CN116222055A - 一种液化天然气冷能梯级利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液化天然气冷能梯级利用系统,包括LNG干路、空气分离子系统、海水净化子系统、低温发电子系统和冷链供冷子系统；将LNG在汽化过程中释放的冷量依次用于空气分离、海水净化、低温发电及冷链制冷等子系统中，对LNG冷量梯级利用，提高了能量利用率，同时该系统通过各种子系统间相互嵌套式配合，提高能源利用率，并生成优质工业产品，节约运行成本。

Description

一种液化天然气冷能梯级利用系统
技术领域
本发明属于液化天然气冷能利用技术领域，具体涉及一种液化天然气冷能梯级利用系统。
背景技术
随着各国经济的高速发展，能源的消耗也日益增长，然而相较于传统的煤炭和石油，天然气作为热值较大的清洁能源，早已登上世界能源利用的舞台。在标准大气压下，气态天然气的液化温度约是-162℃，通常液化天然气(LNG,Liquefied Natural Gas)需要汽化成常温气体再并入到天然气管网，而LNG温度从-162℃升至25℃时，会释放约830kJ/kg的冷能。然而目前大多数的LNG接收站都是将这部分的冷能释放至海水或空气中，造成了大量的冷能浪费。
冷冻和低温贮藏已经被广泛应用于保存海鲜及其海制品的品质和营养成分，大约50%的加工海产品和21%的海产品，以冷冻产品的形式提供给市场。在对其冷冻时需要大量的冷量，然而LNG接收站在汽化天然气的过程中，释放的冷量远远高于这一部分需求量，所以冷量不能只用于保存海产品。
现有的公开文献表明，目前大部分的LNG冷能利用系统存在过于单一化的问题，并不能对大量LNG冷量进行充分的利用，然而不同方式的LNG冷能利用温度区间是不同的，这就给LNG的分级利用带来了可能性。
发明内容
发明目的：本发明的发明目的是提供一种液化天然气冷能梯级利用系统。
技术方案：本发明所述的一种液化天然气冷能梯级利用系统，包括LNG干路、空气分离子系统、海水净化子系统、低温发电子系统和冷链供冷子系统；
LNG入口通过LNG干路为燃气锅炉输送燃料，所述的LNG干路沿燃料输送方向依次设置LNG一级换热器、LNG二级换热器、LNG三级换热器和LNG四级换热器；
所述的空气分离子系统与LNG一级换热器连接，所述的LNG一级换热器用于将LNG干路中的低温燃料和空气分离子系统中的压缩空气进行热量交换；
所述的海水净化子系统与LNG二级换热器连接，所述的LNG二级换热器用于将LNG干路中的低温燃料和海水净化子系统中的制冰机进行热量交换；
所述的冷链供冷子系统与LNG三级换热器连接，所述的LNG三级换热器用于将LNG干路中的低温燃料和冷链供冷子系统中的冷库空气进行热量交换；
所述的低温发电子系统与LNG四级换热器连接，所述的LNG四级换热器用于将LNG干路中的低温燃料和汽轮机输出乏汽进行热量交换。
优选的，空气分离子系统包括分子筛纯化器、膨胀机和精馏塔，压缩空气流经LNG一级换热器降温后依次通过分子筛纯化器提纯和膨胀机降温后将产物输入精馏塔，精馏塔顶部出口与液氮罐连接，底部出口与液氧罐连接。
优选的，海水净化子系统包括海水池、制冰机、蒸发室，所述的海水池内的海水输入制冰机中形成的冰浆经洗涤后流入净化水池，所述的海水池内的海水输入蒸发室中形成的高温蒸汽经冷却后流入净化水池。
优选的，蒸发室由燃气锅炉的燃烧尾气和空气分离子系统的压缩空气共同供热，蒸发室产生的高温蒸汽用于为净化水池向燃气锅炉输送的处理水升温。
优选的，冷链供冷子系统包括制冷机组，所述的制冷机组为冷风一级换热器、乏汽一级换热器的冷侧供冷，汽轮机产生的乏汽流入乏汽一级换热器进行一次降温后输送至LNG四级换热器进行二次降温，乏汽经二次降温后形成的冷凝水流入净化水池；冷库空气入口输送的冷库空气流入冷风一级换热器进行一次降温后输送至LNG三级换热器进行再次降温，再次降温的冷库空气输送回冷库。
优选的，冷风一级换热器进行一次降温后输入冰浆换热器进行二次降温后再输送至LNG三级换热器，所述的冰浆换热器的冷测由洗涤后的冰浆作为冷源。
优选的，液氧罐出口与液氧换热器冷侧通道入口连接，液氧换热器冷侧通道出口与储冰桶冷侧通道入口连接，储冰桶冷侧通道出口与燃气锅炉连接，所述的净化水池用于向储冰桶输送净化水。
优选的，燃气锅炉用于向汽轮机输送过热蒸汽并驱动汽轮机转动，所述的汽轮机的旋转轴与发电机的转子共轴。
进一步的，低温发电子系统中LNG干路内的燃料经过四级LNG换热器阶梯升温后输送至燃气锅炉内，空气分离子系统分离空气得到的氧气输送至燃气锅炉内作为助燃剂，净化水池内的纯净水由锅炉给水泵抽取后经过给水处理器和给水预热器后输送至燃气锅炉内，天然气在燃气锅炉内富氧充分燃烧用于加热纯净水产生高温蒸汽，高温蒸汽用于驱动汽轮机转动，汽轮机带动发电机的转子转动并向电网供电；驱动汽轮机后产生的乏汽依次通过乏汽一级换热器、LNG四级换热器两次降温后液化形成纯净水回流至净化水池；天然气在燃气锅炉内燃烧产生的高温尾部烟气输送至蒸发室的高温侧，海水池内的海水经第二海水泵输送至蒸发室内高温蒸发形成的高温蒸汽由管道输送至给水预热器用于预热纯净水，高温蒸汽在给水预热器内放热后形成纯净水流至净化水池内。
进一步的，冷链供冷子系统中通过峰谷电接口引入电网峰谷电为制冷机组提供电能并输出冷源，制冷机组输出的冷源由第二制冷剂循环泵驱动依次流过冷风一级换热器冷侧、乏汽一级换热器冷侧后回流至制冷机组；冷库中的冷库空气由风机驱动从冷库空气入口经冷库空气导管输送至冷风一级换热器进行一次降温，冷库空气导管内设置有冷库空气阀，一次降温后的冷库空气输入冰浆换热器进行二次降温后再输送至LNG三级换热器进行再次降温，再次降温的冷库空气输送回冷库；净化水池内的纯净水由冰桶补水泵输送至储冰桶内用于制冰，空气分离子系统分离空气得到的液氧在输送至燃气锅炉前流经储冰桶作为制冰冷源。冷链供冷子系统通过冷风和制冰两种方式为冷链供冷。
进一步的，海水净化子系统中制冰机采用刮剥式制冰机，第一海水泵通过管道抽取海水池内海水输送到刮剥式制冰机顶层入水口，刮剥式制冰机底部排水口通过管道与废液池连接，高浓度海水在制冰机底部富集并从排水口排出，维持制冰机内的海水浓度处于较低水平。刮剥式制冰机上层冰浆由第一冰浆输运泵抽出送入洗涤室内洗涤，洗涤后的冰浆由第二冰浆输运泵输送至冰浆换热器冷端用于为冷库空气降温，流过冰浆换热器后的冰浆流至净化水池内；净化水池内的纯净水由洗涤水离心泵驱动输送至洗涤室顶部喷水口用于将冰浆表面附着的盐分冲洗洁净，洗涤室底部洗涤水出口与蒸发室入水口连接，洗涤水流入蒸发室内二次利用。海水净化子系统中的蒸发器采用燃气锅炉的高温尾部烟气和空气分离子系统中的压缩空气换热器共同作为热源用于蒸发其中的含盐水分，蒸发器中的含盐水分来源包括由第二海水泵从海水池内抽取的海水以及洗涤室流出的洗涤水，蒸发室污水出口通过管道与废液池连接，维持蒸发室内的原料浓度处于较低水平，蒸发器生成的高温蒸汽流经低温发电子系统中的给水预热器热侧通道用于燃气锅炉给水预热，蒸发器生成的高温蒸汽在给水预热器放热后形成冷却水流至净化水池。海水净化子系统中通过制冰和蒸发两种海水净化方法将海水净化，生成的净化水存于净化水池，用于各子系统的水需求。
进一步的，压缩空气换热器冷侧的导热油通过导热油循环泵驱动实现在蒸发器内高温侧的热交换；LNG二级换热器和二级换热器旁路阀并联，通过调节LNG干路泵的流量与二级换热器旁路阀的开度，使LNG二级换热器与海水净化子系统交换的冷量满足低温海水净化的条件，LNG二级换热器冷侧通道出口和二级换热器旁路阀其二端汇合至LNG干路管道流至下一过程。
进一步的，空气分离子系统中空气原料经空气入口进入后，经过空气阀流入除尘器内除尘后输送至空气压缩机，压缩后的空气温度升高，压缩空气经过压缩空气换热器热侧将热量传递至海水净化子系统中的蒸发室内供海水蒸发，在压缩空气换热器完成一次降温的压缩空气输送到LNG一级换热器热侧通道进行二次降温后输送至分子筛纯化器内，分子筛纯化器有两个出口，其中一个出口由管道与废气罐连接，将空气中的水、二氧化碳、氮氧化合物及烃类物质与产物分离用于提高产物纯度并保证生产安全，分子筛纯化器另一个出口由管道与膨胀机连接，经等熵膨胀后温度降低至目标温度约-200℃，膨胀机通过管道与精馏塔连接，精馏塔顶部出口与液氮罐连接，精馏塔底部出口与液氧罐连接。
进一步的，液氧罐内纯氧用于天然气助燃，使用过程如下：部分液氧经液氧泵抽出后，将冷量先经液氧换热器冷侧通道换热，其冷量用于冷链供冷中的深冷利用，所述液氧换热器冷侧通道出口与储冰桶冷侧通道入口通过管道连接，将冷量用于冷冻净化水，净化水结冰后用于冷链供冷。最后液氧在经过两次换热后，由泄压阀将压力保持在安全压力后，由气态的氧气进入燃气锅炉中进行富氧燃烧。
进一步的，液氧换热器与液氧旁路阀并联，用于调节液氧换热器内液氧流量，液氧换热器热侧通道内导热油由离心泵驱动；LNG一级换热器与一级换热器旁路阀并联，通过调节LNG干路泵的流量与一级换热器旁路阀的开度，动态调控进入空气分离子系统的冷量，满足空气分离所需冷量的条件，LNG一级换热器冷侧通道出口和一级换热器旁路阀其二端汇合至LNG干路管道流至下一过程。
进一步的，低温液态天然气经LNG入口流入后在LNG干路泵的驱动下依次流经四级LNG换热器冷侧通道后输送至燃气锅炉。
有益效果：该系统结合海边工厂运行对冷能的需求，依据所需供冷温度不同，将LNG在汽化过程中释放的冷量依次用于空气分离、海水净化、低温发电及冷链制冷等子系统中，对LNG冷量梯级利用，提高了能量利用率；另外，该系统生成的工业产品丰富，包括液氧、液氮、冰、净化水及电等工业产品，各子系统耦合协同，也提高了副产品的利用率。
附图说明
图1为本发明中液化天然气冷能梯级利用系统示意图。
图2为本发明中空气分离子系统示意图。
图3为本发明中海水净化子系统示意图。
图4为本发明中低温发电子系统示意图。
图5为本发明中冷链供冷子系统示意图。
1、LNG入口，2、LNG干路阀，3、LNG干路泵，4、LNG一级换热器，5、一级换热器旁路阀，6、LNG二级换热器，7、二级换热器旁路阀，8、LNG三级换热器，9、LNG四级换热器，10、空气入口，11、空气阀，12、除尘器，13、空气压缩机，14、压缩空气换热器，15、分子筛纯化器，16、废气罐，17、膨胀机，18、精馏塔，19、液氧罐，20、液氮罐，21、液氧阀，22、液氧泵，23、液氧换热器，24、液氧旁路阀，25、离心泵，26、储冰桶，27、泄压阀，28、制冷循环阀，29、第一制冷剂循环泵，30、制冰机，31、废液池，32、第一冰浆输运泵，33、洗涤室，34、第二冰浆输运泵，35、冰浆换热器，36、冰桶补水泵，37、锅炉给水泵，38、给水处理器，39、给水预热器，40、燃气锅炉，41、汽轮机,42、发电机，43、净化水池，44、洗涤水离心泵，45、蒸发室，46、海水池，47、峰谷电接口，48、制冷机组，49、第二制冷剂循环泵，50、冷风一级换热器，51、乏汽一级换热器，52、冷库空气入口，53、冷库空气阀，54、风机，55、导热油循环泵，56、第一海水泵，57、第二海水泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例方案对本发明的技术方案做进一步详细说明。
一种液化天然气冷能梯级利用系统，包括LNG干路、空气分离子系统、海水净化子系统、低温发电子系统和冷链供冷子系统，如图1所示，LNG干路包括LNG入口1，LNG入口1通过管道依次与LNG干路阀2、LNG干路泵3连接；LNG干路泵3出口通过管道与LNG一级换热器4冷侧通道入口和一级换热器旁路阀5其一端并联连接；LNG一级换热器4冷侧通道出口通过管道与一级换热器旁路阀5其二端汇集至干路；干路LNG管道通过管道与LNG二级换热器6冷侧通道和二级换热器旁路阀7其一端并联连接；LNG二级换热器6冷侧通道出口通过管道与二级换热器旁路阀7其二端汇集至干路；干路LNG管道通过管道与LNG三级换热器8冷侧通道入口连接；三级换热器8冷侧通道出口通过管道与LNG四级换热器9冷侧通道入口连接；LNG四级换热器9冷侧通道出口通过管道与燃气锅炉40连接。
本实施例中，LNG一级换热器4、LNG二级换热器6、LNG三级换热器8、LNG四级换热器9、压缩空气换热器14、液氧换热器23、冰浆换热器35、给水预热器39、冷风一级换热器50、乏汽一级换热器51均包含冷侧通道和热侧通道；换热介质包含两种，分别是导热油和制冷剂；
精馏塔18包含底部入口、顶部液氮出口、底部液氧出口；储冰桶26包含冷侧通道、进水口、出冰口；刮剥式制冰机30包含制冷剂壳层入口、制冷剂壳层出口、底部排水口、海水入口、冰浆出口；洗涤室33包含冰浆入口、冰浆出口、洗涤水喷水口、洗涤水排水口；净水池43包含三个出水口和三个入水口；蒸发室45包含两个热侧通道，两个进水口，一个蒸汽出口。
本实施例中，空气分离子系统如图2所示，空气入口10通过管道依次与空气阀11、除尘器12、空气压缩机13、压缩空气换热器14热侧通道、LNG一级换热器4热侧通道、分子筛纯化器15入口连接；
分子筛纯化器15有两个出口，其一出口由管道与废气罐16连接，其二出口通过管道与膨胀机17连接；膨胀机17通过管道与精馏塔18连接，精馏塔18顶部出口与液氮罐20连接，精馏塔18底部出口与液氧罐19连接，液氧罐18通过管道依次与液氧阀21、液氧泵22入口连接；液氧泵22出口通过管道与液氧换热器23冷侧通道入口和液氧旁路阀24其一端并联连接；液氧换热器23冷侧通道出口与液氧旁路阀24其二端汇合后，通过管道与储冰桶26冷侧通道入口连接；储冰桶26冷侧通道出口通过管道依次连接泄压阀27、燃气锅炉40；离心泵25出口通过管道与液氧换热器23热侧端入口连接。
本实施例中，海水净化子系统如图3所示，刮剥式制冰机30壳层出口由管道依次连接制冷循环阀28、第一制冷剂循环泵29入口；第一制冷剂循环泵29出口通过管道与LNG二级换热器6热侧通道入口连接；LNG二级换热器6热侧通道出口通过管道与刮剥式制冷机30壳层连接；刮剥式制冰机30底部排水口通过管道与废液池31连接；海水池46通过管道连接第一海水泵56入口连接；第一海水泵56出口通过管道与刮剥式制冰机30顶层入水口连接；刮剥式制冰机30上层浮冰口通过管道连接第一冰浆输运泵32入口；第一冰浆输运泵32出口通过管道与洗涤室33冰浆入口连接；洗涤室33冰浆出口通过管道与第二冰浆输运泵34入口连接；第二冰浆输运泵34出口通过管道与冰浆换热器35冷侧通道入口连接；冰浆换热器35冷侧通道出口通过管道与净化水池43连接；净化水池43通过管道与洗涤水离心泵44入口连接；洗涤水离心泵44出口通过管道连接洗涤室33顶部喷水口；洗涤室33底部洗涤水出口通过管道与蒸发室45入水口连接；
海水池46通过管道与第二海水泵57入口连接；第二海水泵57出口通过管道与蒸发室45入水口连接；压缩空气换热器14冷侧通道出口通过管道与导热油循环泵55入口连接；导热油循环泵55出口通过管道依次与蒸发室45热侧通道、压缩空气换热器14冷侧通道入口连接；蒸发室45污水出口通过管道与废液池31连接；蒸发室45蒸汽出口通过管道与给水预热器39热侧通道入口连接；给水预热器39热侧通道出口通过管道与净化水池43连接。
本实施例中，低温发电子系统如图4所示，LNG四级换热器9冷侧端出口通过管道与燃气锅炉40燃料入口连接；净化水池43通过管道与锅炉给水泵37入口连接；锅炉给水泵37出口通过管道依次与给水处理器38、给水预热器39冷侧通道入口连接；给水预热器39冷侧通道出口通过管道与燃气锅炉40连接；燃气锅炉40尾部烟气通过管道与蒸发室45热侧通道连接；蒸汽锅炉40过热蒸汽出口通过管道与汽轮机41连接；汽轮机41乏汽出口通过管道与乏汽一级换热器51热侧通道入口连接；乏汽一级换热器51热侧通道出口通过管道与LNG四级换热器9热侧通道入口连接；LNG四级换热器9热侧通道出口通过管道与净化水池43连接；汽轮机41旋转轴与发电机42转子共轴；蒸发室45蒸汽口通过管道与给水预热器39热侧通道入口连接；给水预热器39热侧通道出口通过管道与净化水池43连接。
本实施例中，冷链供冷子系统如图5所示，LNG三级换热器8冷侧通道出口通过管道与LNG四级换热器9冷侧通道入口连接；汽轮机41乏汽出口通过管道与乏汽一级换热器51热侧端入口连接；LNG四级换热器9热侧端出口通过管道与净化水池43连接；净水池43通过管道与冰桶补水泵36入口连接；冰桶补水泵36出口通过管道与储冰桶26进水口连接；制冷机组48由峰谷电供电，制冷机组48出口由管道与第二制冷剂循环泵49入口连接；第二制冷剂循环泵49出口通过管道与冷风一级换热器50冷侧通道入口连接；冷风一级换热器50冷侧通道出口通过管道与乏汽一级换热器51冷侧通道入口连接；乏汽一级换热器51冷侧通道入口通过管道与制冷机组48入口连接；冷库空气入口52通过管道依次与冷库风空气阀53、风机54、冷风一级换热器50热侧通道、冰浆换热器35热侧通道、LNG三级换热器8热侧通道连接。
一种液化天然气冷能梯级利用系统的具体工作方式如下：
本实施例中，空气分离子系统中液态天然气依次流经LNG入口1、LNG干路阀2、LNG干路泵3；液态天然气在LNG干路泵3出口分别流入LNG一级换热器4冷侧通道和一级换热器旁路阀5，液态天然气经换热后汽化成气态天然气；
空气依次流经空气入口10、空气阀11、空气除尘器12，在空气除尘器12中除去大颗粒杂质；空气在空气压缩机13中被压缩，空气压缩机13出口空气压力约为1MPa，温度约为130℃；压缩后的空气流过所述压缩空气换热器14内的热侧通道，与压缩空气换热器14内的冷侧通道的导热油换热，携带热量的导热油通过导热油循环泵55将热量导入蒸发室45内，其热量用于空气净化子系统中蒸馏净化海水；经过换热降温的压缩空气在LNG一级换热器4内被进一步冷却；LNG一级换热器4热侧通道出口的低温高压空气流入分子筛纯化器15中，目的是分离空气中的二氧化碳、水、烃类及氮氧化物，防止这些物质进入精馏塔18内发生安全事故；
分子筛纯化器15将空气筛分后，将二氧化碳、水、烃类及氮氧化物排入废气罐16中，纯化后的空气进入膨胀机17中膨胀；空气进入膨胀机17后，需将温度维持在约-200℃，如温度高于-200℃，或温度低于-200℃，可以通过调节一级换热器旁路阀5的开度或适当调节LNG干路泵3的流量，以达到目标温度；膨胀后的空气流入精馏塔18中，由于沸点的不同，沸点较低的液氮在顶层流入液氮罐20中存储，沸点较高的液氧在液氧罐19中进行保存，由于液氩的含量在空气中约占比1%，而本发明对氧的纯度要求不高，因此与液氧一起存储于液氧罐19中；
液氧罐19中的液氧，通过液氧阀21和液氧泵22的配合，将液氧泵至液氧换热器23，由于液氧的沸点为-183℃，符合深冷利用的条件，将液氧通过液氧换热器23冷侧通道换热；液氧换热器23出口的氧气流入储冰桶26冷侧通道内换热，将储冰桶26内的水冻结成冰，通过调节液氧泵22的流量或液氧旁路阀24的开度，使得桶内冰的温度保持在-25℃—-30℃，这一部分的冰可以用于海产品的冷冻保鲜；储冰桶26冷侧通道出口的氧气通过泄压阀27，卸除氧气过高的压力，将进入燃气锅炉40的氧气压力保持在安全范围内，由于氧气含量很高属于富氧燃烧，提高了锅炉燃烧效率。
本实施例中，海水净化子系统中天然气分别流入LNG二级换热器6和二级换热器旁路阀7后汇入干路；刮剥式制冰机30中壳层内的制冷剂，流经LNG二级换热器6热侧通道换热，通过二级换热器旁路阀7、制冷剂循环阀28的开度调节和制冷循环泵29的流量控制，使温度保持在-54℃—-44℃；海水池43中的海水通过第一海水泵56抽入至刮剥式制冰机30的内层，壳层内部温度较低的制冷剂，将冷量传至内层，内层海水温度降低，在内层壁面上形成冰晶，内层中的刮刀将冰层及时剥下，减小换热阻力，提高制冰效率；刮剥下的冰晶由于密度原因，漂浮在上层水面，由第一冰浆输运泵32抽入洗涤室33内；而内层海水下层的浓盐水，也由于密度原因在内层下部富集，将这一部分浓盐水排至废液池31中，使刮剥式制冰机30中的海水浓度保持在适度范围内；净化水池43中部分净化水由洗涤水离心泵44抽至洗涤室内，用于冰浆冲洗，将冰浆表面的盐分冲洗洁净；所述第一冰浆输运泵32将刮剥式制冰机30中制出的冰浆运至洗涤室33内，由于海水在结冰时，盐分会被排除在冰晶之外，因此只需将冰晶洗涤、分离、融化后即可得到淡水；所述运输至洗涤室33的冰浆被放置传送带上，传送带顶部有净化水喷头，均匀的喷洒在冰浆表面，将冰浆上的盐分冲洗干净，再由皮带传送至第二冰浆输运泵34中，其中冲洗冰浆后的液体，由于裹挟了冰浆表面的盐分，并不能回流至净化水池43，因此流至蒸发室45进行蒸发操作；冰浆换热器35冷侧通道内换热后的冰浆融化后流至净化水池43内。
压缩空气换热器14中压缩空气的热量，由导热油循环泵55将热量换入至蒸发室45内；低温发电子系统中，燃气锅炉40尾部烟气温度在140℃左右，将尾部烟气的热量导入蒸发室中，降低尾部烟气的温度，减小对环境的热污染；其蒸发室45中的原料来源其一是海水池46，其二是洗涤室33流出的洗涤水，其热量来源之一是上述空气分离子系统中的压缩空气换热器14，另一来源是低温发电子系统中燃气锅炉40的尾部烟气，这两部分热量用于蒸发其中的海水，生成的高温蒸汽流经低温发电子系统中的给水预热器39热侧端，其热量用于燃气锅炉40给水预热。蒸发室45内的高浓度海水排入废液池31，维持蒸发室45内的原料浓度处于较低水平。在海水净化子系统中，制成的净化水存于净化水池43，用于供给各子系统的水需求。
本实施例中，低温发电子系统中净化水池43内的水由锅炉给水泵37泵入给水处理器38内，除去溶解于给水的氧及其它气体，防止锅炉给水管和其它附属设备的腐蚀；给水处理器39处理后的水流经给水预热器39冷侧通道，利用蒸发室45引出的高温蒸馏水的热量，预加热锅炉给水，提高给水进入锅炉前初始温度；燃气锅炉40产生的尾部烟气导入到蒸发室45中，产生的过热蒸汽引入汽轮机41中做功；汽轮机41内蒸汽做功，带动发电机转子转动，产生的电能一部分用于厂内用电，大部分经处理后输入至电网中；汽轮机中，过热蒸汽做功后的乏汽，先后经过乏汽一级换热器51热侧通道、LNG四级换热器9热侧通道，降低乏汽温度，提高发电机组运行效率；乏汽经两级降温冷凝后再流至净化水池。
本实施例中，冷链供冷子系统中天然气依次流过LNG三级换热器8冷侧通道LNG四级换热器9冷侧通道；制冷机组48利用廉价的峰谷电制冷，其制冷剂依次流过第二制冷剂循环泵49、冷风一级换热器50冷侧通道和乏汽一级换热器51冷侧通道；空气从空气入口流入，依次流过冷库空气阀53、风机54和冷风一级换热器50热侧通道，利用制冷机组48的冷量对空气一次降温；冷风一级换热器50出口的冷风流入冰浆换热器35热侧通道，利用海水淡化子系统产生的冰浆溶液给冷库风进行二次降温；冰浆换热器35热侧通道出口的冷风流入LNG三级换热器8热侧通道，利用天然气剩余冷量将冷库用风温度降低至-30℃—-25℃；冰浆罐补水泵36将净化水池43内部分水泵至储冰桶26内，储冰桶26由上述空气分离子系统制成的液氧冷却，产生-30℃—-25℃的冰，这部分的冰可以用于海产品的冷冻保鲜。
综上，该种液化天然气冷能梯级利用系统中，空气压缩产生的热量用于海水净化子系统中的蒸发净化海水过程，分离阶段生成的液氧产品也被二次利用，液氧的冷量用于冷链供冷子系统，最终气态氧气进入低温发电子系统中的燃气锅炉助燃，而在海水净化子系统中，提出联合冷冻及蒸馏两种方式的海水净化方法，充分利用了空气分离子系统和低温发电子系统产生的热量，且生成的高温蒸汽用于加热低温发电子系统中的锅炉给水，冷冻过程产生的冷量用于冷链供冷子系统；该系统通过各种子系统间相互嵌套式配合，提高能源利用率，并生成优质工业产品，节约运行成本。

Claims (8)

1.一种液化天然气冷能梯级利用系统，其特征在于：包括LNG干路、空气分离子系统、海水净化子系统、低温发电子系统和冷链供冷子系统；
LNG入口（1）通过LNG干路为燃气锅炉（40）输送燃料，所述的LNG干路沿燃料输送方向依次设置LNG一级换热器（4）、LNG二级换热器（6）、LNG三级换热器（8）和LNG四级换热器（9）；
所述的空气分离子系统与LNG一级换热器（4）连接，所述的LNG一级换热器（4）用于将LNG干路中的低温燃料和空气分离子系统中的压缩空气进行热量交换；
所述的海水净化子系统与LNG二级换热器（6）连接，所述的LNG二级换热器（6）用于将LNG干路中的低温燃料和海水净化子系统中的制冰机（37）进行热量交换；
所述的冷链供冷子系统与LNG三级换热器（8）连接，所述的LNG三级换热器（8）用于将LNG干路中的低温燃料和冷链供冷子系统中的冷库空气进行热量交换；
所述的低温发电子系统与LNG四级换热器（9）连接，所述的LNG四级换热器（9）用于将LNG干路中的低温燃料和汽轮机（41）输出乏汽进行热量交换。
2.根据权利要求1所述的一种液化天然气冷能梯级利用系统，其特征在于：所述的空气分离子系统包括分子筛纯化器（15）、膨胀机（17）和精馏塔（18），压缩空气流经LNG一级换热器（4）降温后依次通过分子筛纯化器（15）提纯和膨胀机（17）降温后将产物输入精馏塔（18），精馏塔（18）顶部出口与液氮罐（20）连接，底部出口与液氧罐（19）连接。
3.根据权利要求2所述的一种液化天然气冷能梯级利用系统，其特征在于：所述的海水净化子系统包括海水池（46）、制冰机（30）、蒸发室（45），所述的海水池（46）内的海水输入制冰机（30）中形成的冰浆经洗涤后流入净化水池（43），所述的海水池（46）内的海水输入蒸发室（45）中形成的高温蒸汽经冷却后流入净化水池（43）。
4.根据权利要求3所述的一种液化天然气冷能梯级利用系统，其特征在于：所述的蒸发室（45）由燃气锅炉（40）的燃烧尾气和空气分离子系统的压缩空气共同供热，蒸发室（45）产生的高温蒸汽用于为净化水池（43）向燃气锅炉（40）输送的处理水升温。
5.根据权利要求3所述的一种液化天然气冷能梯级利用系统，其特征在于：所述的冷链供冷子系统包括制冷机组（48），所述的制冷机组（48）为冷风一级换热器（50）、乏汽一级换热器（51）的冷侧供冷，汽轮机（41）产生的乏汽流入乏汽一级换热器（51）进行一次降温后输送至LNG四级换热器（9）进行二次降温，乏汽经二次降温后形成的冷凝水流入净化水池（43）；冷库空气入口（52）输送的冷库空气流入冷风一级换热器（50）进行一次降温后输送至LNG三级换热器（8）进行再次降温，再次降温的冷库空气输送回冷库。
6.根据权利要求5所述的一种液化天然气冷能梯级利用系统，其特征在于：冷风一级换热器（50）进行一次降温后输入冰浆换热器（35）进行二次降温后再输送至LNG三级换热器（8），所述的冰浆换热器（35）的冷测由洗涤后的冰浆作为冷源。
7.根据权利要求5所述的一种液化天然气冷能梯级利用系统，其特征在于：所述的液氧罐（19）出口与液氧换热器（23）冷侧通道入口连接，液氧换热器（23）冷侧通道出口与储冰桶（26）冷侧通道入口连接，储冰桶（26）冷侧通道出口与燃气锅炉（40）连接，所述的净化水池（43）用于向储冰桶（26）输送净化水。
8.根据权利要求7所述的一种液化天然气冷能梯级利用系统，其特征在于：燃气锅炉（40）用于向汽轮机（41）输送过热蒸汽并驱动汽轮机（41）转动，所述的汽轮机（41）的旋转轴与发电机（42）的转子共轴。
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