[发明专利]一种嵌套式LNG两级并联冷能发电及制冰的方法及其系统

说明书

本发明公开了一种嵌套式LNG两级并联冷能发电及制冰的方法及其系统，该方法包括第一级朗肯循环发电、第二级朗肯循环发电和制冰，其中，第一级朗肯循环发电中的第一工质、第二级朗肯循环发电中的第二工质以及制冰中的冷媒之间互相嵌套换热，以充分利用冷能，高压LNG依次经过第一级朗肯循环发电和第二级朗肯循环发电，分别在冷凝器中与发电工质换热后，进入制冰系统与冷媒工质换热，最后进入到多股流换热器被热源加热气化成NG并入天然气外输管网。本发明的两级朗肯循环发电系统和制冰系统之间的换热流程相互嵌套，能够充分利用LNG在气化过程中的冷能，实现冷能发电和制冰，冷能利用效率大大提高，节约能源，有效利用了废弃冷能。

技术领域

本发明涉及LNG冷能梯级利用技术领域，具体地说是一种包括两级两工质朗肯循环发电和冷能制冰的嵌套式LNG两级并联冷能发电及制冰的方法及其系统。

背景技术

液化天然气（LNG）是在低温下以液态形式存在的天然气（NG），其储存温度约在-160℃，较NG更加方便储存与运输，然而LNG通常需要重新气化为NG才能获得广泛应用，LNG气化时释放的冷能大约为840kJ/kg，因此LNG蕴藏的冷能十分巨大，回收这部分冷能具有非常可观的经济和社会效益。如果不回收利用，这部分冷能通常在LNG气化器中被海水或空气带走，无形中造成了巨大的能源浪费。鉴于此，国家发展与改革委员会早在2005年就提出要研究LNG接收站的冷能综合利用问题。

世界各国都在努力探索提高LNG冷能利用率的途径和方法，LNG冷能利用技术包括发电、空气分离、低温干燥、制冰和海水淡化等。冷能发电技术作为LNG冷能利用主要方式之一，其基本原理是通过低温动力循环过程，以LNG为低温冷源，利用低温动力循环产生的机械功驱动发电机组产生电力。随着冷能技术的不断成熟，各种冷能利用方案已经被提出并实施，例如直接膨胀法发电、低温朗肯循环法、直接膨胀法和空分、朗肯循环和直接膨胀法等。中国专利CN106150579A公开了一种横向两级利用LNG跨临界冷能朗肯循环发电系统，该系统以海水为热源，运用LNG冷能完成两级朗肯循环发电，低品质冷能被白白浪费，利用率不高；美国专利US 6089028为一闭环工艺热传导介质来发电。这样的发电方式相对于直接膨胀发电，效率会比较高。但参比其设备投资和LNG冷能利用效率等因素，在经济上有待进一步论证。而且，在第二热交换器中，用海水作为热流，换热以后直接排掉，没有加以利用，使得能量没有得以很好利用。

由此可知，LNG冷能利用方案很多，但是现有的方案一般会存在利用效率不高等问题，使得冷能不能得到充分有效的利用，仍然有不少冷能被白白浪费掉。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种包括两级两工质朗肯循环发电和冷能制冰的嵌套式LNG两级并联冷能发电及制冰的方法及其系统，以综合利用LNG的冷能并充分提高LNG的冷能利用率。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种嵌套式LNG两级并联冷能发电及制冰的方法，其特征在于：该方法包括第一级朗肯循环发电、第二级朗肯循环发电和制冰，其中，第一级朗肯循环发电中的第一工质、第二级朗肯循环发电中的第二工质以及制冰中的冷媒之间互相嵌套换热，以充分利用冷能，该方法的具体步骤如下：

a、高压LNG进入第一工质冷凝器与来自第一透平发电机组的气态第一工质换热，气态第一工质被高压LNG冷凝成低温液态，液态第一工质经加压后进入第一工质-冷媒换热器与来自制冰系统的一股冷媒换热，之后液态第一工质进入蒸发器中与来自第二级朗肯循环发电的其中一股第二工质换热，接着液态第一工质进入到第一透平发电机组经过膨胀降温发电后变成气态再次回流到第一工质冷凝器与高压LNG换热，完成第一级朗肯循环发电；