[发明专利]一种发电系统以及基于该系统的发电方法

说明书

技术领域

本发明属于化工与低温技术领域，具体涉及一种发电系统以及基于该系统的发电方法，特别是关于一种“采用混合工质和丙烷工质的两级郎肯循环获取液化天然气冷量的发电系统及其方法”。

背景技术

液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)是常温天然气经过脱酸、脱水处理，再经过冷冻工艺液化而形成的一种无色、无味、无毒且透明的低温液体。LNG冷能主要是指利用LNG与周围环境(如空气、海水)的温度差以及压力差，在趋于平衡的过程中进行回收的能量。按LNG的温度处于-162℃，含有840kJ/kg的冷计算，一吨LNG到岸可利用的冷约为250kWh，我国很多LNG接收站的年到岸LNG量为300万吨/年，以此量计算，则年可利用的气化冷为715亿kWh。目前，国内LNG接收站配套建设的冷能利用装置均为空分设备，而对于冷能发电的研究较少。但是空分设备要求LNG接收站附近应有空分产品的市场，而冷能发电则具有更广的适用性，因而国际上关于利用LNG冷能发电的研究更多。因此，在目前回收LNG冷能的诸多方法当中，LNG冷能发电是最可能大规模利用方式，且工业化应用最广泛，同时也是技术较为成熟的方法。究其原因，一方面，LNG冷能用于发电系统，其产业链很短，基本不受其它外界因素干扰；另一方面，利用LNG冷能发电，可回收LNG大部分温度段的冷能。

利用LNG冷能发电的基本原理是通过一个低温动力循环，以LNG为低温冷源，利用低温动力循环的机械功驱动发电机组产生电力。利用LNG冷能可以采用的发电方式主要有：直接膨胀法、二次媒体法、联合法、布雷敦循环(气体动力循环)、燃气轮机利用方法以及多重联合循环发电等等。目前，研究LNG冷能发电主要着眼于发电流程及如何提高冷能利用率。已有技术中，专利公开号CN103362579A，名称为“一种回收液化天然气冷能的两级膨胀发电装置及方法”的专利，公开了一种以乙烷或乙烯为工质，通过回收LNG冷能和余热进行发电的装置和方法。该方法中LNG经过LNG泵提升压力后进入多股流低温换热器的第一流道汽化并升温；高压工质气态进入第一透平膨胀机膨胀后输出电力，工质气体分成两部分，第一部分进入板翅式多股流低温换热器的第二流道吸收LNG冷能冷凝为液体，再用泵加压；第二部分经第二换热器后进入第二级透平膨胀机膨胀，并进入板翅式多股流低温换热器的第三流道冷凝为液体，用泵加压后进入第四流道，之后与第一部分工质汇合，汇合后与冷媒换热，再与环境换热或吸收工业余热后回到第一级透平膨胀机入口，完成循环。该工艺中循环工质经过串联的两级膨胀，并采用单一循环工质，对液化天然气的低温能利用有限，另外，并未对LNG的压力能有所利用。专利公开号CN103867894A，名称为“一种利用液化天然气冷能发电及CO2捕集的方法与装置”的专利，该装置中将LNG冷能用于直接膨胀流程、用于冷却蒸汽动力循环流程和用于降低燃气轮机吸气温度的流程，流程较复杂，并更适用于有锅炉利用的场合。专利公开号CN103075250A，名称为“一种梯级利用液化天然气冷能发电的方法”的专利，该方法包括天然气介质朗肯循环和冷媒介质朗肯循环两个部分，通过控制天然气介质和冷媒介质的压力来实现与LNG的多重梯级换热。该方法流程复杂，控制难度较大。专利公开号CN101806293A，名称为“一种提高液化天然气冷能发电效率的集成优化方法”的专利，该方法包括天然气直接膨胀发电系统和冷媒朗肯循环发电系统以及取自朗肯循环冷媒冷量的冰水系统三部分，该方法中的朗肯循环工质与液化天然气之间的换热温差较大。专利公开号CN102996378A，名称为“以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的方法”的专利，该方法是一种以LNG为低温热源，以环境或工艺余热为高温热源的动力循环工艺流程用于产生电力。该流程仅对LNG的部分冷能通过朗肯循环部分加以利用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种可以充分利用液化天然气冷能和压力能的LNG冷能利用系统和方法。通过二级串联的丙烷朗肯循环回收一级朗肯循环增压后的液化混合工质冷媒携带的冷能，提高冷能的利用效率；同时，本发明可以借助于LNG接收站独有的地理优势，利用海水作为朗肯循环的高温热源。

本发明是通过以下技术方案实现的：