CN219976146U - 一种集中式bog与lng气化冷能综合利用系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种集中式BOG与LNG气化冷能综合利用系统，系统包括LNG储罐群、BOG储运管道、燃气内燃机发电机组、LNG输送管道、换热装置、CO2处理装置以及透平发电机组。本实用新型利用BOG储运管道实现了BOG气体的运输和存储，相比现有的储罐造价更低，效率更高，且BOG储运管道与LNG储罐群，相比单个的LNG储罐，LNG储罐群会连续不断产生更多的BOG气体，将LNG储罐群与BOG储运管道结合能够实现波动性产出的BOG气体的连续利用；且利用LNG的气化冷能将气态的CO2转化成液态CO2，不仅可以对用户侧提供冷能，还可用于发电，或者存储起来对外供应，还将高温烟气与CO2处理装置中的液态CO2换热，使其转换为超临界CO2，能够充分利用BOG气体的燃烧热能。
Description
技术领域
本实用新型涉及LNG(液化天然气)应用技术领域，特别是涉及一种集中式BOG与LNG气化冷能综合利用系统。
背景技术
液化天然气(LNG)低温储罐无法实现绝对隔热，不可避免会产生蒸发气体(BOG)，BOG的存在会威胁系统的生产安全，必须对其进行妥善处理。而现有的处理方法一般为燃烧，未能得到较好的回收利用，造成能源浪费。另外，LNG(约-162℃)需要气化至常温后供给用户使用，现有的气化过程一般采用海水浴方式或燃烧加热方式，会造成环境问题和巨大的能源浪费。
BOG的燃烧热与LNG的冷能无法匹配利用的原因在于：BOG气体的产生量跟环境温度有直接关系，波动性大，无法满足LNG的气化所需的稳定的温度要求。采用有效技术手段实现BOG与LNG气化冷能的综合利用，对于LNG应用以及减少能源浪费具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种集中式BOG与LNG气化冷能综合利用系统。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种集中式BOG与LNG气化冷能综合利用系统，包括LNG储罐群、BOG储运管道、燃气内燃机发电机组、LNG输送管道、换热装置、CO2处理装置以及透平发电机组；
所述LNG储罐群分别与所述BOG储运管道和LNG输送管道连接；
所述BOG储运管道用于运输和存储BOG气体，与所述燃气内燃机发电机组连通，用于BOG气体输送至所述燃气内燃机发电机组发电；
所述换热装置包括第一换热机构和第二换热机构，所述CO2处理装置通过所述第一换热机构与所述LNG输送管道连接换热，所述LNG输送管道内的LNG经过换热后气化为NG，所述CO2处理装置内的气态CO2经过换热后变为液态CO2，
所述燃气内燃机发电机组的烟气出口与所述第二换热机构连通，所述CO2处理装置通过所述第二换热机构与所述燃气内燃机发电机组的烟气换热，用于将液态CO2转换为超临界CO2，所述CO2处理装置还与所述透平发电机组连通，用于将超临界CO2输送进所述透平发电机组发电。
优选地，所述BOG储运管道的起始端设有第一泵组，所述第一泵组与所述LNG储罐群连接，用于将所述BOG气体升压至第一设定值，并输入所述BOG储运管道中。
优选地，所述BOG储运管道的起始端还设有计量装置，用于计量进入所述BOG储运管道的BOG气体量。
优选地，所述BOG储运管道包括主管和至少一根支管，所述支管的两端可关闭地连接在所述主管上，所述支管的储气量大于所述支管两端之间的所述主管的储气量，所述主管连通所述LNG储罐群和所述燃气内燃机发电机组；
所述支管的两端与所述主管的连接处分别设有第一通断阀和第二通断阀，所述第一通断阀和所述第二通断阀与所述计量装置通讯连接，用于在进入所述BOG储运管道的BOG气体量大于第一阈值时开启所述第一通断阀，使得部分BOG气体进入所述支管；还用于在进入所述BOG储运管道的BOG气体量小于第二阈值时关闭所述第一通断阀、启动所述第二通断阀。
优选地，所述支管内还有驱动泵，用于将所述支管内的BOG气体输送至所述主管内。
优选地，所述BOG储运管道的末端设有第二泵组，用于将所述BOG气体调压至第二设定值，并输入所述燃气内燃机发电机组，
优选地，所述CO2处理装置包括CO2存储模块、CO2输送模块、气液分离模块；所述CO2输送模块分别连通所述CO2存储模块和所述气液分离模块，并与所述第一换热机构换热，使得其内的至少部分气态CO2冷却成液态CO2；所述气液分离模块用于分离所述气态CO2和所述液态CO2；
所述气液分离模块的液体出口与所述第三泵组连接。
优选地，所述CO2处理装置还包括第三泵组和分配模块；所述气液分离模块的液体出口通过所述第三泵组与所述分配模块连接，所述第三泵组用于提升液态CO2的压力，所述分配模块包括至少三个连接口，其中一个连接口与用户侧连接，用于将部分液态CO2输送至用户侧提供冷能。
优选地，所述CO2处理装置还包括第四泵组和输送管道，所述第四泵组与所述分配模块的另一个连接口连通，用于将液态CO2的压力提升至10-20MPa；
所述输送管道与所述第四泵体连接，并通过所述第二换热机构与所述燃气内燃机发电机组的烟气换热，用于将升压后的液态CO2转换为超临界CO2；且所述输送管道与所述透平发电机组连通，将至少部分超临界CO2输送至所述透平发电机组；
所述CO2处理装置还包括超临界CO2储罐，所述输送管道还与所述超临界CO2储罐连接。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
1.上述技术方案中所提供的集中式BOG与LNG气化冷能综合利用系统及方法，利用BOG储运管道实现了BOG气体的运输和存储，相比现有的储罐造价更低，效率更高，且BOG储运管道与LNG储罐群，相比单个的LNG储罐，LNG储罐群会连续不断产生更多的BOG气体，将LNG储罐群与BOG储运管道结合能够实现波动性产出的BOG气体的连续利用。
2.上述技术方案中，利用LNG的气化冷能将气态的CO2转化成液态CO2，避免浪费LNG的气化冷能，且液态CO2的用途较多，不仅可以对用户侧提供冷能，还可用于发电，或者存储起来对外供应。
3.上述技术方案中，将BOG气体输送至燃气内燃机发电机组内燃烧发电，并将产生的烟气与CO2处理装置中的液态CO2换热，使其转换为超临界CO2，能够充分利用BOG气体的燃烧热能，且超临界CO2不仅能够输入透平发电机组发电，还可存储起来，对外供应，提高了能源利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例的集中式BOG与LNG气化冷能综合利用系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、LNG储罐群；11、LNG储罐；12、LNG输送管道；
2、BOG储运管道；21、主管；22、支管；221、进气端；222、出气端；223、第一通断阀；224、第二通断阀；225、驱动泵；23、第一泵组；24、计量装置；25、第二泵组；
3、燃气内燃机发电机组；
4、第一换热机构；
5、第二换热机构；
6、CO2处理装置；61、CO2存储模块；62、CO2输送模块；63、气液分离模块；64、第三泵组；65、分配模块；66、第四泵组；67、输送管道；68、超临界CO2储罐；
7、透平发电机组。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如附图1所示，本实用新型实施例提供了一种集中式BOG与LNG气化冷能综合利用系统，包括LNG储罐群11、BOG储运管道22、燃气内燃机发电机组3、LNG输送管道12、换热装置、CO2处理装置6以及透平发电机组7；LNG储罐群1指的是若干LNG(液化天然气)储罐集中分布，每个LNG储罐11均会产生不定量的BOG气体(蒸发气体)，因此将这些BOG气体汇总输入BOG储运管道2中，BOG储运管道2用于运输和存储BOG气体，包括主管21和至少一根支管22，主管21的一端连接LNG储罐群1，另一端与燃气内燃机发电机组3连通，支管22的主要作用在于，当LNG储罐群1产生大量的BOG气体，且大于燃气内燃机发电机组3所需的BOG气体时，将多余的BOG气体存储在支管22中，因此，支管22的两端可关闭地连接在主管21上，支管22的储气量大于支管22两端之间的主管21的储气量，支管22的两端分为进气端221和出气端222，可通过开关支管22的两端来控制进入燃气内燃机发电机组3的BOG气体量，以实现波动性产出的BOG气体的连续利用。支管22的数量可根据LNG储罐的数量来设置，理论上，LNG储罐的数量越多，与主管21连通的支管22数量越多。BOG气体的燃烧热能部分转换成电能，为了进一步提高利用率，燃气内燃机发电机组3产生的高温烟气用于换热。具体的，换热装置包括第一换热机构4和第二换热机构5，CO2处理装置通过第一换热机构4与LNG输送管道连接换热，LNG输送管道内的LNG经过换热后气化为NG，CO2处理装置内的气态CO2经过换热后变为液态CO2，以利用LNG的气化冷能，生成的液态CO2用途较多，不仅可以对用户侧提供冷能，还可用于发电，或者存储起来对外供应。而将至少部分液态CO2用于发电时，第二换热机构5充分利用高温烟气的热量，将加压后的液态CO2转换为超临界CO2，使其能够用于透平发电机组7发电。
具体的，如附图1所示，BOG储运管道2的起始端设有第一泵组23，第一泵组23与LNG储罐群1连接，用于将BOG气体升压至第一设定值，并输入BOG储运管道2中，第一设定值为2MPa左右，使得主管21和支管22能够存储更多的BOG气体，且第一泵体的能耗较低。支管22的形状不定，能够存储加压至2MPa的BOG气体即可。
BOG储运管道2的起始端还设有计量装置24，用于计量进入BOG储运管道2的BOG气体量。由于每个LNG储罐均会产生BOG气体，且产生的气体量不定，因此，计量装置24设置在主管21的起始端，即所有LNG储罐产生的BOG气体汇总后的位置，计量装置24可为流量计，用于记录LNG储罐群1产生的BOG气体总量。
为了实现支管22的两端与主管21的通断，支管22的两端与主管21的连接处分别设有第一通断阀223和第二通断阀224，对应的，第一通断阀223设置在支管22的进气端221，第二通断阀224设置在支管22的出气端222。第一通断阀223和第二通断阀224与计量装置24通讯连接，用于在进入BOG储运管道2的BOG气体量大于第一阈值时开启第一通断阀223，使得部分BOG气体进入支管22。当支管22的数量较多，且进入BOG储运管道2的BOG气体量刚刚超过第一阈值时，可先开启其中一个的支管22的第一通断阀223，且开启第二通断阀224，则进入支管22的部分BOG气体只是延后进入主管21，而若进入BOG储运管道2的BOG气体量持续超过第一阈值，则开启更多支管22的第一通断阀223，且关闭第二通断阀224，使得进入支管22的部分BOG气体暂停进入主管21，此时支管22起到存储作用；而当进入BOG储运管道2的BOG气体量小于第二阈值时，则关闭第一通断阀223，使得BOG气体不再进入支管22，并启动第二通断阀224，将支管22中存储的BOG气体输入主管21作为补充。优选地，支管22内还有驱动泵225，用于将支管22内的BOG气体输送至主管21内。
燃气内燃机发电机组3对于输入的燃气压力具有一定要求，BOG储运管道2的主管21内的BOG气体需要经过第二泵组25调压至第二设定值，符合燃气内燃机发电机组3的压力要求后，输入燃气内燃机发电机组3。第二设定值的具体值依据燃气内燃机发电机组3的类型设置。
如附图1所示，CO2处理装置包括CO2存储模块61、CO2输送模块62、气液分离模块63；CO2输送模块61分别连通CO2存储模块62和气液分离模块63，并与第一换热机构4换热，使得其内的至少部分气态CO2冷却成液态CO2；气液分离模块63用于分离气态CO2和液态CO2；气液分离模块63的液体出口与第三泵组64连接。CO2存储模块61可为气态CO2储罐。CO2输送模块62为运输管，气液分离模块63为气液分离器，第一换热机构4为常规换热器，分别与LNG储罐群1的LNG输出端以及运输管连接，实现换热，将LNG的气化冷能传递给气态CO2，使至少部分气体CO2冷却成液态CO2，因此需要气液分离模块63将气态CO2和液态CO2分离，将气态CO2返回至CO2存储模块61，将液态CO2单独利用。
CO2处理装置还包括第三泵组64和分配模块65，液态CO2通过液体出口送入第三泵组64进行升压，升压后的液态CO2的温度在-40℃左右，压力在2MPa左右。此时的液态CO2能够用于供冷或进一步升压，分配模块65为三通阀，其中一个其中一个连接口与用户侧连接，用于将部分液态CO2输送至用户侧提供冷能。
本实施例的CO2处理装置还包括第四泵组66和输送管道67，第四泵组66与分配模块65的另一个连接口连通，用于将液态CO2的压力提升至10-20MPa，而后，输送管道67与第四泵组66连接，并通过第二换热机构5与燃气内燃机发电机组3的烟气换热，用于将升压后的液态CO2转换为超临界CO2；且输送管道与透平发电机组7连通，将至少部分超临界CO2输送至透平发电机组7。超临界二氧化碳工质发电，是指将超临界二氧化碳(简称为sCO2)作为工质，在热力发电过程中转换热能为电能的一种发电技术，具有高效率、灵活性、环保、成本低等特点。本实施例中，将BOG气体输送至燃气内燃机发电机组3内燃烧发电，并将产生的烟气与CO2处理装置6中的液态CO2换热，使其转换为超临界CO2，能够充分利用BOG气体的燃烧热能。CO2处理装置6还包括超临界CO2储罐68，输送管道67还与超临界CO2储罐68连接，将超临界CO2存储起来，对外供应，用途广泛。
基于上述系统，本实用新型实施例还提供一种集中式BOG与LNG气化冷能综合利用方法，包括如下步骤：
BOG利用步骤：LNG储罐群1中产生的BOG气体升压至第一设定值后输入BOG储运管道2；具体的，LNG储罐群1中产生的BOG气体通过第一泵组23升压至2MPa左右，而后进入BOG储运管道2；与此同时，计量输入BOG储运管道2的BOG气体量，具体的，采用流量计测量输入BOG储运管道2的BOG气体量，并判断是否与燃气内燃机发电机组3所需的BOG气体量相符；系统设定的第一阈值和第二阈值均与燃气内燃机发电机组3所需的BOG气体量相关；当进入BOG储运管道2的BOG气体量大于第一阈值时，开启支管22的进气端221，使得部分BOG气体进入支管22存储；具体的，当支管22的数量较多，且进入BOG储运管道2的BOG气体量刚刚超过第一阈值时，可先开启其中一个的支管22的第一通断阀223，且开启第二通断阀224，则进入支管22的部分BOG气体只是延后进入主管21，而若进入BOG储运管道2的BOG气体量持续超过第一阈值，则开启更多支管22的第一通断阀223，且关闭第二通断阀224，使得进入支管22的部分BOG气体暂停进入主管21，此时支管22起到存储作用；而当进入BOG储运管道2的BOG气体量小于第二阈值时，则关闭第一通断阀223，使得BOG气体不再进入支管22，并启动第二通断阀224，将支管22中存储的BOG气体输入主管21作为补充；而后，将主管21中的BOG气体调压达到燃气内燃机发电机组3的压力要求后，输入燃气内燃机发电机组3发电；燃气内燃机发电机组3的发电过程为常规技术，在此不再赘述。
本实施例的方法还包括LNG气化冷能利用步骤：从LNG储罐群1取出的LNG经过第一换热机构4换热，LNG经过换热后气化为NG，CO2处理装置内的气态CO2经过换热后变为液态CO2；将液体CO2升压后，一部分用于用户侧供冷，另一部分继续升压，并与燃气内燃机发电机组3的烟气换热，转变成超临界CO2，将超临界CO2输送进透平发电机组7发电或存储。
具体的，CO2处理装置6包括CO2存储模块61、CO2输送模块62、气液分离模块63、第三泵组64、分配模块65、第四泵组66和输送管道67；CO2存储模块可为气态CO2储罐，CO2输送模块为运输管，气液分离模块63为气液分离器，第一换热机构4为常规换热器。第一换热机构4分别与LNG储罐群1的LNG输出端以及运输管连接，实现换热，将LNG的气化冷能传递给气态CO2，使至少部分气体CO2冷却成液态CO2，因此需要气液分离模块63将气态CO2和液态CO2分离，将气态CO2返回至CO2存储模块，将液态CO2单独利用；而后液态CO2通过液体出口送入第三泵组64进行升压，升压后的液态CO2的温度在-40℃左右，压力在2MPa左右。此时的液态CO2能够用于供冷或进一步升压，分配模块65为三通阀，其中一个其中一个连接口与用户侧连接，用于将部分液态CO2输送至用户侧提供冷能，第四泵组66与分配模块65的另一个连接口连通，用于将液态CO2的压力提升至10-20MPa，而后，输送管道与第四泵体连接，并通过第二换热机构5与燃气内燃机发电机组3的烟气换热，用于将升压后的液态CO2转换为超临界CO2；且输送管道与透平发电机组7连通，将至少部分超临界CO2输送至透平发电机组7。
采用本实用新型实施例的方法，能够实现波动性产出的BOG气体的连续利用，且充分利用LNG的气化冷能和BOG气体的燃烧热能，避免能源浪费。
上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种集中式BOG与LNG气化冷能综合利用系统，其特征在于，包括LNG储罐群、BOG储运管道、燃气内燃机发电机组、LNG输送管道、换热装置、CO2处理装置以及透平发电机组；
所述LNG储罐群分别与所述BOG储运管道和LNG输送管道连接；
所述BOG储运管道用于运输和存储BOG气体，与所述燃气内燃机发电机组连通，用于BOG气体输送至所述燃气内燃机发电机组发电；
所述换热装置包括第一换热机构和第二换热机构，所述CO2处理装置通过所述第一换热机构与所述LNG输送管道连接换热，所述LNG输送管道内的LNG经过换热后气化为NG，所述CO2处理装置内的气态CO2经过换热后变为液态CO2，
所述燃气内燃机发电机组的烟气出口与所述第二换热机构连通，所述CO2处理装置通过所述第二换热机构与所述燃气内燃机发电机组的烟气换热，用于将液态CO2转换为超临界CO2，所述CO2处理装置还与所述透平发电机组连通，用于将超临界CO2输送进所述透平发电机组发电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述BOG储运管道的起始端设有第一泵组，所述第一泵组与所述LNG储罐群连接，用于将所述BOG气体升压至第一设定值，并输入所述BOG储运管道中。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述BOG储运管道的起始端还设有计量装置，用于计量进入所述BOG储运管道的BOG气体量。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述BOG储运管道包括主管和至少一根支管，所述支管的两端可关闭地连接在所述主管上，所述支管的储气量大于所述支管两端之间的所述主管的储气量，所述主管连通所述LNG储罐群和所述燃气内燃机发电机组；
所述支管的两端与所述主管的连接处分别设有第一通断阀和第二通断阀，所述第一通断阀和所述第二通断阀与所述计量装置通讯连接，用于在进入所述BOG储运管道的BOG气体量大于第一阈值时开启所述第一通断阀，使得部分BOG气体进入所述支管；还用于在进入所述BOG储运管道的BOG气体量小于第二阈值时关闭所述第一通断阀、启动所述第二通断阀。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述支管内还有驱动泵，用于将所述支管内的BOG气体输送至所述主管内。
6.根据权利要求1至5任一所述的系统，其特征在于，所述BOG储运管道的末端设有第二泵组，用于将所述BOG气体调压至第二设定值，并输入所述燃气内燃机发电机组。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CO2处理装置包括CO2存储模块、CO2输送模块、气液分离模块；所述CO2输送模块分别连通所述CO2存储模块和所述气液分离模块，并与所述第一换热机构换热，使得其内的至少部分气态CO2冷却成液态CO2；所述气液分离模块用于分离所述气态CO2和所述液态CO2。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述CO2处理装置还包括第三泵组和分配模块；所述气液分离模块的液体出口通过所述第三泵组与所述分配模块连接，所述第三泵组用于提升液态CO2的压力，所述分配模块包括至少三个连接口，其中一个连接口与用户侧连接，用于将部分液态CO2输送至用户侧提供冷能。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述CO2处理装置还包括第四泵组和输送管道，所述第四泵组与所述分配模块的另一个连接口连通，用于将液态CO2的压力提升至10-20MPa；
所述输送管道与所述第四泵组连接，并通过所述第二换热机构与所述燃气内燃机发电机组的烟气换热，用于将升压后的液态CO2转换为超临界CO2；且所述输送管道与所述透平发电机组连通，将至少部分超临界CO2输送至所述透平发电机组；
所述CO2处理装置还包括超临界CO2储罐，所述输送管道还与所述超临界CO2储罐连接。
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