[发明专利]一种LNG冷能综合利用系统及方法

摘要

本发明涉及一种LNG冷能综合利用系统，包括复合朗肯循环发电子系统、单工质朗肯循环发电子系统、制冰子系统和直接膨胀发电子系统，所述复合朗肯循环发电子系统包括LNG蒸发器，混合工质增压泵，换热器，混合工质蒸发器，混合工质过热器，混合工质膨胀机，第一单工质增压泵，第一单工质蒸发器，第一单工质过热器和第一单工质膨胀机，所述单工质朗肯循环发电子系统包括第一NG过热器，第二单工质增压泵，第二单工质蒸发器，第二单工质过热器和第二单工质膨胀机，所述直接膨胀发电子系统包括第二、第三、第四NG过热器和NG膨胀机。本发明利用LNG‑162℃到‑10℃的冷量，实现LNG冷量的最充分综合利用。

主权项

1.一种LNG冷能综合利用方法，其特征是，包括以下步骤：⑴混合工质朗肯循环发电：将来自混合工质膨胀机的低压混合工质与LNG在LNG蒸发器中进行热交换，热交换后的低压混合工质被冷凝成液态低压混合工质，液态低压混合工质进入混合工质增压泵，增压至1.5±0.3Mpa后进入换热器，在换热器中与低压第一单工质进行热交换，热交换后的混合工质升温，然后依次进入混合工质蒸发器、混合工质过热器，实现气化升温，气化升温后的混合工质以5.5～28℃、1.5±0.3Mpa的高压气体状态进入混合工质膨胀机，膨胀做功发电，使得混合工质降温降压后变为‑50℃、0.13Mpa的低压混合工质，低压混合工质进入LNG蒸发器继续与LNG进行热交换，并再次进入混合工质增压泵提升循环压力；混合工质过热器的热媒为海水，将海水温度和LNG的气化量作为自变量，首先设定混合工质增压泵输出的混合工质压力值恒定，然后建立各种参数变量的约束关系，计算获得混合工质的流量、温度；⑵第一单工质朗肯循环发电：低压第一单工质在换热器中被混合工质液化成低压液相第一单工质，低压液相第一单工质进入第一单工质增压泵，增压至0.49±0.1Mpa后，然后依次进入第一单工质蒸发器、第一单工质过热器与热媒进行热交换，实现完全气化升温，气化升温后的第一单工质进入第一单工质膨胀机，膨胀做功发电，使得第一单工质降压降温变成0.13Mpa的低压第一单工质，低压第一单工质进入换热器继续与混合工质进行热交换，并再次进入第一单工质增压泵提升循环压力；第一单工质过热器的热媒为海水，海水温度和LNG的气化量作为自变量，首先设定第一单工质增压泵输出的第一单工质压力值恒定，然后建立各种参数变量的约束关系，计算获得第一单工质的流量、温度；⑶第二单工质朗肯循环发电：LNG在LNG蒸发器中被低压混合工质蒸发成高压天然气，高压天然气进入第一NG过热器与低压第二单工质换热，将低压第二单工质冷凝成液态，低压液态第二单工质进入第二单工质增压泵，增压至0.49±0.1Mpa，然后依次进入第二单工质蒸发器、第二单工质过热器与热媒进行热交换，实现完全气化升温，气化升温后的第二单工质进入第二单工质膨胀机，膨胀做功发电，使得第二单工质降压降温变成0.13Mpa的低压第二单工质，低压第二单工质进入第一NG过热器继续与高压天然气进行热交换，并再次进入第二单工质增压泵提升循环压力；第二单工质过热器的热媒为海水，海水温度和LNG的气化量作为自变量，首先设定第二单工质增压泵输出的第二单工质压力值恒定，然后建立各种参数变量的约束关系，计算获得第二单工质的流量、温度；参数的约束关系建立及计算混合工质、第一单工质、第二单工质的流量、温度具体方法如下：a、设定混合工质过热器、第一单工质过热器、第二单工质过热器、第三NG过热器和第四NG过热器的进口处海水温度为T海水进口，出口处海水温度为T海水出口，当进入混合工质过热器、第一单工质过热器、第二单工质过热器、第三NG过热器和第四NG过热器的海水温度T海水进口已知时，混合工质过热器、第一单工质过热器、第二单工质过热器、第三NG过热器和第四NG过热器的出口处的温度约束为：T海水出口＝T海水进口－5℃，那么被海水加热的混合工质、第一单工质、第二单工质和天然气温度分别约束为：T105＝T海水进口－2℃T204＝T海水进口－2℃T304＝T海水进口－2℃T404＝T海水进口－2℃T管网天然气＝T海水进口－2℃其中T105为混合工质过热器输出的混合工质温度，T204为第一单工质过热器输出的第一单工质温度，T304为第二单工质过热器输出的第二单工质温度，T404为第三NG过热器输出的天然气温度，T管网天然气为第四NG过热器输出的天然气温度；转至b；b、设混合工质增压泵输出的混合工质恒定压力值为P混合工质恒定压力，混合工质恒定压力是根据全年最低海水温度时混合工质过热器输出的混合工质温度所对应的饱和蒸汽压来确定的，约束为：P混合工质恒定压力＝P混合工质饱和蒸汽压@(T全年最低海水进口－2℃)其中T全年最低海水进口为全年最低的混合工质过热器进口处海水温度，P混合工质饱和蒸汽压为当混合工质过热器进口处海水温度为全年最低时，混合工质过热器输出的混合工质的饱和蒸汽压；转至c；c、设定LNG蒸发器和换热器的最小接近温度差为5℃，当系统中混合工质温度发生变化时，可以通过不断调整混合工质的流量使其匹配设定的最小接近温度，从而获得混合工质的流量和温度；转至d；d、设第一单工质增压泵输出的第一单工质恒定压力值为P第一单工质恒定压力，第一单工质恒定压力是根据全年最低海水温度时第一单工质过热器输出的第一单工质温度所对应的饱和蒸汽压来确定的，约束为：P第一单工质恒定压力＝P第一单工质饱和蒸汽压@(T全年最低海水进口－2℃)其中T全年最低海水进口为全年最低的第一单工质过热器进口处海水温度，P第一单工质饱和蒸汽压为当第一单工质过热器进口处海水温度为全年最低时，第一单工质过热器输出的第一单工质的饱和蒸汽压；转至e；e、当系统中第一单工质温度发生变化时，可以通过不断调整第一单工质的流量使其匹配设定的最小接近温度，从而获得第一单工质的流量和温度；转至f；f、设第二单工质增压泵输出的第二单工质恒定压力值为P第二单工质恒定压力，第二单工质恒定压力是根据全年最低海水温度时第二单工质过热器输出的第二单工质温度所对应的饱和蒸汽压来确定的，约束为：P第二单工质恒定压力＝P第二单工质饱和蒸汽压@(T全年最低海水进口－2℃)其中T全年最低海水进口为全年最低的第二单工质过热器进口处海水温度，P第二单工质饱和蒸汽压为当第二单工质过热器进口处海水温度为全年最低时，第二单工质过热器输出的第二单工质的饱和蒸汽压；转至g；g、设定LNG蒸发器和第一NG过热器的最小接近温度差为5℃，当系统中第二单工质温度发生变化时，可以通过不断调整第二单工质的流量使其匹配设定的最小接近温度，从而获得第二单工质的流量和温度；⑷直接膨胀发电：高压天然气在第一NG过热器中被低压第二单工质加热后，依次进入第二NG过热器、第三NG过热器被制冷剂、海水加热，然后进入NG膨胀机，膨胀做功发电，使得NG降温降压，降温降压后的NG进入第四NG过热器与海水进行换热升温，获得符合天然气管网压力、温度要求的NG；⑸制冰：来自制冰单元的制冷剂分别与混合工质在混合工质蒸发器中，第一单工质在第一单工质蒸发器中，第二单工质在第二单工质蒸发器中以及高压天然气在第二NG过热器中换热冷凝成液体，然后返回制冰单元。