CN113309591A - Lng冷能利用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LNG冷能利用装置，包括LNG储槽、天然气膨胀发电单元、丙烷膨胀发电单元、冷库供冷单元和燃气轮机发电单元；其中，天然气膨胀发电单元包括依次串联的气化器、复温器、预热器和天然气膨胀发电机组；丙烷膨胀发电单元包括循环连接的丙烷蒸发器、丙烷膨胀发电机组和气化器；冷库供冷单元包括冷库和循环连接的冷库热交换器、丙烷蒸发器、冷水供应器和复温器；燃气轮机发电单元包括依次串联的燃气轮机电站、预热器和热水供应器。本发明实现将LNG冷能按照不同的温度区段分别应用于天然气膨胀发电、丙烷膨胀发电、冷库供冷和燃气轮机发电，实现温度对口、梯级利用，进而提高LNG冷能的利用效率和经济性。

Description

LNG冷能利用装置
技术领域
本发明涉及LNG冷能利用技术领域，尤其涉及一种LNG冷能利用装置。
背景技术
LNG是温度约-162℃、以液态形式存在的天然气。通常，LNG需要气化为气态天然气才能通过管网输送用作电厂燃料、城市燃气和化工厂原料等。LNG气化时释放的冷能大约为840kJ/kg。一座300万吨/年的LNG接收站，如果LNG连续均匀气化，释放的冷能大约为80MW。因此，回收LNG的冷能具有可观的经济、社会和环境效益。
目前，LNG的冷能利用方式包括了空气分离、低温粉碎、干冰制造、冷库、发电等。在常规沿海LNG接收站中，LNG冷能要么被海水直接带走，要么利用方式单一，导致无法充分利用每个温度区段的冷能，造成了冷
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损失，而且冷能利用设施投资大，收益却不高。
发明内容
本发明提供一种LNG冷能利用装置，用以解决现有技术中LNG冷能利用效率低，经济性差的缺陷，实现梯级利用LNG冷能，提高利用效率和经济性。
本发明提供一种LNG冷能利用装置，包括LNG储槽、天然气膨胀发电单元、丙烷膨胀发电单元、冷库供冷单元和燃气轮机发电单元；其中，
所述天然气膨胀发电单元包括依次串联的气化器、复温器、预热器和天然气膨胀发电机组，所述LNG储槽的出液口与所述气化器的进液口连接；
所述丙烷膨胀发电单元包括循环连接的丙烷蒸发器、丙烷膨胀发电机组和所述气化器；
所述冷库供冷单元包括冷库和循环连接的冷库热交换器、所述丙烷蒸发器、冷水供应器和所述复温器，所述冷库通过乙二醇循环管路与所述冷库热交换器连接；
所述燃气轮机发电单元包括依次串联的燃气轮机电站、所述预热器和热水供应器，所述燃气轮机电站的进气口通过供气管路与所述预热器和所述天然气膨胀发电机组之间的连接管路连接。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，所述冷库内设置冷库供冷机组，所述冷库供冷机组通过所述乙二醇循环管路与所述冷库热交换器连接。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，所述冷库热交换器的出液口与所述冷库供冷机组的进液口之间的所述乙二醇循环管路上设有第一循环泵。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，还包括水泵，所述水泵的入水口用以与水源连接，所述水泵的出水口分别与所述热水供应器和所述冷水供应器连接。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，所述水泵与所述热水供应器之间的连接管路上设有第一控制阀，所述水泵与所述冷水供应器之间的连接管路上设有第二控制阀。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，所述LNG储槽与所述气化器之间的连接管路上设有LNG泵。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，所述气化器与所述丙烷蒸发器之间的循环管路上设有丙烷泵。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，所述冷库热交换器与所述丙烷蒸发器之间的循环管路上设有第二循环泵。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，所述供气管路上设有第三控制阀。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，所述丙烷膨胀发电单元的载冷剂为丙烷，所述冷库供冷单元的载冷剂为乙二醇水溶液。
本发明提供的LNG冷能利用装置，通过设置LNG储槽、天然气膨胀发电单元、丙烷膨胀发电单元、冷库供冷单元和燃气轮机发电单元；其中，所述天然气膨胀发电单元包括依次串联的气化器、复温器、预热器和天然气膨胀发电机组，所述LNG储槽的出液口与所述气化器的进液口连接；所述丙烷膨胀发电单元包括循环连接的丙烷蒸发器、丙烷膨胀发电机组和所述气化器；所述冷库供冷单元包括冷库和循环连接的冷库热交换器、所述丙烷蒸发器、冷水供应器和所述复温器，所述冷库通过乙二醇循环管路与所述冷库热交换器连接；所述燃气轮机发电单元包括依次串联的燃气轮机电站、所述预热器和热水供应器，所述燃气轮机电站的进气口通过供气管路与所述预热器和所述天然气膨胀发电机组之间的连接管路连接，实现将LNG冷能按照不同的温度区段分别应用于天然气膨胀发电、丙烷膨胀发电、冷库供冷和燃气轮机发电，实现温度对口、梯级利用，进而提高LNG冷能的利用效率和经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的LNG冷能利用装置的工艺流程图；
附图标记：
1：LNG储槽； 2：LNG泵； 3：气化器；
4：复温器； 5：预热器； 6：天然气膨胀发电机组；
7：丙烷泵； 8：丙烷蒸发器； 9：丙烷膨胀发电机组；
10：冷库热交换器； 11：冷库； 12：冷库供冷机组；
13：第一循环泵； 14：冷水供应器； 15：第二循环泵；
16：燃气轮机电站； 17：热水供应器； 18：水泵；
19：第三控制阀； 20：第一控制阀； 21：第二控制阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明的一种LNG冷能利用装置，包括LNG储槽1、天然气膨胀发电单元、丙烷膨胀发电单元、冷库11供冷单元和燃气轮机发电单元；其中，
天然气膨胀发电单元包括依次串联的气化器3、复温器4、预热器5和天然气膨胀发电机组6，LNG储槽1的出液口与气化器3的进液口连接；
丙烷膨胀发电单元包括循环连接的丙烷蒸发器8、丙烷膨胀发电机组9和气化器3；
冷库11供冷单元包括冷库11和循环连接的冷库热交换器10、丙烷蒸发器8、冷水供应器14和复温器4，冷库11通过乙二醇循环管路与冷库热交换器10连接；
燃气轮机发电单元包括依次串联的燃气轮机电站16、预热器5和热水供应器17，燃气轮机电站16的进气口通过供气管路与预热器5和天然气膨胀发电机组6之间的连接管路连接。可以理解的是，LNG储槽1用以存储LNG，LNG储槽1分别与天然气膨胀发电单元、丙烷膨胀发电单元、冷库11供冷单元和燃气轮机发电单元连接，实现对LNG冷能的利用。
其中，天然气膨胀发电单元包括依次串联的气化器3、复温器4、预热器5和天然气膨胀发电机组6，气化器3为LNG低温气化器3，复温器4为天然气常温复温器4，预热器5为天然气高温预热器5。LNG储槽1内的液态天然气进入气化器3，升温为气态天然气，进而进入复温器4，进一步释冷升温，之后进入天然气膨胀发电机组6驱动透平旋转做功发电并网。
进一步地，丙烷膨胀发电单元包括循环连接的丙烷蒸发器8、丙烷膨胀发电机组9和气化器3，构成丙烷朗肯循环。丙烷与气化器3内的液态天然气进行热交换，吸收冷能放热冷凝，降温后的丙烷进入丙烷蒸发器8进行加热，转化为蒸汽态，气态丙烷进入丙烷膨胀发电机组9驱动丙烷透平旋转做功发电并网。
进一步地，冷库11供冷单元包括冷库11和循环连接的冷库热交换器10、丙烷蒸发器8、冷水供应器14和复温器4，冷库11通过乙二醇循环管路与冷库热交换器10连接。乙二醇溶液进入丙烷蒸发器8，被液态丙烷冷却，之后流入冷水供应器14中，进行吸热，吸热后的丙烷输送至复温器4，并对复温器4内的低温天然气进行热交换，被冷却后的丙烷进入冷库热交换器10，将丙烷携带的冷能传输至冷库11使用。
进一步地，燃气轮机发电单元包括依次串联的燃气轮机电站16、预热器5和热水供应器17，燃气轮机电站16的进气口通过供气管路与预热器5和天然气膨胀发电机组6之间的连接管路连接。预热器5输出的气态天然气由供气管路输送至燃气轮机电站16中的燃烧室，与空气混合燃烧后驱动空气透平做功发电。燃气轮机电站16排出的尾气进入预热器5中加热天然气，换热后的尾气进入热水供应器17中，被冷却的尾气排入大气。
值得说明的是，气化器3可选用板翅式或绕管式中的一种或几种组合，可为一级或多级，串联或并联，或者相应的组合结构。
复温器4和预热器5可选用管壳式或板翅式中的一种或几种组合。
天然气膨胀发电机组6和丙烷膨胀发电机组9的形式可以为径流式、轴流式或径轴流式，天然气膨胀发电机组6和丙烷膨胀发电机组9包括一台或多台透平，串联、并联或集成为透平机组，透平机组同轴连接发电机。
丙烷蒸发器8可选用中央循环管式蒸发器、悬筐式蒸发器、外热式蒸发器或升膜式蒸发器中的一种或几种组合。
冷库热交换器10、冷水供应器14、热水供应器17可选用管壳式或板翅式换热器中的一种或几种组合。
冷库11可选用-18℃冷库11，也可以选用-18℃～5℃之间任意温度冷库11。
燃气轮机电站16可选用独立燃气轮机机组或燃气-蒸汽联合循环机组。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，冷库11内设置冷库供冷机组12，冷库供冷机组12通过乙二醇循环管路与冷库热交换器10连接。可以理解的是，乙二醇循环管路内的乙二醇在冷库热交换器10中吸冷后，进入冷库供冷机组12，并将冷能提供给冷库11降温。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，冷库热交换器10的出液口与冷库供冷机组12的进液口之间的乙二醇循环管路上设有第一循环泵13。可以理解的是，第一循环泵13用以对携带冷能的乙二醇进行增压。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，还包括水泵18，水泵18的入水口用以与水源连接，水泵18的出水口分别与热水供应器17和冷水供应器14连接。可以理解的是，水泵18将水源的常温水一部分泵送至热水供应器17与燃气轮机电站16的尾气进行热交换，生成采暖热水或生活热水；剩余部分的常温水泵18送至冷水供应器14，与乙二醇换热，生成空调冷水。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，水泵18与热水供应器17之间的连接管路上设有第一控制阀20，水泵18与冷水供应器14之间的连接管路上设有第二控制阀21。可以理解的是，第一控制阀20用以调控进入热水供应器17的常温水的流量。第二控制阀21用以调控进入冷水供应器14的常温水的流量。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，LNG储槽1与气化器3之间的连接管路上设有LNG泵2。可以理解的是，LNG泵2用以对LNG储槽1流出的液态天然气进行增压。
值得说明的是，LNG泵2可选用活塞式或离心式泵。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，气化器3与丙烷蒸发器8之间的循环管路上设有丙烷泵7。可以理解的是，丙烷泵7用以对气化器3中吸冷后的丙烷进行增压。
值得说明的是，丙烷泵7可选用活塞式或离心式泵。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，冷库热交换器10与丙烷蒸发器8之间的循环管路上设有第二循环泵15。可以理解的是，第二循环泵15用以对冷库热交换器10中升温后的乙二醇进行增压。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，供气管路上设有第三控制阀19。可以理解的是，第三控制阀19用以调控进入燃气轮机电站16的天然气的流量。
根据本发明提供的一种LNG冷能利用装置，丙烷膨胀发电单元的载冷剂为丙烷，冷库11供冷单元的载冷剂为乙二醇水溶液。可以理解的是，丙烷膨胀发电单元的载冷剂选用丙烷，实现丙烷对LNG冷能的转载及利用。冷库11供冷单元的载冷剂选用乙二醇水溶液，实现乙二醇水溶液与LNG冷能的转载及利用，其中，乙二醇水溶液中的乙二醇体积分数为50～60％。
本发明提供的LNG冷能利用装置的工艺流程如下：
来自LNG储槽1的LNG经LNG泵2增压至7MPa后进入LNG低温气化器3中吸收丙烷热量气化成-75℃气态天然气，接着进入天然气常温复温器4吸收乙二醇溶液热量升至15℃，然后进入天然气高温预热器5被燃气轮机电站16排气余热加热至140℃，最后进入天然气膨胀发电机组6驱动透平旋转做功发电并网。膨胀至3MPa左右的天然气进入天然气管网输送到用户地区。
在丙烷朗肯循环中，丙烷泵7将液态丙烷增压至4.5bar进入丙烷蒸发器8中被乙二醇溶液加热至10℃蒸气态，气态丙烷进入丙烷膨胀发电机组9驱动丙烷透平旋转做功发电并网。膨胀至1bar的丙烷进入LNG低温气化器3中被冷凝至液态，重新进入丙烷泵7增压。
在乙二醇溶液循环中，15℃的乙二醇溶液经第二循环泵15驱动进入丙烷蒸发器8中被液态丙烷冷却至0℃，然后流入冷水供应器14中被常温水加热至20℃，同时生产4℃空调冷水。20℃的乙二醇溶液继续进入天然气常温复温器44中加热气化的低温天然气后被冷却至-30℃，然后进入冷库热交换器10中将冷量传递给冷库11循环乙二醇溶液，升温至15℃后重新进入第二循环泵15增压。
在冷库11循环中，20℃的乙二醇溶液进入冷库热交换器10中吸收-30℃乙二醇溶液的冷量后降温至-18℃，经过第一循环泵13增压后进入冷库供冷机组12，给冷库11降温。
在燃气轮机循环中，140℃的天然气经第三控制阀19控制流量后进入燃气轮机电站16中的燃烧室，和空气混合燃烧后驱动空气透平做功，排出燃气轮机电站16的155℃尾气进入天然气高温预热器5中加热来流的天然气至140℃，然后流入热水供应器17中被常温水冷却至20℃排入大气，同时生产60℃采暖热水或生活热水。
进入燃气轮机电站16的天然气量可依据发电量要求，通过第三控制阀19灵活的控制天然气流量；冷热水流量也可以根据用户负荷，通过第一控制阀20和第二控制阀21灵活的调节流量。
本发明提供的LNG冷能利用装置，通过设置LNG储槽、天然气膨胀发电单元、丙烷膨胀发电单元、冷库供冷单元和燃气轮机发电单元；其中，天然气膨胀发电单元包括依次串联的气化器、复温器、预热器和天然气膨胀发电机组，LNG储槽的出液口与气化器的进液口连接；丙烷膨胀发电单元包括循环连接的丙烷蒸发器、丙烷膨胀发电机组和气化器；冷库供冷单元包括冷库和循环连接的冷库热交换器、丙烷蒸发器、冷水供应器和复温器，冷库通过乙二醇循环管路与冷库热交换器连接；燃气轮机发电单元包括依次串联的燃气轮机电站、预热器和热水供应器，燃气轮机电站的进气口通过供气管路与预热器和天然气膨胀发电机组之间的连接管路连接，实现将LNG冷能按照不同的温度区段分别应用于天然气膨胀发电、丙烷膨胀发电、冷库供冷和燃气轮机发电，实现温度对口、梯级利用，进而提高LNG冷能的利用效率和经济性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种LNG冷能利用装置，其特征在于，包括LNG储槽、天然气膨胀发电单元、丙烷膨胀发电单元、冷库供冷单元和燃气轮机发电单元；其中，
所述天然气膨胀发电单元包括依次串联的气化器、复温器、预热器和天然气膨胀发电机组，所述LNG储槽的出液口与所述气化器的进液口连接；
所述丙烷膨胀发电单元包括循环连接的丙烷蒸发器、丙烷膨胀发电机组和所述气化器；
所述冷库供冷单元包括冷库和循环连接的冷库热交换器、所述丙烷蒸发器、冷水供应器和所述复温器，所述冷库通过乙二醇循环管路与所述冷库热交换器连接；
所述燃气轮机发电单元包括依次串联的燃气轮机电站、所述预热器和热水供应器，所述燃气轮机电站的进气口通过供气管路与所述预热器和所述天然气膨胀发电机组之间的连接管路连接。
2.根据权利要求1所述的LNG冷能利用装置，其特征在于，所述冷库内设置冷库供冷机组，所述冷库供冷机组通过所述乙二醇循环管路与所述冷库热交换器连接。
3.根据权利要求2所述的LNG冷能利用装置，其特征在于，所述冷库热交换器的出液口与所述冷库供冷机组的进液口之间的所述乙二醇循环管路上设有第一循环泵。
4.根据权利要求1所述的LNG冷能利用装置，其特征在于，还包括水泵，所述水泵的入水口用以与水源连接，所述水泵的出水口分别与所述热水供应器和所述冷水供应器连接。
5.根据权利要求4所述的LNG冷能利用装置，其特征在于，所述水泵与所述热水供应器之间的连接管路上设有第一控制阀，所述水泵与所述冷水供应器之间的连接管路上设有第二控制阀。
6.根据权利要求1所述的LNG冷能利用装置，其特征在于，所述LNG储槽与所述气化器之间的连接管路上设有LNG泵。
7.根据权利要求1所述的LNG冷能利用装置，其特征在于，所述气化器与所述丙烷蒸发器之间的循环管路上设有丙烷泵。
8.根据权利要求1所述的LNG冷能利用装置，其特征在于，所述冷库热交换器与所述丙烷蒸发器之间的循环管路上设有第二循环泵。
9.根据权利要求1所述的LNG冷能利用装置，其特征在于，所述供气管路上设有第三控制阀。
10.根据权利要求1至9任一项所述的LNG冷能利用装置，其特征在于，所述丙烷膨胀发电单元的载冷剂为丙烷，所述冷库供冷单元的载冷剂为乙二醇水溶液。
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