a，第一中间循环介质蒸发区14a内热源介质管束连通第一种热源介质进口13a和第一种热源介质出口18a。

壳体2上位于第二中间循环介质蒸发区14b的左部前侧设有第二种热源介质的进口13b和高压气态中间循环介质出口11b，右部前侧设有第二高压中间循环介质进口17b和第二种热源介质的出口18b。第二中间循环介质蒸发区14b内热源介质管束连通第二种热源介质的进口13b和第二种热源介质的出口18b。第一中间循环介质蒸发区14a和第二中间循环介质蒸发区14b采用不同的热源介质换热。

壳体2上位于中间循环介质回热区14c的左部前侧设有低压中间循环介质进口13c和高压中间循环介质出口11c，右侧前部设有第三高压中间循环介质进口17c，右端为热源介质出口(本实施例中该出口作为中间循环介质回热出口18c)。中间循环介质回热区14c内水平管束连通低压中间循环介质进口13c和中间循环介质回热出口18c，中间循环介质回热出口18c与第二中间循环介质冷凝区20b的第二低压气态中间循环介质进口22b连通。

从第一中间循环介质冷凝区20a的第一低压液态中间循环介质出口21a出来的中间循环介质进入第一工质泵16a，从第二中间循环介质冷凝区20b的第二低压液态中间循环介质出口21b出来的中间循环介质进入第二工质泵16b，从两个工质泵出来的中间循环介质进行合流，流入中间循环介质回热区14c的第三高压中间循环介质进口17c，高压中间循环介质出口11c连接至第二中间循环介质蒸发区14b的第二高压中间循环介质进口17b，第二中间循环介质蒸发区14b的高压气态中间循环介质出口11b连接至第一中间循环介质蒸发区14a的第一高压中间循环介质进口17a，高温高压的气态中间循环介质从第一中间循环介质蒸发区14a的高温高压气态中间循环介质出口11a出来后分两路流入第一透平机15a和第二透平机15b，第二透平机15b的出口中间循环介质从低压中间循环介质进口13c流入中间循环介质回热区14c，以回热方式将热量提供给高压液态中间循环介质后，再流入第二中间循环介质冷凝区20b，第一透平机15a的出口中间循环介质直接从第一低压气态中间循环介质进口22a流入第一中间循环介质冷凝区20a。由此构成单一中间循环介质，高、低温双热源组成的带回热和预热的两级冷凝朗肯循环发电系统。

当LNG汽化量比较大且热源介质较多时，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6所示，由三种热源介质及三种循环工质构成的带预热的两并两串级联式朗肯循环发电系统时，中间循环介质冷凝区20的中间介质冷凝通道分隔为依次排列设置的第一中间循环介质冷凝区20a、第二中间循环介质冷凝区20b和第三中间循环介质冷凝区20c，第一中间循环介质冷凝区20a靠近NG调温区8一侧，第三中间循环介质冷凝区20c靠近LNG进口19一侧，第二中间循环介质冷凝区20b和第三中间循环介质冷凝区20c采用同一种中间循环介质。中间循环介质蒸发区14从左至右分隔为第一中间循环介质蒸发区14a、第二中间循环介质蒸发区14b、第三中间循环介质蒸发区14c和中间循环介质换热区14d。

壳体2上位于第一中间循环介质冷凝区20a设置有第一低压气态中间循环介质进口22a和第一低压液态中间循环介质出口21a，壳体2上位于第二中间循环介质冷凝区20b设置有第二低压气态中间循环介质进口22b和第二低压液态中间循环介质出口21b，壳体2上位于第三中间循环介质冷凝区20c设置有第三低压气态中间循环介质进口22c和第三低压液态中间循环介质出口21c。

壳体2上位于第一中间循环介质蒸发区14a的左端为第一种热源介质进口13a，第一中间循环介质蒸发区14a的左部前侧设有第一种高压气态中间循环介质出口11a，右部前侧设有第一种高压液态中间循环介质进口17a和第一种热源介质出口18a。第一中间循环介质蒸发区14a内的热源介质管束连通第一种热源介质进口13a和第一种热源介质出口18a。

壳体2上位于第二中间循环介质蒸发区14b的左部前侧设有第三种高压气态中间循环介质出口11b和第二种热源介质进口13b，右部前侧设有第三种高压中间循环介质进口17b和第二种热源介质出口18b。第二中间循环介质蒸发区14b内的热源介质管束连通第二种热源介质进口13b和第二种热源介质的出口18b。

壳体2上位于第三中间循环介质蒸发区14c的左部前侧设有第三种高压中间循环介质出口11c和第三种热源介质进口13c，右部前侧设有第三种高压液态中间循环介质进口17c和第三种热源介质出口18c。第三中间循环介质蒸发区14c内的热源介质管束连通第三种热源介质进口13c和第三种热源介质出口18c。

壳体2上位于中间循环介质换热区14d的左部前侧设有第三种低压气态中间循环介质进口13d和第二种高压气态中间循环介质出口11d，右部前侧设有第二高压液态中间循环介质进口17d，右端为第三种低压液态中间循环介质出口18d。中间循环介质换热区14d的水平管束连通第三种低压气态中间循环介质进口13d和第三种低压液态中间循环介质出口18d。

第一中间循环介质冷凝区20a的第一种低压液态中间循环介质出口21a连接第一工质泵16a的进口，第一工质泵16a的出口连接第一中间循环介质蒸发区14a的第一种高压液态中间循环介质进口17a，第一种高压气态中间循环介质出口11a连接第一透平机15a，第一透平机15a的排气出口连接第一中间循环介质冷凝区20a的第一种低压气态中间循环介质进口22a。构成的该循环中采用第一种循环介质和第一种热源。

第二中间循环介质冷凝区20b的低压液态中间循环介质出口21b和第三中间循环介质冷凝区20c的低压液态中间循环介质出口21c流出的第二种中间循环介质分别进入第二工质泵16b和第三工质泵16c加压后进行合流，流入中间循环介质换热区14d的第二种高压液态中间循环介质进口17d，高温高压的第二种气态中间循环介质从中间循环介质换热区14d的高压气态中间循环介质出口11d出来后进行分流，分别流入第二透平机15b和第三透平机15c，第二透平机15b的排气连接至第二中间循环介质冷凝区20b的第二种低压气态中间循环介质进口22b，第三透平机15c的排气连接至第三中间循环介质冷凝区20c的第二种低压气态中间循环介质进口22c，构成的该循环中采用第二种循环介质。

中间循环介质换热区14d的低压液态中间循环介质出口18d连接第四工质泵16d的进口，第四工质泵16d的出口连接第三中间循环介质蒸发区14c的第三种高压液态中间循环介质进口17c，第三中间循环介质蒸发区14c的第三种高压中间循环介质出口11c连接至第二中间循环介质蒸发区14b的第三种高压中间循环介质进口17b，第三种高压气态中间循环介质出口11b连接第四透平机15d，第四透平机15d的排气出口连接中间循环介质换热区14d的第三种低压气态中间循环介质进口13d。构成的该循环中采用第三种循环介质，在第二中间循环介质蒸发区14b可采用第二种热源，在第三中间循环介质蒸发区14c可采用第三种热源。第三种循环介质构成的底循环与前述第二种循环介质构成的循环形成级联循环，由此从整体上构成了由三种热源介质及三种循环介质组成的带预热的两并两串级联式朗肯循环发电系统。

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 (9)

1.一种发电系统，其特征在于，包括带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器、第一工质泵、第二工质泵、第一透平机和第二透平机，所述带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器包括壳体，所述壳体内由一横置隔板分隔形成LNG汽化区和中间循环介质蒸发区，所述LNG汽化区为LNG汽化通道与换热介质通道呈叉流布置的换热器结构，所述换热介质通道通过设置一竖置隔板分隔为中间循环介质冷凝区和NG调温区，所述LNG汽化通道左右两端壳体上设置有LNG进口和NG出口，所述NG出口位于所述NG调温区，所述中间循环介质冷凝区的壳体的前后侧分别设置有与所述中间循环介质冷凝区的换热介质通道连通的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NG调温区的壳体的前后侧分别设置有与所述NG调温区的换热介质通道连通的调温热源介质进口和调温热源介质出口，所述中间循环介质蒸发区的两端壳体上分别设置热源介质进口和热源介质出口，所述中间循环介质蒸发区的壳体上分别设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，所述中间循环介质蒸发区内热源介质与中间循环介质以逆流方式换热，所述中间循环介质冷凝区域内设置第一组隔板将所述中间循环介质冷凝区分隔为若干中间循环介质冷凝子区域，所述中间循环介质冷凝子区域由所述NG调温区向所述LNG进口依次排列，每个所述中间循环介质冷凝子区域的壳体上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；所述中间循环介质蒸发区内设置第二组隔板将所述中间循环介质蒸发区分隔为若干子区域，所述子区域由所述热源介质进口向所述热源介质出口依次排列，每个所述子区域的壳体上设置热源介质进出口和中间循环介质进出口或者设置两组中间循环介质进出口，所述子区域内由热源介质与中间循环介质或者由中间循环介质与中间循环介质进行换热；所述中间循环介质冷凝子区域为第一中间循环介质冷凝区和第二中间循环介质冷凝区，所述第一中间循环介质冷凝区靠近所述NG调温区一侧，所述第二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的子区域为第一中间循环介质蒸发区和中间循环介质回热区，所述第一中间循环介质蒸发区的左部设有高温高压气态中间循环介质出口，所述第一中间循环介质蒸发区的右部设有高压中间循环介质进口和热源介质出口，所述中间循环介质回热区的左部设有高压中间循环介质出口和低压气态中间循环介质进口，所述中间循环介质回热区的右部设有高压液态中间循环介质进口，所述中间循环介质回热区右部的热源介质出口作为低压中间循环介质回热后的出口；所述第一中间循环介质冷凝区的低压液态中间循环介质出口连接至所述第一工质泵的进口，所述第二中间循环介质冷凝区的低压液态中间循环介质出口连接至所述第二工质泵的进口，所述第一工质泵和所述第二工质泵的出口合并连接至所述高压液态中间循环介质进口，所述高压中间循环介质出口与所述高压中间循环介质进口连通，所述高温高压气态中间循环介质出口分别连接至所述第一透平机和所述第二透平机，所述第一透平机的出口连接至所述第一中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，所述第二透平机的出口连接至所述低压气态中间循环介质进口，所述低压中间循环介质回热后的出口连接至所述第二中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，构成由单一中间循环介质、单一热源组成的带回热的两级冷凝朗肯循环发电系统。

2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述横置隔板在所述壳体内呈居中水平方向设置，所述竖置隔板与所述横置隔板相互垂直设置，所述LNG汽化通道和换热介质通道与所述横置隔板平行。

3.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述LNG汽化通道为与换热介质通道呈叉流布置的印制电路板式微槽道换热器结构，所述LNG汽化通道与换热介质通道内均设置有翅片。

4.一种发电系统，其特征在于，包括带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器、第一工质泵、第二工质泵、第一透平机和第二透平机，所述带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器包括壳体，所述壳体内由一横置隔板分隔形成LNG汽化区和中间循环介质蒸发区，所述LNG汽化区为LNG汽化通道与换热介质通道呈叉流布置的换热器结构，所述换热介质通道通过设置一竖置隔板分隔为中间循环介质冷凝区和NG调温区，所述LNG汽化通道左右两端壳体上设置有LNG进口和NG出口，所述NG出口位于所述NG调温区，所述中间循环介质冷凝区的壳体的前后侧分别设置有与所述中间循环介质冷凝区的换热介质通道连通的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NG调温区的壳体的前后侧分别设置有与所述NG调温区的换热介质通道连通的调温热源介质进口和调温热源介质出口，所述中间循环介质蒸发区的两端壳体上分别设置热源介质进口和热源介质出口，所述中间循环介质蒸发区的壳体上分别设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，所述中间循环介质蒸发区内热源介质与中间循环介质以逆流方式换热，所述中间循环介质冷凝区域内设置第一组隔板将所述中间循环介质冷凝区分隔为若干中间循环介质冷凝子区域，所述中间循环介质冷凝子区域由所述NG调温区向所述LNG进口依次排列，每个所述中间循环介质冷凝子区域的壳体上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；所述中间循环介质蒸发区内设置第二组隔板将所述中间循环介质蒸发区分隔为若干子区域，所述子区域由所述热源介质进口向所述热源介质出口依次排列，每个所述子区域的壳体上设置热源介质进出口和中间循环介质进出口或者设置两组中间循环介质进出口，所述子区域内由热源介质与中间循环介质或者由中间循环介质与中间循环介质进行换热；所述中间循环介质冷凝子区域为第一中间循环介质冷凝区和第二中间循环介质冷凝区，所述第一中间循环介质冷凝区靠近所述NG调温区一侧，所述第二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的子区域为第一中间循环介质蒸发区、第二中间循环介质蒸发区和中间循环介质回热区，所述第一中间循环介质蒸发区的左部设有高温高压气态中间循环介质出口，所述第一中间循环介质蒸发区的右部设有中温高压气态中间循环介质进口和第一种热源介质出口，所述第二中间循环介质蒸发区的左部设有第二种热源介质进口和中温高压气态中间循环介质出口，所述第二中间循环介质蒸发区的右部设有高压中间循环介质进口和第二种热源介质的出口，所述中间循环介质回热区的左部设有高压中间循环介质出口和低压中间循环介质进口，所述中间循环介质回热区的右部设有高压中间循环介质进口，所述中间循环介质回热区的热源介质出口作为中间循环介质回热后的出口；所述第一中间循环介质冷凝区的低压液态中间循环介质出口连接至所述第一工质泵的进口，所述第二中间循环介质冷凝区的低压液态中间循环介质出口连接至所述第二工质泵的进口，所述第一工质泵和所述第二工质泵的出口合并连接至所述中间循环介质回热区的高压中间循环介质进口，所述高压中间循环介质出口连接至所述第二中间循环介质蒸发区的高压中间循环介质进口，所述高压气态中间循环介质出口连接至所述中温高压气态中间循环介质进口，所述高温高压气态中间循环介质出口分别连接至所述第一透平机和所述第二透平机，所述第一透平机的出口连接至所述第一中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，所述第二透平机的出口连接至所述中间循环介质回热区的低压气态中间循环介质进口，所述低压中间循环介质回热后的出口连接至所述第二中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，第一热源介质由所述热源介质进口流入至所述第一种热源介质出口流出，第二热源介质由所述第二种热源介质进口流入至所述第二种热源介质的出口流出，构成单一中间循环介质，高、低温双热源组成的带回热和预热的两级冷凝朗肯循环发电系统。

5.根据权利要求4所述的发电系统，其特征在于，所述横置隔板在所述壳体内呈居中水平方向设置，所述竖置隔板与所述横置隔板相互垂直设置，所述LNG汽化通道和换热介质通道与所述横置隔板平行。

6.根据权利要求4所述的发电系统，其特征在于，所述LNG汽化通道为与换热介质通道呈叉流布置的印制电路板式微槽道换热器结构，所述LNG汽化通道与换热介质通道内均设置有翅片。

7.一种发电系统，其特征在于，包括带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器、第一工质泵、第二工质泵、第三工质泵、第四工质泵、第一透平机、第二透平机、第三透平机和第四透平机，所述带冷能利用的紧凑型中间介质汽化器包括壳体，所述壳体内由一横置隔板分隔形成LNG汽化区和中间循环介质蒸发区，所述LNG汽化区为LNG汽化通道与换热介质通道呈叉流布置的换热器结构，所述换热介质通道通过设置一竖置隔板分隔为中间循环介质冷凝区和NG调温区，所述LNG汽化通道左右两端壳体上设置有LNG进口和NG出口，所述NG出口位于所述NG调温区，所述中间循环介质冷凝区的壳体的前后侧分别设置有与所述中间循环介质冷凝区的换热介质通道连通的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NG调温区的壳体的前后侧分别设置有与所述NG调温区的换热介质通道连通的调温热源介质进口和调温热源介质出口，所述中间循环介质蒸发区的两端壳体上分别设置热源介质进口和热源介质出口，所述中间循环介质蒸发区的壳体上分别设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，所述中间循环介质蒸发区内热源介质与中间循环介质以逆流方式换热，所述中间循环介质冷凝区域内设置第一组隔板将所述中间循环介质冷凝区分隔为若干中间循环介质冷凝子区域，所述中间循环介质冷凝子区域由所述NG调温区向所述LNG进口依次排列，每个所述中间循环介质冷凝子区域的壳体上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；所述中间循环介质蒸发区内设置第二组隔板将所述中间循环介质蒸发区分隔为若干子区域，所述子区域由所述热源介质进口向所述热源介质出口依次排列，每个所述子区域的壳体上设置热源介质进出口和中间循环介质进出口或者设置两组中间循环介质进出口，所述子区域内由热源介质与中间循环介质或者由中间循环介质与中间循环介质进行换热；所述中间循环介质冷凝子区域为依次排列的第一中间循环介质冷凝区、第二中间循环介质冷凝区和第三中间循环介质冷凝区，所述第一中间循环介质冷凝区靠近所述NG调温区一侧，所述第三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的子区域为第一中间循环介质蒸发区、第二中间循环介质蒸发区、第三中间循环介质蒸发区和中间循环介质换热区，所述第一中间循环介质蒸发区靠近NG出口一侧，第二中间循环介质蒸发区和第三中间循环介质蒸发区向靠近所述LNG进口一侧依次顺序排列，所述中间循环介质换热区靠近所述LNG进口一侧；所述第一中间循环介质蒸发区的左部设有第一种高压气态中间循环介质出口，所述第一中间循环介质蒸发区的右部设有第一种高压液态中间循环介质进口和第一种热源介质出口，所述第二中间循环介质蒸发区的左部设有第三种高压气态中间循环介质出口和第二种热源介质进口，所述第二中间循环介质蒸发区的右部设有第三种高压中间循环介质进口和第二种热源介质出口，所述第三中间循环介质蒸发区的左部前侧设有第三种高压中间循环介质出口和第三种热源介质进口，所述第三中间循环介质蒸发区的右部设有第三种高压液态中间循环介质进口和第三种热源介质出口，所述中间循环介质换热区的左部设有第三种低压气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，所述中间循环介质换热区的右部设有第二种高压液态中间循环介质进口，所述中间循环介质换热区的热源介质出口作为第三种低压液态中间循环介质出口；所述第一中间循环介质冷凝区的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中间循环介质蒸发区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中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，构成第一种中间循环工质的一个单级朗肯循环；所述第二中间循环介质冷凝区和所述第三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所述第二工质泵和所述第三工质泵的进口，所述第二工质泵和第三工质泵的出口合流后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分流后分别连接所述第二透平机和所述第三透平机，所述第二透平机的排气连接至所述第二中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，所述第三透平机的排气连接至所述第三中间循环介质冷凝区的低压气态中间循环介质进口，形成由第二种中间循环工质构成的一个单级双冷凝的朗肯底循环；所述第三种低压液态中间循环介质出口连接所述第四工质泵的进口，所述第四工质泵的出口连接所述第三种高压液态中间循环介质进口，所述第三种高压中间循环介质出口连接至所述第三种高压中间循环介质进口，所述第三种高压气态中间循环介质出口连接所述第四透平机，所述第四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，构成一个与第二种中间循环介质级联的单级朗肯顶循环。

8.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，所述横置隔板在所述壳体内呈居中水平方向设置，所述竖置隔板与所述横置隔板相互垂直设置，所述LNG汽化通道和换热介质通道与所述横置隔板平行。

9.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，所述LNG汽化通道为与换热介质通道呈叉流布置的印制电路板式微槽道换热器结构，所述LNG汽化通道与换热介质通道内均设置有翅片。

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