[发明专利]一种LNG冷能四级回收利用系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及能量的转换利用领域，特别涉及一种LNG(液化天然气)冷能四级回收利用系统及其使用方法。该系统依据LNG的汽化特性曲线对LNG冷能采用四级回收利用的方式，提高了LNG冷能的回收利用率。

背景技术

随着国家对减少碳排放和提高节能效率的要求日益提高，我国的能源消费结构将更加倚重天然气。未来天然气的供应中，来自海外的LNG比重占较大份额。无论是从海外进口的LNG，还是我国制取的LNG，在汽化时要放出大量的冷能，一般为830-860kJ/kg。世界各国都在努力探索提高LNG冷能利用率的途径和方法，其中发电和供冷是主要途径。目前，利用LNG冷能发电的方法主要有直接膨胀循环、郎肯循环或二者的复合循环等。由于LNG冷能释放温度跨度大，换热温差悬殊，造成冷火用损失大，LNG冷能利用效率难于提高，一般LNG冷能利用率只有30％左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种LNG冷能四级回收利用系统。该系统依据LNG的汽化特性曲线对LNG冷能采用四级回收利用的方式，提高了LNG冷能的回收利用率。

本发明的另一目的是提供一种所述LNG冷能四级回收利用系统的使用方法。

所述的LNG冷能四级回收利用系统包括：

1)、由LNG储罐、加压泵、第一冷凝器、第二冷凝器、第三膨胀透平机和换热器构成的LNG汽化升温膨胀主回路，该主回路与天然气管网或用户连接；

2)、由第一冷凝器、第一压缩机、第一蒸发器、第一膨胀透平机和第一发电机构成的第一级郎肯循环发电单元；

3)、由第二冷凝器、第二压缩机、第二蒸发器、第二膨胀透平机和第二发电机构成的第二级郎肯循环发电单元；

4)、由气体第三膨胀透平机和第三发电机构成的膨胀发电单元；

5)、由换热器、循环泵和储冰槽构成的低温储冰供冷单元；

在所述LNG汽化升温膨胀主回路中，LNG储罐通过管路依次与加压泵、第一冷凝器、第二冷凝器、第三膨胀透平机和换热器连接；

在所述第一级郎肯循环发电单元中，第一冷凝器通过管路依次与第一压缩机、第一蒸发器和第一膨胀透平机连接并回到第一冷凝器构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质I，第一膨胀透平机通过机械轴与第一发电机连接，第一蒸发器通过另一管路与低温供冷管路连接；

在所述第二级郎肯循环发电单元中，第二冷凝器通过管路依次与第二压缩机、第二蒸发器和第二膨胀透平机连接并回到第二冷凝器构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质II，第二膨胀透平机通过机械轴与第二发电机连接，第二蒸发器通过另一管路与低温供冷管路连接；

在所述膨胀发电单元中，第三膨胀透平机通过机械轴与第三发电机连接；

在所述低温储冰供冷单元中，换热器通过管路依次与循环泵和储冰槽连接并回到换热器构成封闭的循环回路，在该循环回路中充有冷媒工质III，储冰槽通过另一管路与低温供冷管路连接。

优选地，所述冷媒工质I包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷和五氟乙烷中的一种或两种以上的混合物。

优选地，所述冷媒工质II包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷和五氟乙烷中的一种或两种以上的混合物。

优选地，所述冷媒工质III包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、乙烯、丙烯、二氟甲烷、三氟甲烷、二氟乙烷、三氟乙烷、四氟乙烷和五氟乙烷中的一种或两种以上的混合物。

所述的LNG冷能四级回收利用系统的使用方法如下：

在所述LNG汽化升温膨胀主回路中，LNG储罐输出的LNG经加压泵加压后送至第一冷凝器，在第一冷凝器中LNG吸收冷媒工质I的热量汽化为天然气的饱和蒸汽，该饱和蒸汽在第二冷凝器中吸收冷媒工质II的热量后进入第三膨胀透平机膨胀做功，天然气膨胀做功降温后进入换热器，在换热器中天然气吸收冷媒工质III的热量升温，升温后的天然气进入管网或用户；

在所述第一级郎肯循环发电单元中，冷媒工质I在第一冷凝器中冷凝为低压液态，然后经第一压缩机加压为高压液态后进入第一蒸发器，在第一蒸发器中冷媒工质I吸收所述低温供冷管路的热量蒸发为高压气态，该高压气态的冷媒工质I进入第一膨胀透平机，在第一膨胀透平机中膨胀做功降压为低压气态的冷媒工质I，该低压气态的冷媒工质I进入第一冷凝器再次冷凝为低压液态继续下一次循环，冷媒工质I在第一膨胀透平机中所做的功转化为机械能并通过机械轴驱动第一发电机发电；