[发明专利]一种带回热循环的利用LNG冷能和工业废热的ORC发电系统

说明书

本发明公开了一种带回热循环的利用LNG冷能和工业废热的ORC发电系统，该系统包括LNG气化回路，ORC发电回路和工业废热回路；ORC发电回路利用LNG气化回路中的冷能和工业废热回路中的热能；ORC发电回路中设置旁通回路以保证膨胀机安全高效运行。本发明基于现有的ORC循环，改进了LNG冷能回收的方法，通过三流体换热器和回热器充分利用LNG气化过程中释放的冷能，减小LNG冷能利用过程中的热应力问题，降低蒸发器的热负荷，有效提高ORC发电系统的效率。本发明可以广泛应用于LNG冷能发电和工业余热回收领域。

技术领域：

本发明属于动力工程领域，涉及一种LNG冷能和工业废热利用系统，特别涉及一种基于三流体换热器和回热器的ORC发电系统。

背景技术：

液化天然气(Liquid Nature Gas，LNG)是清洁能源，符合国际和我国能源结构优化和低碳经济的发展方向。同时，全球气候变化和温室气体排放控制进一步促进了LNG的发展。LNG有利于储存和运输，但其在被利用之前必须要经过气化。LNG的储存温度为-162℃，而达到使用要求的气体温度为20℃。在整个气化过程中单位质量的LNG释放的冷量约为830kJ。

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)能够利用回收工业生产过程中产生的冷量和热量，将其转化成方便存储和传输的电能，这一技术符合可持续发展的政策要求。然而，单级冷能ORC发电系统中存在大温差传热、不可逆损失大、系统整体效率低等问题，这些是一直困扰LNG冷能发电工程推广应用的主要因素。如何充分利用这部分高品位冷能，同时减少ORC发电系统的能量消耗，是本发明所要解决的问题。

申请公布号为CN 107605555A(申请公布日为2018.01.19)的专利文件中，公开了一种由两个ORC耦合而成的发电系统，其特征在于，两个ORC子系统通过回热器进行相互耦合，充分回收利用膨胀机的乏气余热，明显提升了整个系统的热效率。该系统中所涉及的热源是中低温工业废热，没用明确冷源性质，没有涉及LNG冷能利用。

授权专利号为US 7574856B2(授权公告日为2009.08.18)的专利文件中，公开了一种基于LNG冷能利用的二级ORC发电系统，包括LNG气化管路依次流经一级ORC循环回路和ORC二级循环回路，为ORC内工质的冷凝提供冷量，特别地，在一级ORC循环回路蒸发器前中设置回热器，充分利用膨胀机出口工质的热量。该系统考虑了能量的充分利用，但是二级ORC循环结构复杂，循环效率互相影响，没有考虑LNG与循环工质换热过程中大温差造成的热应力。

鉴于此，实有必要提供一种可以解决上述技术问题且适用于LNG冷能和工业废热利用的高效ORC发电系统。

发明内容：

针对以上技术问题，本发明提供一种带回热循环的适用于LNG冷能和工业废热利用的ORC发电系统，该系统能够有效回收LNG气化冷能，降低LNG冷能回收过程中的大温差传热造成的热应力，减小蒸发器的加热负荷，从而实现高效热电转换，具有显著的经济效益和社会效益，符合节能减排的基本国策。

本发明采用以下技术方案：

一种带回热循环的利用LNG冷能和工业废热的ORC发电系统，该系统包括LNG气化回路、ORC发电回路和工业废热回路；其中，所述的ORC发电回路通过三流体换热器和回热器利用所述的LNG气化回路释放的冷能，所述的ORC发电回路通过蒸发器利用所述的工业废热回路的热量。

所述的LNG气化回路包括依次连接的LNG储液罐、LNG循环泵、流量调节阀和三流体换热器；所述的LNG气化回路与所述的ORC发电回路通过三流体换热器进行热量交换；所述的LNG气化回路中的气体流量根据用户端负荷需求确定，通过流量调节阀实现控制。