CN209976590U - 蒸汽冷凝系统及发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供蒸汽冷凝系统及发电系统。本实用新型的蒸汽冷凝系统，使发电用汽轮机产生的高温排汽冷凝成凝结水并收集，包括：第一换热器，使所述高温排汽向第一冷却介质释放热能而形成凝结水并收集；第二换热器，使所述第一冷却介质与第二冷却介质直接进行热交换，所述第一冷却介质吸收所述第二冷却介质的冷能，与此同时，所述第二冷却介质通过释放所述冷能而从液相天然气变成气相天然气，并且，所述热能与所述冷能的能量大致相等；高温气体流路，与所述第一换热器连接，将所述高温排汽引导至所述第一换热器；第一介质流路，使第一冷却介质依次流经所述第二换热器、所述第一换热器；和第二介质流路，使所述第二冷却介质流经所述第二换热器。

Description

蒸汽冷凝系统及发电系统

技术领域

本实用新型涉及LNG冷能技术在发电机组中的应用，具体而言，涉及利用LNG冷能对燃煤火电机组、燃气-蒸汽联合循环发电机组等发电机组中的汽轮机排汽进行冷凝的蒸汽冷凝系统及采用了该蒸汽冷凝系统的发电系统。

背景技术

天然气作为环保绿色能源之一，正在被广泛使用。天然气在运输过程中大部分是以液化天然气(LNG)的方式进行输送。大量输送的LNG携带着大量的冷能，如果不能有效地利用这些冷能，将会造成巨大的能源浪费和环境污染。因此，对LNG冷能应用的研究与开发一直在进行。

目前，LNG冷能的用途有：发电、液化空气分离、仓库冷冻、制干冰、低温粉碎等。冷能利用方案的选择需根据LNG接收站的工艺、市场情况、能量利用效率等多方面因素综合分析。例如，专利文件1中公开了将LNG冷能用于斯特林发电机和冷库制冷。

另一方面，在已知的利用天然气发电的技术中，燃气-蒸汽联合循环发电机组的发电效率最高，业界公认可达到50％左右。在另外50％的损失中，蒸汽朗肯循环在冷凝器(凝汽器)内由循环水带走的冷源损失热量，可达整个蒸汽朗肯循环效率的50％左右。对于燃煤火电机组发电效率一般在40％以下，冷源损失所占整个朗肯循环效率的60％以上，可见，冷凝器的冷却效率(蒸汽朗肯循环的冷凝效率)直接影响蒸汽朗肯循环的效率，进而影响发电机组的发电效率。

现有技术文献

专利文献1：CN109339973A

实用新型内容

本实用新型正是鉴于上述现有技术中存在的问题而提出的，目的之一在于提供一种利用LNG冷能对燃气-蒸汽联合循环发电机组中的汽轮机排汽进行冷凝的蒸汽冷凝系统，从而能够提高朗肯循环中的冷凝效率，进而提高发电系统的发电效率。

本实用新型的又一目的是提供一种应用了本实用新型的蒸汽冷凝系统的发电系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案。

(1)作为本实用新型的一方式的蒸汽冷凝系统，使发电用汽轮机产生的高温排汽冷凝成凝结水并收集，其特征在于，包括：

第一换热器，使所述高温排汽向第一冷却介质释放热能而形成凝结水并收集；

第二换热器，使所述第一冷却介质与第二冷却介质直接进行热交换，所述第一冷却介质吸收所述第二冷却介质的冷能，与此同时，所述第二冷却介质通过释放所述冷能而从液相天然气变成气相天然气，并且，所述热能与所述冷能的能量大致相等；

高温气体流路，与所述第一换热器连接，将所述高温排汽引导至所述第一换热器；

第一介质流路，使第一冷却介质依次流经所述第二换热器、所述第一换热器；和

第二介质流路，使所述第二冷却介质流经所述第二换热器。

(2)在上述的蒸汽冷凝系统中，所述第一介质流路可以是循环流路，还可以是不循环流路，

若所述第一介质流路是循环流路，则所述第一冷却介质在依次流经所述第二换热器和所述第一换热器后返回至所述第二换热器；

若所述第一介质流路是不循环流路，则来自外部的所述第一冷却介质在在依次流经所述第二换热器和所述第一换热器后并引导至外部。

(3)在上述的蒸汽冷凝系统中，可以包括多个所述第二换热器，各所述第二换热器均包括第二冷却介质的输入端和输出端，从所述输入端进入了所述第二换热器的所述第二冷却介质经热交换释放冷能后从所述输出端流出，

多个所述第二换热器中的至少两个以并联或串联的方式连接，

所述第一介质流路包括多个并联的第一介质支路，各所述第一介质支路分别将所述第一冷却介质引导至各所述第二换热器；

所述热能的量与所述第二冷却介质在每个所述第二换热器中释放的所述冷能的量之和相等。

(4)本实用新型的蒸汽冷凝系统还可以是如下结构，包括：

第一换热器，使所述高温排汽向第一冷却介质释放热能而形成凝结水；

第二换热器，使空气与第二冷却介质进行热交换，从而使所述空气吸收所述第二冷却介质的冷能，与此同时，所述第二冷却介质通过释放所述冷能而从第一温度的液相天然气变成第二温度的气相天然气，并且，所述热能与所述冷能的能量大致相等；

空气冷却装置，使所述第一冷却介质与吸收了所述冷能的所述空气进行热交换，从而使所述第一冷却介质吸收所述冷能；

高温气体流路，与所述第一换热器连接，将所述高温排汽引导至所述第一换热器；

第一介质流路，使第一冷却介质依次流经所述空气冷却装置、所述第一换热器；

空气流路，使所述空气依次流过所述第二换热器、所述空气冷却装置；和

第二介质流路，使所述第二冷却介质流经所述第二换热器。

(5)本实用新型的蒸汽冷凝系统还可以是如下结构，包括：

第一换热器，使所述高温排汽的一部分与第一冷却介质进行热交换而形成第一凝结水并收集；

第三换热器，使所述高温排汽的其余部分向第二冷却介质释放热能而形成第二凝结水并收集，与此同时，所述第二冷却介质通过释放冷能而从第一温度的液相天然气变成第二稳定的气相天然气，所述高温排汽的所述其余部分释放的所述热能与所述第二冷却介质释放的所述冷能的量相等；

第一高温气体流路，连接于所述第一换热器，将所述高温气体的一部分引导至所述第一换热器；

第二高温气体流路，连接于所述第三换热器，将所述高温气体的其余部分引导至所述第三换热器；

其中，所述第二凝结水经由管路而与所述第一凝结水汇流。

(6)作为本实用新型的又一方式的发电系统，包括：发电机；驱动所述发电机进行发电并排出高温排汽的汽轮机；以及上述(1)至(5)中任一项所述的蒸汽冷凝系统。

实用新型效果

通过本实用新型，至少能够实现如下的技术效果。

1)充分利用燃煤火电机组、燃气-蒸汽联合发电机组中的冷源损失来加热LNG气化或提升天然气温度。

2)降低了发电机组中汽轮机排汽温度、压力，增加了朗肯循环发电等的发电效率。

3)避免了燃煤火电机组、联合循环发电机组冷源损失造成海水升温的负面环境影响。

4)避免了原来LNG气化或冷能发电冷却海水，造成海水温度下降等负面环境影响。

5)同时利用燃煤火电机组或燃气-蒸汽发电系统中高温排汽的热能与LNG气化过程中释放的冷能，并使得该热能与冷能相匹配，从而能够在提高凝汽机冷凝效率、进而提高朗肯循环的循环效率的同时，充分利用能源，避免了能量的浪费。

附图说明

图1是采用本实用新型实施例1的蒸汽冷凝系统的发电系统的结构示意图。

图2是采用本实用新型实施例2的蒸汽冷凝系统的发电系统的结构示意图。

图3是采用本实用新型实施例3的蒸汽冷凝系统的发电系统的结构示意图。

图4是采用本实用新型实施例4的蒸汽冷凝系统的发电系统的结构示意图。

图5是采用本实用新型实施例5的蒸汽冷凝系统的发电系统的结构示意图。

附图标记说明

1-燃气轮机；2-燃烧室；3-压气机；4-余热锅炉；6-凝结水泵；7-低压加热器；8-高压加热器；9-给水泵；11-LNG储罐；12，13-加热器(第二换热器)；14-膨胀机；15-天然气输送管道；21-汽轮机；22-凝汽器(第一换热器)；23-阀；24-第一排汽流路；25-第二排汽流路；25a、25b-排汽分支流路；26-凝结水流路；26a、26b-凝结水支路；27-热井(冷凝水收集装置)；28-海水/循环水流路(第一冷却介质流路)；28a、28b-海水/循环水分支流路(第一冷却介质分支流路)；29-低温海水/循环水流路(第一冷却介质流路)；29a、29b-低温海水/循环水支路(第一冷却介质支路)；30-凝结水输送管道；40-空冷岛(空气冷却装置)；41a、41b-热空气分支流路；42a、42b-冷空气支路；50-冷能斯特林发电机；50a-冷端；50b-热端；G-发电机、HG-高温排汽。

具体实施方式

下面参照图1至图5对本实用新型的具体实施方式进行详细的说明。附图中，对于相同的构件或部分标注相同的附图标记，并省略对其重复说明。

在燃气-蒸汽联合发电厂中，作为发电方式之一，是将燃气轮机排出的高温气体回收至余热锅炉中，对蒸汽发电系统中的给水进行加热以产生蒸汽，利用该蒸汽驱动汽轮机，汽轮机进一步驱动发电机发电。汽轮机在工作时会产生大量的高温排汽(蒸汽)，因此，在汽轮机的排汽端连接有蒸汽冷凝系统，用于回收高温排汽并以凝结水的形式输送回蒸汽发电系统的给水系统。

在使高温排汽进行冷凝时，本实用新型充分利用了液化天然气(LNG)蕴含大量冷能的特点，使用液化天然气(LNG)作为冷凝时的冷却介质，并谋求能量的最大利用(也可以说是能量的最小损失)。

下面，结合附图，对本实用新型的蒸汽冷凝方法的各实施方式进行说明。

第一实施方式

如图1至图4所示，燃气-蒸汽联合循环发电系统包括燃气轮机1、燃烧室2、压气机3、余热锅炉4、汽轮机21。来自天然气管道15的经加热了的天然气进入燃气轮机的燃烧室2，与压气机3压入的高压空气混合，驱动燃气轮机1。燃气轮机1产生的高温气体进入余热锅炉4，将水加热成高温高压的蒸汽。该蒸汽驱动汽轮机21旋转，单独或与上述的燃气轮机一起驱动发电机G发电。

在该发电系统中还包括使上述的汽轮机21排出的高温排汽冷凝成凝结水的蒸汽冷凝系统。该蒸汽冷凝系统包括凝汽器22，凝汽器22连接于汽轮机21的排汽端以接收汽轮机21的高温排汽HG。该凝汽器22主要包括供高温排汽HG流动并与凝结水收集装置连接的排汽流路、和对高温排汽HG进行冷却的冷却介质流路。可见，凝汽器22是一种换热器(也称第一换热器)。

作为在凝汽器22中参与热交换的冷却介质(也称第一冷却介质)，通常采用可循环使用的循环水、或是不循环使用的海水。

为了提高凝汽器22的凝汽效率，在本实施方式中，使凝汽器22中使用的循环水或海水等冷却介质先与更低温的冷却介质(也称第二冷却介质)进行热交换，而后再与凝汽器22中的高温排汽HG进行热交换。详细地说，在凝汽器22以外的换热器(第二换热器)中，利用第二冷却介质与第一冷却介质直接或间接地进行热交换，使第一冷却介质降温，降温了的第一冷却介质被引导至凝汽器22，以更高的效率进行高温排汽HG的冷凝。

另一方面，作为第二冷却介质的液化天然气LNG在运输时是以低温(第一温度)液态的形式，例如温度可低至-162℃，在即将送至燃烧室2之前需要被加热成规定温度(第二温度，也称供气温度)的气相，因此需要吸收热能(或称释放冷能)。

在本实用新型中，在利用液化天然气LNG的冷能对循环水、不循环水(例如湖泊水、江河水、海水)等第一冷却介质进行冷却的同时，也利用第一冷却介质对液化天然气LNG赋予热能使之从液相变为气相。当液化天然气LNG变成规定温度的气相天然气所释放的冷能(所吸收的热能)与高温排汽HG变成凝结水所吸收的冷能(所释放的热能)相等时，不仅提高了凝汽器22的冷凝效率，还实现了热能和冷能的最大利用。在不考虑管路中能量散失等的情况下，没有能量的浪费。需要说明的是，液化天然气变成气相天然气后，可以只存在相态变化而没有温度变化，也可以既存在相态变化又存在温度变化。

若用能量平衡式表示，则存在如下关系。

Q_总＝F_LNG*Q_{LNG气化潜热}+F_LNG*(T_供-T₀)*Cp_气＝Q_{汽轮机排汽}

其中，Q_总表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气所释放的冷能的总量；Q_{汽轮机排汽}表示汽轮机排汽冷凝成凝结水所释放的热能的总量；F_LNG表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气总流量；Q_{LNG气化潜热}表示单位体积的液化天然气的气化潜热；T₀表示上述的第一温度；T_供表示上述的第二温度(供气温度)；Cp_气表示气相天然气的平均比热。

综上所述，本实用新型的第一实施方式包括第一换热过程和第二换热过程。

在第一换热过程中，汽轮机的高温排汽在第一换热器向第一冷却介质释放热能而形成凝结水。

在第二换热过程中，第二冷却介质直接或间接地与第一冷却介质进行热交换，第一冷却介质在第二换热过程中吸收了第二冷却介质的冷能，与此同时，第二冷却介质通过释放所述冷能而从第一温度的液相天然气变成第二温度的气相天然气。此处，第一温度系液相天然气的初始温度(例如从LNG储罐流出时的温度，不过初始温度当然不限于此)，第二温度系即将送至汽轮机燃烧室的供气温度。

在进行上述的第一换热过程之前，进行上述的第二换热过程，并且，汽轮机的高温排汽在第一换热过程中释放的热能与第二冷却介质在第二换热过程中释放的冷能的量大致相等。

此处所谓“大致相等”，是因为考虑了从第二换热过程结束到第一换热过程结束这期间可能产生的冷能散失，在不考虑能冷损失的理想状态下，上述热能与上述冷能的量相等意味着：上述第二换热过程中液化天然气释放的冷能全部被用于汽轮机排汽的冷凝，且该冷能的量刚好是汽轮机排汽冷凝所需冷能的量。

第二实施方式

在第一实施方式中，凝汽器22连接于汽轮机21的排汽端，接收汽轮机21的全部高温排汽HG；但在本实施方式中，汽轮机21的排汽端分支成第一排汽管路24和第二排汽管路25两个高温排汽流路。高温排汽HG的一部分经由第一排汽管路24而流入凝汽器22，由海水、循环水等第一冷却介质进行冷却。高温排汽HG的其余部分经由第二排汽管路25而流入凝汽器22以外的凝汽器(也称第三换热器)中。

在该第三换热器中，利用液化天然气LNG的冷能使高温排汽冷凝成凝结水。在利用液化天然气LNG的冷能对第二排汽管路25输送来的高温排汽进行冷凝的同时，也利用该部分高温排汽对液化天然气LNG进行加热使之从液相变为气相。当初始温度(第一温度，例如-162℃)的液化天然气LNG变成规定温度(第二温度、供气温度)的气相天然气所释放的冷能(所吸收的热能)与第二排汽管路25输送来的高温排汽HG变成凝结水所吸收的冷能(所释放的热能)相等时，实现了热能和冷能的最大利用。在不考虑管路中能量损失的情况下，没有能量的浪费。

若用能量平衡式表示，则存在如下关系。

Q_总＝F_LNG*Q_{LNG气化潜热}+F_LNG*(T_供-T₀)*Cp_气＝Q_{第二排汽管路的排汽}

其中，Q_总表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气所释放的冷能的总量；Q_{第二排汽管路的排汽}表示由第二排汽管路25输送的汽轮机排汽冷凝成凝结水所释放的热能的总量；F_LNG表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气总流量；Q_{LNG气化潜热}表示单位体积的液化天然气的气化潜热；T₀表示上述的第一温度；T_供表示上述的第二温度(供气温度)；Cp_气表示气相天然气的平均比热。

综上所述，本实用新型的第二实施方式包括第一换热过程和第三换热过程。

在第一换热过程中，高温排汽的一部分在第一换热器与第一冷却介质进行热交换而形成第一凝结水。

在第三换热过程中，高温排汽的其余部分在第三换热器向第二冷却介质释放热能而形成第二凝结水，与此同时，第二冷却介质通过释放冷能而从第一温度的液相天然气变成第二温度的气相天然气。

上述的第一换热过程与上述的第三换热过程并行进行，并且，高温排汽的其余部分在第三换热过程中释放的热能与第二冷却介质在第三换热过程中释放的冷能的量相等。

上述方式还包括使第一凝结水与第二凝结水汇流的过程。

上述热能与上述冷能的量相等意味着：上述第三换热过程中液化天然气释放的冷能全部被用于第二排汽流路输送的汽轮机排汽的冷凝，且该冷能的量刚好是第二排汽流路输送的汽轮机排汽冷凝所需冷能的量。

第三实施方式

本实施方式系将第一实施方式与第二实施方式相结合而形成的方案。

即：本实施方式包括第一、第二、第三换热过程，其中，在进行第一换热过程之前进行第二换热过程，第三换热过程与第一换热过程并行地进行。

在第一换热过程中，高温排汽的一部分在第一换热器向第一冷却介质释放热能而形成第一凝结水。

在第二换热过程中，第二冷却介质直接或间接地与第一冷却介质进行热交换，第一冷却介质在第二换热过程中吸收了第二冷却介质的冷能，与此同时，第二冷却介质通过释放该冷能而从第一温度的液相天然气变成第二温度的气相天然气。此处，第一温度系液相天然气的初始温度(例如从LNG储罐流出时的温度，不过初始温度当然不限于此)，第二温度系即将送至汽轮机燃烧室的供气温度。

在第三换热过程中，高温排汽的其余部分在第三换热器向第二冷却介质释放热能而形成第二凝结水，与此同时，第二冷却介质通过释放冷能而从第一温度的液相天然气变成所述第二温度的气相天然气。

高温气体的一部分在第一换热过程中释放的热能与高温排汽的其余部分在第三换热过程中释放的热能的量之和，与第二冷却介质在第二换热过程和第三换热过程中释放的冷能的量之和相等。

该方式还包括使第一凝结水与第二凝结水汇流的过程。

若用能量平衡式表示，则存在如下关系。

Q_总＝F_LNG*Q_{LNG气化潜热}+F_LNG*(T_供-T₀)*Cp_气＝Q_{第二换热过程}+Q_{第三换热过程}＝Q_{第一排汽管路的排汽}+Q_{第二排汽管路的排汽}

其中，Q_总表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气所释放的冷能的总量，本实施方式中，为第二换热过程和第三换热过程中释放的冷能的量之和，即Q_{第一换热过程}+Q_{第二换热过程}；Q_{第一排汽管路的排汽}表示由第一排汽管路输送的汽轮机排汽冷凝成凝结水所释放的热能的量；Q_{第二排汽管路的排汽}表示由第二排汽管路输送的汽轮机排汽冷凝成凝结水所释放的热能的量；F_LNG表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气总流量；Q_{LNG气化潜热}表示单位体积的液化天然气的气化潜热；T₀表示上述的第一温度；T_供表示上述的第二温度(供气温度)；Cp_气表示气相天然气的平均比热。

下面，结合各实施例说明上述实施方式的蒸汽冷凝系统及发电系统。

实施例1

如图1所示，汽轮机21的高温排汽端连接于三通阀23的一个端口；三通阀的第二端口经由第一排汽流路24而连接于凝汽器22。该凝汽器22利用来自外部的海水或循环水作为冷却介质(第一冷却介质)使从第一排汽流路24输送来的高温排汽冷凝成凝结水。

三通阀23的第三端口连接于第二排汽流路25。第二排汽流路25分支成两排汽支路25a、25b。排汽支路25a连接于第二加热器13，在排汽支路25a中流过的高温排汽作为第二加热器13的热源。排汽支路25b连接于第一加热器12，在排汽支路25b中流过的高温排汽作为第一加热器12的热源。

排汽支路25a、排汽支路25b中的高温排汽在第二加热器13、第一加热器12中释放热能而变成凝结水，分别经由凝结水支路26a、26b而汇集于凝结水流路26。该凝结水流路26连接于用于收集凝结水的热井27。该热井27将收集到的由第一排汽流路24中的高温排汽凝结而成的第一凝结水、以及由凝结水流路26送来的第二凝结水合流，并经由水泵等回送至余热锅炉的给水系统，供下一次循环使用。

第一加热器12和第二加热器13利用上述高温排汽的热能对作为本实用新型第二冷却介质的液化天然气进行加热，均具有天然气的低温输入端(或液相输入端)和高温输出端(或气相输入端)。此处所谓的“低温”和“高温”是指，将天然气在即将流入一加热器时的温度与刚刚流出该加热器时的温度相比，将温度较高的一方称为“高温天然气”，将温度较低的一方称为“低温天然气”；针对各加热器，均有各自的低温输入端和高温输出端。同样地，有时天然气经过加热器只发生相态的变化，此时，将输入端称为液相输入端，将输出端称为气相输出端。输入端与输出端的天然气可能温度相等，也可能温度不等，只要天然气经过加热器释放了冷能即可。本实施例中，为便于理解采用了“低温输入端”“高温输出端”的记载方式，但这并非表示输入端和输出端不是液相输入端和气相输出端。

将第一加热器12与第二加热器13以一方的高温输出端与另一方的低温输入端相连接的方式串联连接于天然气输送管道。更具体而言，-162℃的液化天然气LNG经由天然气输送管道的15a段而从LNG储罐11被输送至第一加热器12的低温输入端。第一加热器12的高温输出端经由天然气输送管道的15b段连接于膨胀机14的进气端。经第一加热器12加热了的气化天然气作为膨胀机14的内部工质参与膨胀机14的工作。气化天然气在膨胀机14内利用压缩气体的膨胀降压而向外输出机械功以驱动发电机，并且气体在膨胀机内进行绝热膨胀对外做功的同时消耗了气体本身的内能，因此从膨胀机14的排气口排出的天然气与进入膨胀机14时的天然气相比被降温。从膨胀机14排出的天然气经由天然气输送管道的15c段而被送至第二加热器13。第二加热器13将该天然气加热至规定的供气温度，并经天然气输送管道的15d段而以规定的流量送至与上述的汽轮机21一并驱动发电机G的燃气轮机的燃烧室。

本实施例中采用了两个加热器串联连接的方式，但是也可以只设置一个加热器，只要经过该加热器热交换后，从输出端排出的气相天然气符合对汽轮机燃烧室供气的温度要求。当然，若经过一个或两个加热器后，气相天然气的温度未达到供气要求(例如29℃)，则可以串联更多个换热器，使天然气继续升温以达到对外供天然气的温度要求。

若用Q_总表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气所释放的冷能的总量、Q_{第二排汽管路的排汽}表示由第二排汽管路25输送的汽轮机排汽冷凝成凝结水所释放的热能的总量、Q1表示天然气在第一加热器12所释放的冷能、Q2表示天然气在第二加热器13所释放的冷能、F_LNG表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气总流量、Q_{LNG气化潜热}表示单位体积的液化天然气的气化潜热、T₀表示液化天然气用于蒸汽冷凝时的初始温度、T_供表示上述的供气温度、Cp_气表示气相天然气的平均比热，则存在如下平衡关系：

Q_总＝F_LNG*Q_{LNG气化潜热}+F_LNG*(T_供-T₀)*Cp_气＝Q1+Q2＝Q_{第二排汽管路的排汽}

如上所述，以具有两个加热器12、13为例进行了说明，但是加热器的数量并不限于2个，可以根据需要设定为更多个。若用n表示参与高温排汽冷凝的加热器的数量，则：

Q_总＝F_LNG*Q_{LNG气化潜热}+F_LNG*(T_供-T₀)*Cp_气＝Q1+Q2+……+Qn＝Q_{第二排汽管路的排汽}

实施例2

如图2所示，汽轮机21的高温排汽端连接于凝汽器22，将全部的高温排汽均供给至凝汽器22。该凝汽器22利用来自外部的海水或循环水作为冷却介质(第一冷却介质)使从输送来的高温排汽冷凝成凝结水。凝汽器22的热井27用于收集该凝结水，并将其送至余热锅炉的给水系统。

下面以海水作为第一冷却介质的例子来进行说明。

从外部引入的海水(例如29℃)分别经海水分支流路28a、28b而进入第二加热器13、第一加热器12，分别作为第二加热器13的热源和第一加热器12的热源。

第一加热器12和第二加热器13利用上述海水的热能对作为本实用新型第二冷却介质的液化天然气进行加热。本实施例中的液化天然气的流路以及与第一加热器12和第二加热器13的连接，与实施例1相同，在此省略重复说明。

经过了第一加热器12、第二加热器13的海水吸收了初始温度(第一温度)的液化天然气变成规定的供气温度(第二温度)的气相天然气时释放的冷能，并携带这这些冷能经由支路29a、29b汇聚于第一冷却介质流路29，并被供给至凝汽器22，与凝汽器22中的高温排汽HG进行热交换。经过了热交换而流出的海水例如为29℃。这些海水可以被排出至海洋等外部，并不会对海洋水温等造成影响。

如上所述，以海水为例进行了说明。第一冷却介质当然还可采用循环水。与采用海水的不同之处在于，循环水在凝汽器22进行了热交换之后并不会被排出至外部，而是重新被供给至第一、第二加热器12、13，再次用于吸收天然气冷能。

若用Q_总表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气所释放的冷能的总量、Q_海水表示海水吸收的冷能的量、Q_循环水表示循环水吸收的冷能的量、Q1表示天然气在第一加热器12所释放的冷能、Q2表示天然气在第二加热器13所释放的冷能、F_LNG表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气总流量、Q_{LNG气化潜热}表示单位体积的液化天然气的气化潜热、T₀表示液化天然气用于蒸汽冷凝时的初始温度、T_供表示上述的供气温度、Cp_气表示气相天然气的平均比热，则存在如下平衡关系：

Q_总＝F_LNG*Q_{LNG气化潜热}+F_LNG*(T_供-T₀)*C_p气＝Q_海水＝Q_循环水＝Q1+Q2。

如上所述，以具有两个加热器12、13为例进行了说明，但是加热器的数量并不限于2个，可以根据需要设定为更多个。若用n表示参与高温排汽冷凝的加热器的数量，则：

Q_总＝Q₁+Q₂+…+Q_n。

本实施例的特点在于，使高温排汽冷凝时释放的热能与液化天然气变成规定温度的气相天然气时所释放的冷能相等，并利用第一冷却介质传递该冷能，从而避免了能量的额外需求或是浪费。而且，由于第一冷却介质首先被赋予了冷能，所以提高了凝汽器22的冷凝效率。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例2的区别仅在于加装了空冷岛40。即：不是实施例2那样由第一冷却介质直接在第一、第二加热器12、13吸收天然气释放的冷能，而是由空气在第一、第二加热器12、13吸收天然气释放的冷能后，在空冷岛40中将该冷能传递给第一冷却介质，由第一冷却介质携带该冷能使凝汽器22中的高温排汽进行冷凝。

下面，以采用循环水作为第一冷却介质为例来说明本实施例。对于与实施例2相同的结构，标注相同的附图标记并省略说明。

来自空冷岛40的空气分别经热空气分支流路41a、41b而进入第二加热器13、第一加热器12，分别作为第二加热器13的热源和第一加热器12的热源。

第一加热器12和第二加热器13利用上述热空气的热能对作为本实用新型第二冷却介质的液化天然气进行加热。本实施例中的液化天然气的流路以及与第一加热器12和第二加热器13的连接，与实施例1、实施例2相同，在此省略重复说明。

经过了第一加热器12、第二加热器13的空气吸收了初始温度(第一温度)的液化天然气变成规定的供气温度(第二温度)的气相天然气时所释放的冷能，并携带这些冷能经由冷空气分支流路42a、42b进入空冷岛40，在空冷岛40与第一冷却介质进行热交换。

此处，空冷岛中的第一冷却介质例如是29℃的循环水。携带上述冷能的冷空气经与该循环水进行热交换而将冷能全部转递给循环水。该循环水经循环水流路29而被供给至凝汽器22，使高温排汽冷凝成凝结水。并且，如前所述，初始温度(第一温度)的液化天然气变成规定的供气温度(第二温度)的气相天然气时所释放的冷能与该高温排汽在凝汽器22中冷凝成凝结水所释放的热能相等。

若用Q_总表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气所释放的冷能的总量、Q_海水表示海水吸收的冷能的量、Q_循环水表示循环水吸收的冷能的量、Q_空冷表示空冷空气吸收的冷能的量、Q1表示天然气在第一加热器12所释放的冷能、Q2表示天然气在第二加热器13所释放的冷能、F_LNG表示用于汽轮机排汽冷凝的液化天然气总流量、Q_{LNG气化潜热}表示单位体积的液化天然气的气化潜热、T₀表示液化天然气用于蒸汽冷凝时的初始温度、T_供表示上述的供气温度、Cp_气表示气相天然气的平均比热，则存在如下平衡关系：

Q_总＝F_LNG*Q_{LNG气化潜热}+F_LNG*(T_供-T₀)*C_p气＝Q_海水＝Q_循环水＝Q_空冷＝Q1+Q2。

如上所述，以具有两个加热器12、13为例进行了说明，但是加热器的数量并不限于2个，可以根据需要设定为更多个。若用n表示参与高温排汽冷凝的加热器的数量，则：

Q_总＝Q₁+Q₂+…+Q_n。

本实施例的特点在于，使高温排汽冷凝时释放的热能与液化天然气变成规定温度的气相天然气时所释放的冷能相等，并利用第一冷却介质和作为中间介质的空气传递该冷能，从而避免了能量的额外需求或是浪费。而且，由于第一冷却介质首先被赋予了冷能，所以提高了凝汽器22的冷凝效率。

实施例4

如山所述，实施例1中，天然气的冷能仅用于使高温排汽冷凝；实施例2和实施例3中，天然气的冷能仅用于凝汽器中的冷却。但是，天然气的冷能也可以同时用于使高温排汽冷凝和凝汽器中的冷却，如图4所示。

详细地说，汽轮机21的高温排汽端连接于三通阀23的一个端口；三通阀的第二端口经由第一排汽流路24而连接于凝汽器22。该凝汽器22中第一冷却介质的流路可以采用实施例2中的结构，也可以采用实施例3那样的加装了空冷岛的结构。

三通阀23的第三端口连接于第二排汽流路25。第二排汽流路25分支成两排汽支路25a、25b。排汽支路25a连接于第二加热器13，在排汽支路25a中流过的高温排汽作为第二加热器13的热源。排汽支路25b连接于第一加热器12，在排汽支路25b中流过的高温排汽作为第一加热器12的热源。

关于加热器的设置，可以使高温排汽经过的加热器与第一冷却介质或空冷空气经过的加热器共用；也可以设置更多个加热器，使高温排汽经过的加热器、第一冷却介质或空冷空气经过的加热器是彼此另外设置的加热器。

采用本实施例的结构，能够进一步提高对高温排汽的凝结效率，进一步提高由汽轮机、凝汽器等实现的朗肯循环的循环效率。

本实施例具有下述的平衡关系：

Q_总＝F_LNG*Q_{LNG气化潜热}+F_LNG*(T_供-T₀)*C_p气＝Q_{第一排汽管路的排汽+}Q_{第二排汽管路的排汽＝}Q₁+Q₂+…+Q_n。

其中，n表示加热器个数，包括高温排汽经过的加热器个数和第一冷却介质或空冷空气经过的加热器个数；

Q_{第一排汽管路的排汽}＝Q_海水＝Q_循环水＝Q_空冷。

实施例5

实施例1至实施例4中，来自LNG储罐11的液化天然气经天然气输送管道的15a段被供给至加热器，参与高温排汽的冷凝。但是，也可以在天然气输送管道的15a段中设置冷能斯特林发电机等冷能利用装置。

如图5所示，在天然气输送管道的15a段中设置冷能斯特林发电机50的冷端50a。关于冷能斯特林发电机的结构及其工作方式并非本实用新型的实用新型要点，在此不详细说明。

从LNG储罐11输出-162℃的液化天然气，经冷能斯特林发电机50消耗冷能，从冷能斯特林发电机50排出的液化天然气的温度为-35℃。将该初始温度为-35℃的液化天然气供给实施例1至实施例4中任一冷凝系统中的加热器，对汽轮机的高温排汽进行冷凝。

根据本实用新型，还能够提供一种发电系统，该发电系统包括上述实施例1至实施例4中任一结构的蒸汽冷凝系统。

以上通过实施方式及实施例对本实用新型进行了说明，但是本领域技术人员应当知晓，在不脱离本实用新型主旨的情况下，可以进行各种附加、变更，且这些附加、变更的方案均应被理解为包括在本实用新型权利要求书的范围之内。

Claims (6)

1.一种蒸汽冷凝系统，使发电用汽轮机产生的高温排汽冷凝成凝结水并收集，其特征在于，包括：

第一换热器，使所述高温排汽向第一冷却介质释放热能而形成凝结水并收集；

第二换热器，使所述第一冷却介质与第二冷却介质直接进行热交换，所述第一冷却介质吸收所述第二冷却介质的冷能，与此同时，所述第二冷却介质通过释放所述冷能而从液相天然气变成气相天然气，并且，所述热能与所述冷能的能量大致相等；

高温气体流路，与所述第一换热器连接，将所述高温排汽引导至所述第一换热器；

第一介质流路，使第一冷却介质依次流经所述第二换热器、所述第一换热器；和

第二介质流路，使所述第二冷却介质流经所述第二换热器。

2.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝系统，其特征在于，

所述第一介质流路是循环流路或不循环流路，

若所述第一介质流路是循环流路，则所述第一冷却介质在依次流经所述第二换热器和所述第一换热器后返回至所述第二换热器；

若所述第一介质流路是不循环流路，则来自外部的所述第一冷却介质在在依次流经所述第二换热器和所述第一换热器后并引导至外部。

3.根据权利要求1所述的蒸汽冷凝系统，其特征在于，

包括多个所述第二换热器，各所述第二换热器均包括第二冷却介质的输入端和输出端，从所述输入端进入了所述第二换热器的所述第二冷却介质经热交换释放冷能后从所述输出端流出，

多个所述第二换热器中的至少两个以并联或串联的方式连接，

所述第一介质流路包括多个并联的第一介质支路，各所述第一介质支路分别将所述第一冷却介质引导至各所述第二换热器；

所述热能的量与所述第二冷却介质在每个所述第二换热器中释放的所述冷能的量之和相等。

4.一种蒸汽冷凝系统，使发电用汽轮机产生的高温排汽冷凝成凝结水，其特征在于，包括：

第一换热器，使所述高温排汽向第一冷却介质释放热能而形成凝结水；

第二换热器，使空气与第二冷却介质进行热交换，从而使所述空气吸收所述第二冷却介质的冷能，与此同时，所述第二冷却介质通过释放所述冷能而从液相天然气变成气相天然气，并且，所述热能与所述冷能的能量大致相等；

空气冷却装置，使所述第一冷却介质与吸收了所述冷能的所述空气进行热交换，从而使所述第一冷却介质吸收所述冷能；

高温气体流路，与所述第一换热器连接，将所述高温排汽引导至所述第一换热器；

第一介质流路，使第一冷却介质依次流经所述空气冷却装置、所述第一换热器；

空气流路，使所述空气依次流过所述第二换热器、所述空气冷却装置；和

第二介质流路，使所述第二冷却介质流经所述第二换热器。

5.一种蒸汽冷凝系统，使发电用汽轮机产生的高温排汽冷凝成凝结水并收集，其特征在于，包括：

第一换热器，使所述高温排汽的一部分与第一冷却介质进行热交换而形成第一凝结水并收集；

第三换热器，使所述高温排汽的其余部分向第二冷却介质释放热能而形成第二凝结水并收集，与此同时，所述第二冷却介质通过释放冷能而从液相天然气变成气相天然气，所述高温排汽的所述其余部分释放的所述热能与所述第二冷却介质释放的所述冷能的量相等；

第一高温排汽流路，连接于所述第一换热器，将所述高温排汽的一部分引导至所述第一换热器；

第二高温排汽流路，连接于所述第三换热器，将所述高温排汽的其余部分引导至所述第三换热器；

其中，所述第二凝结水经由管路而与所述第一凝结水汇流。

6.一种发电系统，包括：发电机；驱动所述发电机进行发电并排出排汽的汽轮机；以及权利要求1至5中任一项所述的蒸汽冷凝系统。

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