CN202420073U - 基于液化天然气的能源匹配系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于液化天然气的能源匹配系统，包括：用以储存液化天然气的储罐组，具有储气入口和储气出口；对空气进行压缩的第一压缩机，具有吸气口和排气口；第一换热器，具有与所述储气出口连通的供液化天然气流经的第一换热通道、与所述排气口连通的供压缩空气流经的第二换热通道；对经所述第一换热器加热后的液化天然气进行减压膨胀气化的第一膨胀机，具有膨胀降压入口和膨胀降压出口，所述膨胀降压入口与所述第二换热通道的出口连通。本实用新型具有较高的能量利用效率。

Description

基于液化天然气的能源匹配系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于液化天然气的能源匹配系统。

背景技术

现有技术是采用液化天然气减压气化，气化气体直接进入输送管道，到达客户端。在温度较低的环境当中，还需要消耗能量(如燃烧一部分燃料)对气体进行加热。

目前液化天然气(如LNG-液化天然气)站传统工艺流程能量利用率偏低，且在低温环境下可能需要制热能量，使能量效率进一步降低。

目前技术方案的最大问题是液化天然气用途单一，且在减压气化的过程中，有大量的能量(如压力能、冷量等)损失。

实用新型内容

针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于液化天然气的能源匹配系统，以提高能源利用效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于液化天然气的能源匹配系统，包括：用以储存液化天然气的储罐组，具有储气入口和储气出口；对空气进行压缩的第一压缩机，具有吸气口和排气口；第一换热器，具有与所述储气出口连通的供液化天然气流经的第一换热通道、与所述排气口连通的供压缩空气流经的第二换热通道；对经所述第一换热器加热后的液化天然气进行减压膨胀气化的第一膨胀机，具有膨胀降压入口和膨胀降压出口，所述膨胀降压入口与所述第二换热通道的出口连通。

优选地，在储气出口与所述第一换热器的第一换热通道之间的连通管路上，还连接有增压泵。

优选地，在第一压缩机与第一膨胀机之间，连接有将液化天然气在第一膨胀机中膨胀降压时产生的功作为驱动力传输给第一压缩机的能量传输机构。

优选地，本实用新型能源匹配系统还包括：对从第一膨胀机输出的液化天然气加热的第二换热器，具有与第一膨胀机的膨胀降压出口连通的第一换热通道、与第一换热器的第二换热通道连通的出口的另一第二换热通道；对经第二换热器加热的液化天然气加热的第三换热器、对在第二换热器中放热后输出的压缩空气压缩的第二压缩机；接收从第三换热器输出的加热的液化天然气、和从第二压缩机排出的压缩空气的缓冲罐，其中缓冲罐与第三换热器和第二压缩机的排气口连通。

优选地，本实用新型能源匹配系统还包括：对来自缓冲罐的液化天然气和空气混合气体进行加热的第四换热器、供所述的由第四换热器加热后的混合气体在其中燃烧的燃烧室、对燃烧室中混合气体燃烧时排出的烟气进行膨胀降压的第二膨胀机，第四换热器具有与缓冲罐的混合气体出口连通的第一换热通道、与第二膨胀机的膨胀降压出口连通的第二换热通道，其中，在第二膨胀机与第二压缩机之间，连接有将烟气在第二膨胀机中膨胀降压时产生的功作为驱动力传输给第二压缩机的另一能量传输机构。

优选地，能量传输机构、和所述另一能量传输机构均为传动轴。

优选地，本实用新型能源匹配系统还包括：余热锅炉，具有供从第四换热器的第二换热通道排出的烟气流经的第一通道、以及供水流经时从第一通道中烟气吸热的第二通道，第一通道的入口与第四换热器的第二换热通道的出口连通，其中，在第一通道的出口处，连接有将在余热锅炉中放热后的烟气引入第三换热器中加热其中液化天然气的引导管路，在第二通道的出口处，连接有将余热锅炉中从烟气吸热后的水排出的热水输出管路。

优选地，本实用新型能源匹配系统还包括：第六换热器，具有与第三换热器连通且供在第三换热器中加热液化天然气后排出的烟气流经的第一换热通道、供从第一换热通道中烟气吸热的制冷剂流经的第二换热通道；对从第六换热器的第二换热通道排出的制冷剂进行压缩的第三压缩机，其吸气口与第六换热器的第二换热通道连通；第五换热器，具有供第三压缩机排出的制冷剂进入的第三换热通道、供从第三换热通道中制冷剂吸热的水进入其中的第四换热通道，第三换热通道的入口与第三压缩机的排气口连通；压力调节器，其入口端与第三换热通道的出口连通，其出口端与第六换热器的第二换热通道的入口连通，其中，进入第五换热器的第三换热通道中的水、和进入余热锅炉的水来自同一管道。

优选地，用制冷剂管路代替前述的第三压缩机和压力调节器。

优选地，本实用新型能源匹配系统还包括：接收从热水输出管路排出的热水、以及从第五换热器的第三换热通道排出的热水的热水客户端。

优选地，本实用新型能源匹配系统还包括：从第一膨胀机输出的膨胀减压液化天然气中回收冷量的第一冷量回收装置，具有与第一膨胀机的膨胀降压出口连通的冷量回收端。

优选地，本实用新型能源匹配系统还包括：从第二膨胀机输出的膨胀减压烟气中回收冷量的第二冷量回收装置，具有与第二膨胀机的膨胀降压出口连通的冷量回收端。

优选地，储罐组为用以储存液化天然气的储罐组。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型利用透平膨胀系统，实现绝热等熵膨胀，对减压过程的能量(如压力功)加以回收利用。同时利用液体加压、气体在压缩、膨胀、燃烧等过程中所产生的能量在系统内部进行热交换循环，尤其对气体膨胀过程中产生的冷量加以回收利用，从而达到提高系统能量效率的目的。

附图说明

图1是本实用新型基于液化天然气的能源匹配系统的示意图。

图中：

1液化天然气(LNG)储罐组

2增压泵

3第一换热器

4第二压缩机

5第二换热器

6第三换热器

7缓冲罐

8第四换热器

9燃烧室

10第二膨胀机

11第五换热器

12第三压缩机

13压力调节器

14第六换热器

15余热锅炉(或制冷机)

16第一压缩机

17第一膨胀机

18空气进料口

19水进料口

20燃气出口

21热水出口

22-23能量传动轴

24-25冷量回收端(冷量用户端)

26管道

具体实施方式

本实用新型包括以下实施例但不限于以下实施例。下面结合附图对本实用新型技术方案进行具体描述。

参见图1描述本实用新型基于液化天然气的能源匹配系统，其包括：用以储存液化天然气的储罐组1、对空气进行压缩的第一压缩机16、对从储罐组1输出的液化天然气加热的第一换热器3、对经第一换热器3加热后的液化天然气进行减压膨胀气化的第一膨胀机17，第一压缩机具有吸气口和排气口(下述其他压缩机与第一压缩机类似)，第一膨胀机17具有膨胀降压入口和膨胀降压出口(下述其他膨胀机与第一膨胀机类似)，膨胀降压入口与所述第二换热通道的出口连通。第一换热器3具有与储气出口连通的供液化天然气流经的第一换热通道、与第一压缩机16的排气口连通的供压缩空气流经的第二换热通道，其中第二换热通道中的压缩空气时向第一换热通道中液化天然气放热。

进一步，从图中看出，在储气罐1的储气出口与所第一换热器3的第一换热通道之间的连通管路上，还连接有增压泵2。增压泵具有泵入口和泵出口，其中增压泵2的泵入口与储罐组1的液化天然气出口连通，泵出口与第一换热器3的第一换热通道。

在第一压缩机16与第一膨胀机17之间连接有能量传输机构(本实施例中为传动轴22)，该能量传输机构将液化天然气在第一膨胀机17中膨胀降压时产生的功作为驱动力传输给第一压缩机16，此处产生的功可以全部或部分传递该第一压缩机16。

继续参见图1，本实用新型能源匹配系统还包括：对从第一膨胀机17输出的液化天然气加热的第二换热器5，其中，第二换热器5具有供第一膨胀机17输出的液化天然气流经的第一换热通道、供在第一换热器3中放热后排出的压缩空气流经的第二换热通道，第二换热通道中压缩空气向第一换热通道中液化天然气放热，在图1中，第二换热器5的第一换热通道与第一膨胀机17的膨胀降压出口连通，第二换热器5的第二换热通道的入口与第一换热器3的第二换热通道的出口连通；对经第二换热器5加热的液化天然气加热的第三换热器6、对在第二换热器5中放热后输出的压缩空气压缩的第二压缩机4；接收从第三换热器6输出的加热的液化天然气、和从第二压缩机4排出的压缩空气的缓冲罐7，缓冲罐7与第三换热器6和第二压缩机4的排气口连通。

继续参见图1，本实用新型能源匹配系统还包括：对来自缓冲罐7的液化天然气和空气混合气体进行加热的第四换热器8、供由第四换热器8加热后的混合气体在其中燃烧的燃烧室9、对燃烧室9中混合气体燃烧时排出的烟气进行膨胀降压的第二膨胀机10。第四换热器8具有供来自缓冲罐7的混合气体流经的第一换热通道、供第二膨胀机10输出的烟气流经的第二换热通道，第二换热通道中烟气向第一换热通道中混合气体放热。图1中，缓冲罐7具有供液化天然气和空气的混合气体排出的混合气体出口，第四换热器8的第一换热通道与缓冲罐7的混合气体出口连通，第四换热器8的第二换热通道与第二膨胀机10的膨胀降压出口连通。图1中还示出，在第二膨胀机10与第二压缩机4之间，连接有另一能量传输机构(本实施例中为传动轴23)，以将烟气在第二膨胀机10中膨胀降压时产生的功作为驱动力传输给第二压缩机4。此处产生的功可以全部或部分传递该第二压缩机4。

继续参见图1，本实用新型能源匹配系统还包括：余热锅炉15，具有供从第四换热器8的第二换热通道排出的烟气流经的第一通道、以及供水(来自水进料口19)流经时从第一通道中烟气吸热的第二通道，其中第一通道的入口与第四换热器8的第二换热通道的出口连通。在第一通道的出口处，连接有将在余热锅炉15中放热后的烟气引入第三换热器6中加热其中液化天然气的引导管路。在第二通道的出口处，连接有将余热锅炉15中从烟气吸热后的水排出的热水输出管路。

继续参见图1，本实用新型能源匹配系统还包括：第六换热器14，具有供在第三换热器6中加热液化天然气后排出的烟气流经的第一换热通道、供从第一换热通道中烟气吸热的制冷剂流经的第二换热通道，显然第三换热器6的第一换热通道与第三换热器连通；对从第六换热器14的第二换热通道排出的制冷剂进行压缩的第三压缩机12，第三压缩机12的吸气口与第六换热器14的第二换热通道连通；第五换热器11，具有供第三压缩机12排出的制冷剂进入的第三换热通道、供从第三换热通道中制冷剂吸热的水(来自水进料口19)进入其中的第四换热通道，其中第三换热通道的入口与第三压缩机12的排气口连通；对从第三换热通道排出的制冷剂节流降温的压力调节器13，压力调节器13入口端与第三换热通道的出口连通，压力调节器13出口端与第六换热器14的第二换热通道的入口连通。优选地，进入第五换热器11的第三换热通道中的水、和进入余热锅炉15的水来自同一管道。进一步，图1还示出本实用新型系统包括热水客户端，连接在热水出口21处，以接收从前述的热水输出管路排出的热水、以及从第五换热器11的第三换热通道排出的热水。另外，在经济衡算允许的情况下，可使用制冷剂或其他冷源代替第三压缩机12和压力调节器13，即用制冷剂管路替换第三压缩机12和压力调节器13。

进一步，本实用新型系统还可包括：从第一膨胀机17输出的膨胀减压液化天然气中回收冷量(盈余冷量)的第一冷量回收装置，该第一冷量回收装置具有与第一膨胀机17的膨胀降压出口连通的冷量回收端24；从第二膨胀机10输出的膨胀减压烟气中回收冷量的第二冷量回收装置，该第二冷量回收装置具有与第二膨胀机10的膨胀降压出口连通的冷量回收端25。

本实用新型利用透平膨胀技术对系统内压力功损失进行回收，利用系统内自循环传热系统增加对系统热量的利用率，同时可以在任意膨胀过程中产生的盈余冷量直接回收输出。优选地，本实用新型中储罐组1是用以储存液压天然气的储罐组。

以下参见图1，以描述本实用新型工作流程：

由液化天然气如LNG储罐组输出液化天然气如LNG至增压泵2加压后进入第一换热器3，被升温后进入第一膨胀机17减压膨胀气化，进入第二换热器5升温后，进入第三换热器6进一步升温后，分别进入天然气出口20到达用户端；进入缓冲罐7。

空气由空气进料口18进入第一压缩机16后，加压后进入第一换热器3降温后进入第二换热器5被降温，然后经第二压缩机4压缩后进入气体缓冲罐7。

在缓冲罐7中，气体混合后进入第四换热器8，升温后进入燃烧室9，点燃后气体烟气进入第二膨胀机10，减压膨胀后进入第四换热器8后，降温后进入余热锅炉15或制冷机，经热量回收后进入第三换热器6，降温后进入第六换热器14，降温后从管道26排出。

水由水进料口19进入，分别进入余热锅炉或制冷机15，由回收热量升温后由热水出口21输送到用户端；进入第五换热器11升温后，由热水出口21输送到用户端。

制冷剂进入第六换热器14，升温后，进入第三压缩机12，增压后进入第五换热器11，降温后进入压力调节器13，节流降温后进入第六换热器14，开始换热循环。

第二膨胀机10、第一膨胀机17分别通过能量传动轴23、22，将能量如动能、电能等传输至第二压缩机4、第一压缩机16，提供全部或部分能量。盈余冷量可通过冷量回收端(冷量用户端)24、25直接回收利用。

参见图1示出的本实用新型能源匹配系统，以压力为1个标准大气压、温度为-162℃、1000kg/h的LNG为例，该系统回收70KW的压力能、回收100kw的冷能，当采用发电机利用膨胀做功发电时，所回收的70kw的压力能相当于降低了发电机中压缩部分的能耗70kw，所回收的100kw的冷能相当于降低了发电机的入口温度从而提高了发动机压缩部分的效率。相比于现有技术中燃气直接由发电机发电而言，现有技术的发电效率是42％-43％，而本实用新型可以将发电效率提高到49.2％。

综上，本实用新型基本原理是应用热力第一、第二定律，利用透平膨胀系统，实现绝热等熵膨胀，对减压过程的能量(如压力功)加以回收利用。同时利用液体加压、气体在压缩、膨胀、燃烧等过程中所产生的能量在系统内部进行热交换循环，尤其对气体膨胀过程中产生的冷量加以回收利用，从而达到提高系统能量效率的目的。

本实用新型对液化天然气液态增压，增加其有用功效率。对液化天然气一般传输过程中所损失的能量(如压力能)进行回收，并转换成其他形式能量(如电)加以利用。对液化天然气由于传输过程中的压缩或膨胀所带来的温度变化加以利用，增加系统能量利用。对工艺过程任意环节中产生的过量冷量可实现直接回收对外供应。对由液化天然气实现多种形式功能提供完整的解决方案。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于液化天然气的能源匹配系统，其特征在于，包括：

用以储存液化天然气的储罐组(1)，具有储气入口和储气出口；

对空气进行压缩的第一压缩机(16)，具有吸气口和排气口；

第一换热器(3)，具有与所述储气出口连通的供液化天然气流经的第一换热通道、与所述排气口连通的供压缩空气流经的第二换热通道；

对经所述第一换热器(2)加热后的液化天然气进行减压膨胀气化的第一膨胀机(17)，具有膨胀降压入口和膨胀降压出口，所述膨胀降压入口与所述第二换热通道的出口连通。

2.根据权利要求1所述的能源匹配系统，其特征在于，在所述储气出口与所述第一换热器(3)的第一换热通道之间的连通管路上，还连接有增压泵(2)。

3.根据权利要求2所述的能源匹配系统，其特征在于，其中，在所述第一压缩机与所述第一膨胀机之间，连接有将液化天然气在所述第一膨胀机中膨胀降压时产生的功作为驱动力传输给所述第一压缩机的能量传输机构。

4.根据权利要求3所述的能源匹配系统，其特征在于，还包括：

对从所述第一膨胀机(17)输出的液化天然气加热的第二换热器(5)，具有与所述第一膨胀机(17)的膨胀降压出口连通的第一换热通道、与所述第一换热器的第二换热通道连通的出口的另一第二换热通道；

对经所述第二换热器(5)加热的液化天然气加热的第三换热器(6)、对在所述第二换热器(5)中放热后输出的压缩空气压缩的第二压缩机(4)；接收从所述第三换热器(6)输出的加热的液化天然气、和从所述第二压缩机(4)排出的压缩空气的缓冲罐(7)，其中所述缓冲罐与所述第三换热器和所述第二压缩机的排气口连通。

5.根据权利要求4所述的能源匹配系统，其特征在于，还包括：

对来自所述缓冲罐(7)的液化天然气和空气混合气体进行加热的第四换热器(8)、供所述的由所述第四换热器(8)加热后的混合气体在其中燃烧的燃烧室(9)、对所述燃烧室(9)中混合气体燃烧时排出的烟气进行膨胀降压的第二膨胀机(10)，

其中，所述第四换热器具有与所述缓冲罐的混合气体出口连通的第一换热通道、与所述第二膨胀机的膨胀降压出口连通的第二换热通道，

其中，在所述第二膨胀机(10)与所述第二压缩机(4)之间，连接有将烟气在所述第二膨胀机(17)中膨胀降压时产生的功作为驱动力传输给所述第二压缩机(4)的另一能量传输机构。

6.根据权利要求5所述的能源匹配系统，其特征在于，所述能量传输机构、和所述另一能量传输机构均为传动轴(22、23)。

7.根据权利要求5或6所述的能源匹配系统，其特征在于，还包括：

余热锅炉(15)，具有供从所述第四换热器的第二换热通道排出的烟气流经的第一通道、以及供水流经时从所述第一通道中烟气吸热的第二通道，所述第一通道的入口与所述第四换热器的第二换热通道的出口连通，

其中，在所述第一通道的出口处，连接有将在所述余热锅炉中放热后的烟气引入所述第三换热器中加热其中液化天然气的引导管路，在所述第二通道的出口处，连接有将所述余热锅炉中从烟气吸热后的水排出的热水输出管路。

8.根据权利要求7所述的能源匹配系统，其特征在于，还包括：

第六换热器(14)，具有与所述第三换热器连通且供在所述第三换热器中加热液化天然气后排出的烟气流经的第一换热通道、供从所述第一换热通道中烟气吸热的制冷剂流经的第二换热通道；

对从所述第六换热器(14)的第二换热通道排出的制冷剂进行压缩的第三压缩机(12)，其吸气口与所述第六换热器的第二换热通道连通；

第五换热器(11)，具有供所述第三压缩机(12)排出的制冷剂进入的第三换热通道、供从所述第三换热通道中制冷剂吸热的水进入其中的第四换热通道，所述第三换热通道的入口与所述第三压缩机(12)的排气口连通；

压力调节器(13)，其入口端与所述第三换热通道的出口连通，其出口端与所述第六换热器(14)的第二换热通道的入口连通，

其中，进入所述第五换热器(11)的第三换热通道中的水、和进入所述余热锅炉(15)的水来自同一管道。

9.根据权利要求8所述的能源匹配系统，其特征在于，用制冷剂管路代替权利要求6中所述的第三压缩机(12)和压力调节器(13)。

10.根据权利要求3所述的能源匹配系统，其特征在于，还包括：

从所述第一膨胀机(17)输出的膨胀减压液化天然气中回收冷量的第一冷量回收装置，具有与所述第一膨胀机(17)的膨胀降压出口连通的冷量回收端(24)。

11.根据权利要求5所述的能源匹配系统，其特征在于，还包括：

从所述第二膨胀机(10)输出的膨胀减压烟气中回收冷量的第二冷量回收装置，具有与所述第二膨胀机(10)的膨胀降压出口连通的冷量回收端(25)。

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