CN117759344B - 一种dmrc循环的lng冷能发电的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置及方法，涉及天然气冷能利用技术领域。包括加压泵、第一蒸发换热器、第二蒸发换热器、海水加热器、一级MRC系统和二级MRC系统；储罐中的LNG通过管道输送至加压泵，加压至输送管网压力后依次经过第一蒸发换热器、第二蒸发换热器换热给一级MRC系统和二级MRC系统提供冷量后，再经过海水加热器升温至常温后输送至管网；一级MRC系统和二级MRC系统相连通，一级MRC系统和二级MRC系统发出的电能统一通过并网柜上网。本发明利用DMRC循环将LNG气化时产生的冷能，转换为高品质的电能，增加燃气发电的效率，降低对环境的污染，可逐渐成为新型能源的重要组成部分。
Description
技术领域
本发明涉及天然气冷能利用技术领域，具体为一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置及方法。
背景技术
工业生产中，天然气是高效清洁的能源，是我国能源发展战略的一个绿色能源支柱之一，并且日益呈现增大的趋势，其中有较大一部分以LNG的形式存在，这需要经过气化之后才可以作为工业燃料。
LNG是天然气经过脱酸脱水处理，通过低温工艺冷冻液化而成的低温液体混合物。每生产一吨LNG的动力及公用设施耗电量约为850KWh，而在LNG接收站，一般又需要将LNG通过汽化器汽化后使用，汽化时放出很大的冷量，其值大约为830KJ/Kg(包括液态天然气的汽化潜热和气态天然气从储存温度复温到环境温度的显热)。这一部分冷能通常在天然气汽化器中随海水或空气被舍弃了，造成了能源的浪费。
因此，如何提供一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置及方法，成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置及方法，利用DMRC循环将LNG气化时产生的冷能，转换为高品质的电能，增加燃气发电的效率，降低对环境的污染，可逐渐成为新型能源的重要组成部分。
为达上述目的，本发明提供了一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置，包括：加压泵、第一蒸发换热器、第二蒸发换热器、海水加热器、一级MRC系统和二级MRC系统；储罐中的LNG通过管道输送至加压泵，加压至输送管网压力后依次经过第一蒸发换热器、第二蒸发换热器换热给一级MRC系统和二级MRC系统提供冷量后，再经过海水加热器升温至常温后输送至管网；一级MRC系统和二级MRC系统相连通，一级MRC系统和二级MRC系统发出的电能统一通过并网柜上网。
进一步的，所述一级MRC系统包括依次循环连通的一级工质泵、一级冷凝器、一级海水加热器和一级透平发电机；液态工质经过一级工质泵升压后经过一级冷凝器与膨胀后的工质换热升温后再经过一级海水加热器加热，液态工质完全气化进入一级透平发电机中膨胀发电，降温降压后的气体一部分经过第二蒸发换热器与需要气化的LNG换热冷凝成液体，另一部分经过一级冷凝器与一级工质泵出口的低温液态工质以及二级MRC系统循环过来的低温工质气体换热，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至一级工质泵升压，从而完成一级MRC系统循环。
进一步的，二级MRC系统包括依次循环连通的二级工质泵、二级冷凝器、二级海水加热器和二级透平发电机；液态工质经过二级工质泵升压后经过二级冷凝器与二级MRC系统膨胀后的工质换热升温后，输送至一级冷凝器提供冷量，然后再经过二级海水加热器加热，液态工质完全气化进入二级透平发电机中膨胀发电，降温降压后的气体一部分经过第一蒸发换热器与需要气化的LNG换热冷凝成液体，另一部分经过二级冷凝器与二级工质泵出口的低温液态工质换热，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至二级工质泵升压，从而完成二级MRC系统循环。
进一步的，所述一级MRC系统的工质采用丙烷、氟利昂按照0.7:0.3的体积比混合而成。
进一步的，所述二级MRC系统的工质采用乙烯、甲烷、氮气按照0.5:0.4:0.1的体积比混合而成。
进一步的，所述第一蒸发换热器、第二蒸发换热器、一级冷凝器和二级冷凝器均采用板翅式换热器、绕管式换热器中的任一种。
进一步的，所述海水加热器、一级海水加热器和二级海水加热器均采用开架式气化器、浸没燃烧式气化器中的任一种。
一种DMRC循环的LNG冷能发电的方法，采用上述任一项所述的一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置实现，包括：
储罐中的LNG通过管道输送至加压泵，加压至输送管网压力后依次经过第一蒸发换热器、第二蒸发换热器换热给一级MRC系统和二级MRC系统提供冷量后，再经过海水加热器升温至常温后输送至管网；
液态工质经过一级工质泵升压后经过一级冷凝器与膨胀后的工质换热升温后再经过一级海水加热器加热，液态工质完全气化进入一级透平发电机中膨胀发电，降温降压后的气体一部分经过第二蒸发换热器与需要气化的LNG换热冷凝成液体，另一部分经过一级冷凝器与一级工质泵出口的低温液态工质以及二级MRC系统循环过来的低温工质气体换热，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至一级工质泵升压，从而完成一级MRC系统循环；
液态工质经过二级工质泵升压后经过二级冷凝器与二级MRC系统膨胀后的工质换热升温后，输送至一级冷凝器提供冷量，然后再经过二级海水加热器加热，液态工质完全气化进入二级透平发电机中膨胀发电，降温降压后的气体一部分经过第一蒸发换热器与需要气化的LNG换热冷凝成液体，另一部分经过二级冷凝器与二级工质泵出口的低温液态工质换热，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至二级工质泵升压，从而完成二级MRC系统循环；
一级MRC系统和二级MRC系统发出的电能统一通过并网柜上网。
本发明的有益效果在于：
本发明利用加压泵液态下对LNG加压至管网输送压力，能够大大降低能耗，通过DMRC循环系统实现冷能的梯级利用，可最大化的将LNG气化释放的冷能转换为高品质的电能，可增加燃气发电的效率，并降低对环境的污染，气化后的甲烷可以输送至输气管网。LNG冷能发电也逐渐成为新型能源的重要组成部分。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1所示，本发明提供了一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置，包括：加压泵、第一蒸发换热器、第二蒸发换热器、海水加热器、一级MRC系统和二级MRC系统；储罐中常压、-162℃的LNG通过管道输送至加压泵，加压至后输送管网压力6.0～8.4MPa后依次经过第一蒸发换热器、第二蒸发换热器换热给一级MRC系统和二级MRC系统提供冷量后升温至-15～5℃，然后再经过海水加热器升温至常温后输送至管网；一级MRC系统和二级MRC系统相连通，一级MRC系统和二级MRC系统发出的电能统一通过并网柜上网。
所述一级MRC系统包括依次循环连通的一级工质泵、一级冷凝器、一级海水加热器和一级透平发电机；液态工质经过一级工质泵升压后经过一级冷凝器与膨胀后的工质换热升温后再经过一级海水加热器加热至25℃左右，液态工质完全气化进入一级透平发电机中膨胀发电，降温降压后的气体一部分经过第二蒸发换热器与需要气化的LNG换热冷凝成液体，另一部分经过一级冷凝器与一级工质泵出口的低温液态工质以及二级MRC系统循环过来的低温工质气体换热，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至一级工质泵升压，从而完成一级MRC系统循环。
二级MRC系统包括依次循环连通的二级工质泵、二级冷凝器、二级海水加热器和二级透平发电机；液态工质经过二级工质泵升压后经过二级冷凝器与二级MRC系统膨胀后的工质换热升温后，输送至一级冷凝器提供冷量，然后再经过二级海水加热器加热至25℃左右，液态工质完全气化进入二级透平发电机中膨胀发电，降温降压后的气体一部分经过第一蒸发换热器与需要气化的LNG换热冷凝成液体，另一部分经过二级冷凝器与二级工质泵出口的低温液态工质换热，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至二级工质泵升压，从而完成二级MRC系统循环。
DMRC循环冷能利用系统分为两级即为一级MRC系统和二级MRC系统，均采用混合冷剂作为工质，所述一级MRC系统的工质采用丙烷、氟利昂按照0.7:0.3的体积比混合而成。所述二级MRC系统的工质采用乙烯、甲烷、氮气按照0.5:0.4:0.1的体积比混合而成。
本实施例中，所述第一蒸发换热器、第二蒸发换热器、一级冷凝器和二级冷凝器均采用板翅式换热器、绕管式换热器中的任一种。
本实施例中，所述海水加热器、一级海水加热器和二级海水加热器均采用开架式气化器、浸没燃烧式气化器中的任一种。当海水温度降低不能满足换热器气化要求时，可接收附近余热利用，增加发电量。
本实施例中还提供了一种DMRC循环的LNG冷能发电的方法，采用上述任一项所述的一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置实现，包括：
储罐中的LNG通过管道输送至加压泵，加压至输送管网压力后依次经过第一蒸发换热器、第二蒸发换热器换热给一级MRC系统和二级MRC系统提供冷量后，再经过海水加热器升温至常温后输送至管网；
-25～-20℃液态工质经过一级工质泵升压至0.5～0.7MPa后经过一级冷凝器与膨胀后的工质换热升温至-20～-15℃后再经过一级海水加热器加热至5～25℃左右，液态工质完全气化进入一级透平发电机中膨胀至0.15～0.23MPa，膨胀的气体带动叶轮旋转，并通过转子带动发电机转动，从而转化为电能，降温降压后的气体一部分经过第二蒸发换热器与需要气化的LNG换热降温至-25～-20℃，冷凝成液体，另一部分经过一级冷凝器与一级工质泵出口的低温液态工质以及二级MRC系统循环过来的低温工质气体换热降温至-25～-20℃，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至一级工质泵升压，从而完成一级MRC系统循环；
-150～-145℃液态工质经过二级工质泵升压至1.7～2.5MPa后经过二级冷凝器与二级MRC系统膨胀后的工质换热升温至-40～-35℃后，输送至一级冷凝器提供冷量升温至-20～-15℃，然后再经过二级海水加热器加热至5～25℃左右，液态工质完全气化进入二级透平发电机中膨胀至0.3～0.35MPa，膨胀的气体带动叶轮旋转，并通过转子带动发电机转动，从而转化为电能，降温降压后的气体一部分经过第一蒸发换热器与需要气化的LNG换热降温至-150～-145℃，冷凝成液体，另一部分经过二级冷凝器与二级工质泵出口的低温液态工质换热降温至-150～-145℃，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至二级工质泵升压，从而完成二级MRC系统循环；
一级MRC系统和二级MRC系统发出的电能统一通过并网柜上网。
LNG冷能利用主要是依靠LNG与周围环境(如空气、海水)之间存在的温度和压力差，将高压低温的LNG变为高压常温的天然气时，回收储存在LNG中的能量。本发明利用加压泵液态下对LNG加压至管网输送压力，能够大大降低能耗，通过DMRC循环系统实现冷能的梯级利用，可最大化的将LNG气化释放的冷能转换为高品质的电能，可增加燃气发电的效率，并降低对环境的污染，气化后的甲烷可以输送至输气管网。LNG冷能发电也逐渐成为新型能源的重要组成部分。
本发明采用DMRC循环能够充分利用LNG的冷能，尤其是-150-～-40℃左右的冷能，DMRC循环系统是两套独立的循环系统，针对不同的温度设计工况和循环工质不同，两套系统可以独立运行，不会相互影响。在流程设计过程中通过冷凝器回收工质泵出口高压低温工质的冷量，从而提高工质循环量，降低海水气化器的负荷，整体发电效率更高。
本发明通过特定的工艺技术利用LNG的冷能，可以达到节省能源、提高经济效益的目的。LNG冷能利用的潜力巨大，本发明在冷能发电、冷冻食品及空气液化等方面达到实用化程度，经济效益和社会效益非常明显。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置，其特征在于，包括：加压泵、第一蒸发换热器、第二蒸发换热器、海水加热器、一级MRC系统和二级MRC系统；储罐中的LNG通过管道输送至加压泵，加压至输送管网压力后依次经过第一蒸发换热器、第二蒸发换热器换热给一级MRC系统和二级MRC系统提供冷量后，再经过海水加热器升温至常温后输送至管网；一级MRC系统和二级MRC系统相连通，一级MRC系统和二级MRC系统发出的电能统一通过并网柜上网；
所述一级MRC系统包括依次循环连通的一级工质泵、一级冷凝器、一级海水加热器和一级透平发电机；液态工质经过一级工质泵升压后经过一级冷凝器与膨胀后的工质换热升温后再经过一级海水加热器加热，液态工质完全气化进入一级透平发电机中膨胀发电，降温降压后的气体一部分经过第二蒸发换热器与需要气化的LNG换热冷凝成液体，另一部分经过一级冷凝器与一级工质泵出口的低温液态工质以及二级MRC系统循环过来的低温工质气体换热，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至一级工质泵升压，从而完成一级MRC系统循环；
二级MRC系统包括依次循环连通的二级工质泵、二级冷凝器、二级海水加热器和二级透平发电机；液态工质经过二级工质泵升压后经过二级冷凝器与二级MRC系统膨胀后的工质换热升温后，输送至一级冷凝器提供冷量，然后再经过二级海水加热器加热，液态工质完全气化进入二级透平发电机中膨胀发电，降温降压后的气体一部分经过第一蒸发换热器与需要气化的LNG换热冷凝成液体，另一部分经过二级冷凝器与二级工质泵出口的低温液态工质换热，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至二级工质泵升压，从而完成二级MRC系统循环。
2.如权利要求1所述的一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置，其特征在于，所述一级MRC系统的工质采用丙烷、氟利昂按照0.7:0.3的体积比混合而成。
3.如权利要求1所述的一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置，其特征在于，所述二级MRC系统的工质采用乙烯、甲烷、氮气按照0.5:0.4:0.1的体积比混合而成。
4.如权利要求1所述的一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置，其特征在于，所述第一蒸发换热器、第二蒸发换热器、一级冷凝器和二级冷凝器均采用板翅式换热器、绕管式换热器中的任一种。
5.如权利要求1所述的一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置，其特征在于，所述海水加热器、一级海水加热器和二级海水加热器均采用开架式气化器、浸没燃烧式气化器中的任一种。
6.一种DMRC循环的LNG冷能发电的方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的一种DMRC循环的LNG冷能发电的装置实现，包括：
储罐中的LNG通过管道输送至加压泵，加压至输送管网压力后依次经过第一蒸发换热器、第二蒸发换热器换热给一级MRC系统和二级MRC系统提供冷量后，再经过海水加热器升温至常温后输送至管网；
液态工质经过一级工质泵升压后经过一级冷凝器与膨胀后的工质换热升温后再经过一级海水加热器加热，液态工质完全气化进入一级透平发电机中膨胀发电，降温降压后的气体一部分经过第二蒸发换热器与需要气化的LNG换热冷凝成液体，另一部分经过一级冷凝器与一级工质泵出口的低温液态工质以及二级MRC系统循环过来的低温工质气体换热，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至一级工质泵升压，从而完成一级MRC系统循环；
液态工质经过二级工质泵升压后经过二级冷凝器与二级MRC系统膨胀后的工质换热升温后，输送至一级冷凝器提供冷量，然后再经过二级海水加热器加热，液态工质完全气化进入二级透平发电机中膨胀发电，降温降压后的气体一部分经过第一蒸发换热器与需要气化的LNG换热冷凝成液体，另一部分经过二级冷凝器与二级工质泵出口的低温液态工质换热，冷凝成液体；两部分冷凝的液体通过管道汇合后送至二级工质泵升压，从而完成二级MRC系统循环；
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| CN117759344A (zh) | 2024-03-26 |
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