專利名稱：用于液化天然氣再氣化和動(dòng)力設(shè)備的熱集成的構(gòu)造和方法
用于液化天然氣再氣化和動(dòng)力設(shè)備的熱集成的構(gòu)造和方法5 本申請(qǐng)要求我們共同未決的且序列號(hào)是60/667,182的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專利申請(qǐng)的申請(qǐng)日期是2005年3月30 曰。發(fā)明領(lǐng)域是使用進(jìn)入空氣冷卻在聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備(power plant)中再氣化的熱集成。發(fā)明背景15 用于燃?xì)鉁u輪的空氣進(jìn)入冷卻在本領(lǐng)域中是^^知的并且應(yīng)用了多種冷源。例如，在美國專利6，457,315號(hào)中描述的許多種具有或不 具有中間傳熱流體的蒸發(fā)冷卻器。然而，這種構(gòu)造常常消耗相當(dāng)數(shù) 量的能量用于制冷劑的壓縮和冷凝，并且典型地不是以熱的方式結(jié) 合到另外可獲得的冷源上。20 在其它公知的構(gòu)造中，液化天然氣(LNG)的制冷含量(content)^皮使用來冷卻進(jìn)入空氣，其中，空氣冷卻和/或某些其它的過程歸功于 液化天然氣在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)。例如，在一個(gè)公知的構(gòu)造中，如在 美國專利申請(qǐng)2003/0182941號(hào)中描述的，液化天然氣^L用做制冷劑， 該制冷劑然后被至少部分地送回分層儲(chǔ)器，而另外的部分被蒸發(fā)。25 還有在另外一個(gè)公知的構(gòu)造中，如在美國專利5,626,019號(hào)或EP 0651145中講明的，液化天然氣^皮用做冷源以冷卻用于進(jìn)入空氣冷卻 的中間制冷劑，其中，這樣蒸發(fā)的天然氣然后被用做燃料。相似地， 如在EP 0605159中描述的，進(jìn)入空氣可與液化天然氣交叉交換以提 供蒸發(fā)的燃料和冷卻的進(jìn)入空氣。盡管這種設(shè)備的構(gòu)造典型地只是 在至少某種程度上滿意地操作，但是還遺留有多種缺點(diǎn)。在其它的 情況之中，再氣化的液化天然氣的量與例如典型地要求用于管道傳 送的相對(duì)大的容積相比相對(duì)要少。為了克服這種缺點(diǎn)，較大量的液化天然氣可使用熱交換流體被5 再氣化，該熱交換流體通過與美國專利6,367,258號(hào)描述的渦輪進(jìn)入 空氣和海水進(jìn)行熱交換被加熱(再加熱)。還有在進(jìn)一步7>知的構(gòu)造 中，液化天然氣冷量在如美國專利申請(qǐng)2005/0223712號(hào)中講明的蒸 汽循環(huán)中被用做冷源(heat sink)。備選地，聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備構(gòu)造也 是公知的，其中來自傳熱流體的熱量被應(yīng)用來再氣化液化天然氣，10 并且其中，冷卻的傳熱流體使用進(jìn)入空氣冷卻和來自發(fā)熱鍋爐的熱 量被再加熱，這在美國專利申請(qǐng)2003/0005698號(hào)、美國專利6,374,591 號(hào)、EP 0683847或EP 0828915中描述了。還有進(jìn)一步公知的設(shè)備將 液化天然氣再氣化和電力生產(chǎn)與特定的脫曱烷和/或脫乙烷操作相集 成，這在WO 2004/109206中描述了 。15 盡管這種構(gòu)造經(jīng)常有利地將液化天然氣的再氣化和另一個(gè)典型 的發(fā)電過程相集成，但還遺留有多種缺點(diǎn)。例如，絕大多數(shù)這些過 程被典型地限制在將燃?xì)鉁u輪進(jìn)入空氣冷卻到50。F(或者甚至更高)以 避免進(jìn)入空氣的水結(jié)水，這將產(chǎn)生不安全的條件或者甚至使得動(dòng)力 設(shè)備不起作用。所以，在公知的設(shè)備中使用液化天然氣的制冷含量20 來改進(jìn)發(fā)電效率典型地被限制在對(duì)進(jìn)入空氣溫度的冷卻界限上。而 且，當(dāng)所有的或幾乎所有的目前公知的燃?xì)鉁u輪空氣預(yù)冷方法意在 改進(jìn)高溫氣候的地區(qū)(比如，在熱帶或亞熱帶)中的發(fā)電效率時(shí)，它們 經(jīng)常不適合用在較冷氣候的地區(qū)(比如，北美洲的東北部)中。甚至在 相對(duì)高溫的氣候中，這種構(gòu)造僅僅在夏季的月份中提供十分邊際效25 率的好處，在冬季的季節(jié)中好處下降。更糟糕的是，在某些情形下， 當(dāng)周圍的溫度下降到45°F以下時(shí)這些公知過程的操作必須被停止以 避免在空氣進(jìn)入處的水結(jié)冰和冰堵塞帶來的機(jī)器損壞。所以，盡管在本領(lǐng)域中公知了許多用于具有液化天然氣利用和/
或再氣化的動(dòng)力設(shè)備的過程和構(gòu)造，但是它們中所有的幾乎所有的 都存在一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)。因此，還有需要以提供用于具有液化天然 氣利用和再氣化的動(dòng)力設(shè)備的改進(jìn)的構(gòu)造和方法。5 發(fā)明內(nèi)容和方法，其中，燃?xì)鉁u輪進(jìn)入空氣使用液化天然氣冷量和水點(diǎn)抑制 劑溶液:f皮過冷卻，該冰點(diǎn)抑制劑溶液通過使用來自發(fā)電的廢熱凈皮再 生。液化天然氣通過與來自冰點(diǎn)抑制劑的再生器的蒸汽塔頂產(chǎn)物10(overhead product)交換被進(jìn)一 步地力口熱。在發(fā)明主體內(nèi)容的一個(gè)方面， 一種聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備包括再生 器，該再生器配置成用以接收富水的(rich)冰點(diǎn)抑制劑溶液(富含水或 者甚至充滿水)并且被進(jìn)一步配置以從富水的溶液形成蒸汽和貧水的 (lean)冰點(diǎn)抑制劑溶液(相對(duì)于富水的溶液水含量減少，并且最典型地15 水耗盡到少于10%，并且最典型地少于5%)。最優(yōu)選地，再生器^皮 以熱的方式結(jié)合到傳熱流體回路(比如，被液化天然氣冷卻)，以致來 自再生器塔頂蒸汽的熱量被傳送到傳熱流體，并且再生器被進(jìn)一 步 地以熱的方式結(jié)合到蒸汽循環(huán)，以致來自蒸汽循環(huán)的熱量被傳送給 再生器中的富水的水點(diǎn)抑制劑溶液。20 預(yù)期的設(shè)備典型地進(jìn)一 步包括;故以熱的方式結(jié)合到液化天然氣-冷卻的傳熱流體回路的空氣進(jìn)入冷卻器，并且該冷卻器一皮進(jìn)一步地 流體結(jié)合到混合裝置上，其中，該混合裝置配置成用以接收貧水的 冰點(diǎn)抑制劑溶液，并且允許貧水的水點(diǎn)抑制劑溶液和空氣混合。優(yōu) 選地，空氣-貧水的冰點(diǎn)抑制劑溶液混合物被冷卻到小于32°F的溫度，25 并且最優(yōu)選地到在20°F至-40。F之間的溫度。分離器典型地-波結(jié)合到 空氣進(jìn)入冷卻器上并且配置成用以允許,人冷卻的混合物處除去富水 的水點(diǎn)抑制劑溶液。在需要時(shí)，笫二空氣進(jìn)入冷卻器可^L以熱的方 式結(jié)合到液化天然氣-冷卻的傳熱流體回路，并且纟皮進(jìn)一步地在上游 流體結(jié)合到第一空氣進(jìn)入冷卻器上。在特別優(yōu)選的方面，熱交換器配置成用以允許使用富水的冰點(diǎn) 抑制劑溶液的制冷含量來冷卻貧水的水點(diǎn)抑制劑溶液。還優(yōu)選的是再生器的以熱的方式結(jié)合到蒸汽循環(huán)包括回路，該回路配置成用以(a)5 從蒸汽循環(huán)的蒸汽渦輪處接收至少部分膨脹的蒸汽，(b)給再生器的 再沸器提供至少部分膨脹的蒸汽，和(c)將從再生器處的至少部分膨脹的蒸汽和/或冷凝物返回到蒸汽循環(huán)，和/或再生器的以熱的方式結(jié) 合到液化天然氣-冷卻的傳熱流體回路包括配置成用以從蒸汽處給液 化天然氣-冷卻的傳熱流體提供熱量的熱交換器。對(duì)于液化天然氣-冷10卻的傳熱流體， 一般優(yōu)選的是這種流體包括乙二醇和/或包括多種成分的制冷劑。相似地，典型地優(yōu)選的是貧水的水點(diǎn)抑制劑溶液包括在32。F或以下處的乙二醇，或具有吸水能力的任何其它溶液。所以，在本發(fā)明主題內(nèi)容的另一個(gè)方面，冷卻用于燃?xì)鉁u輪的 進(jìn)入空氣的方法包括將冷卻的空氣流與貧水的冰點(diǎn)抑制劑溶液相聯(lián) 15 合以由此形成混合物，并且將該混合物過冷卻到32°F以下的溫度處 的步驟。在另一個(gè)步驟中，從過冷卻的混合物處除去這樣形成的富 水的冰點(diǎn)抑制劑溶液，并且使用從動(dòng)力循環(huán)處的熱量在再生器中再 生冰點(diǎn)抑制劑溶液，由此形成蒸汽。在又一個(gè)步驟中，使用液化天 然氣-冷卻的傳熱流體冷凝蒸汽。20 最優(yōu)選地，冷卻的空氣流是由上游的空氣冷卻器將周圍的空氣冷卻到35°F至55°F之間的溫度下形成的，并且貧水的冰點(diǎn)抑制劑溶 液作為微滴或噴霧被噴射到冷卻的空氣流中。然后過冷卻將導(dǎo)致具 有在20°F至-40。F之間的溫度的過冷卻混合物。典型地，除去富水的 冰點(diǎn)抑制劑溶液的步驟在提供冷卻的富水的冰點(diǎn)抑制劑溶液的分離25器中執(zhí)行，和/或冷卻的富水的冰點(diǎn)抑制劑溶液與從再生器處加熱的 貧水的水點(diǎn)抑制劑溶液熱交換。還進(jìn)一步優(yōu)選的是，再生的步驟包括從蒸汽循環(huán)處給再生器提 供至少部分膨脹的蒸汽以由此形成蒸汽并且加熱貧水的冰點(diǎn)抑制劑 溶液的步驟，并且至少部分膨脹的蒸汽或冷凝物從再生器處被返回 到蒸汽循環(huán)。最優(yōu)選地，至少冷卻的空氣流和過冷卻的混合物中的 一個(gè)使用從液化天然氣-冷卻的傳熱流體處的制冷含量被冷卻，并且 液化天然氣-冷卻的傳熱流體使用從再生器處的蒸汽的熱含量被加 5 熱。本發(fā)明的各種目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)從下面對(duì)發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施例的詳細(xì)說明將變得更顯而易見。附圖簡(jiǎn)要說明10

圖1是集成的聯(lián)合循環(huán)設(shè)備的示范性構(gòu)造，其中以熱的方式集成了液化天然氣再氣化、發(fā)電和進(jìn)入空氣過冷卻。圖2是圖解燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)的功率輸出的增加與進(jìn)入空氣溫度 的函數(shù)關(guān)系圖表。15 詳細(xì)說明發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了在發(fā)動(dòng)力設(shè)備中燃?xì)鉁u輪進(jìn)入空氣的過冷卻可有 利地與液化天然氣再氣化的操作以熱的方式結(jié)合。在其它期望的特 征之中，這種構(gòu)造的特征在于改進(jìn)的以及季節(jié)性獨(dú)立的功率輸出和 排除了用于液化天然氣再氣化的外部能量的需求。 20 在設(shè)備中處理液化天然氣的一個(gè)特別優(yōu)選的方面，液化天然氣冷量被使用以在聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備中增加燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電輸出和效 率。最典型地，這種構(gòu)造包含被應(yīng)用以使用燃?xì)鉁u輪進(jìn)入空氣的熱 含量來再氣化液化天然氣的傳熱流體回路和防止過冷卻(也就是，在32°F以下)進(jìn)入空氣形成水的冰點(diǎn)抑制劑溶液回路，其中，水點(diǎn)抑制25 劑溶液在使用燃?xì)鉁u輪的燃燒熱量的回路中再生。在圖1中圖示了一個(gè)示范性聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備的構(gòu)造，在其中，來自存儲(chǔ)容器的典型地以1000MMscfd(百萬標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/日)的輸送 率的液化天然氣流1 ;波液化天然氣泵51壓縮到大約1250psig(磅/平
方英寸)以形成流2。然后液化天然氣在熱交換器52中從大約-255。F 被加熱到大約40°F，或其它如流3所要求以滿足管道規(guī)格的溫度。 加熱的負(fù)荷由傳熱流體流29來提供，該傳熱流體流包括乙二醇水冷 卻劑混合物，其從大約60°F被冷卻到大約-40。F。冷的乙二醇冷卻劑 5 流5由循環(huán)泵53抽吸并以大約120psig排出形成流6，該流6#皮4吏用 來在二級(jí)冷卻器54和56下冷卻燃?xì)鉁u輪進(jìn)入空氣。來自第一級(jí)冷 卻器的加熱乙二醇水混合物流4在乙二醇再生器冷凝器63的冷凝負(fù) 荷下被進(jìn)一步地加熱以補(bǔ)充液化天然氣再氣化交換器52所需要的熱 量。如在此所使用的，與數(shù)字相連接的用詞"大約"是指該數(shù)字的+/-1010 %(包含界限的)的范圍。例如，用詞"大約200psia"是指包含界限的 180psia至220psia的范圍。相似地，用詞大約-40。F是指在-44。F至-36。F 之間的溫度范圍。在二級(jí)冷卻系統(tǒng)下，燃?xì)鉁u輪進(jìn)入空氣流8不論周圍的溫度和 濕度可從周圍的溫度(比如，40。F至90。F)被冷卻到低溫(比如，0°F-15 20°F，或更低)。因此，應(yīng)該特別被認(rèn)明的是可維持非限制性的和連 續(xù)的冷空氣供給。從而，在所有的氣候條件下使用二級(jí)空氣冷卻器 構(gòu)造可最大化發(fā)電效率和輸出。最優(yōu)選地，并且如下面更進(jìn)一步描 述的，冷卻器構(gòu)造具有使用冰點(diǎn)抑制劑溶液的級(jí)間防凍保護(hù)。二級(jí)空氣冷卻器系統(tǒng)典型地配置有使用供給在大約34。F至38。F20 的溫度下的乙二醇冷卻劑流7將周圍的空氣流8從典型地大約90°F 及80%的相對(duì)濕度下冷卻到大約40°F至45。F以形成流10的第一空 氣冷卻器54。然而沒有限制發(fā)明的主題內(nèi)容，更進(jìn)一步優(yōu)選的是第 一級(jí)空氣冷卻器54的熱交換管配置成用以允許水冷凝物流9從交換 器處自由排出。應(yīng)該被理解的是乙二醇冷卻劑流7優(yōu)選地被維持在25 水的水點(diǎn)32°F以上，因此避免在交換器管上形成冰。該第一空氣冷 卻器將進(jìn)入空氣中的水含量從大約4.7%減少到0.8%,導(dǎo)致大約80 %的水含量被除去。水冷凝物流9作為對(duì)聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備中的蒸 汽系統(tǒng)或動(dòng)力設(shè)備中需要的任何其它部分的補(bǔ)充水而被恢復(fù)。
來自第一級(jí)冷卻器54的冷卻空氣(流IO)使用噴霧嘴55被完全地 與由流11供給的水點(diǎn)抑制劑溶液相混合以由此形成流12。盡管噴霧 嘴一般是優(yōu)選的，但是其它類型的混合裝置，包括混合丁字管、靜 止混合器或其它可產(chǎn)生足夠的湍流以均勻冰點(diǎn)抑制劑溶液和空氣混 5 合物的裝置，也可被認(rèn)為是適當(dāng)?shù)?。水點(diǎn)抑制劑溶液優(yōu)選的是乙二 醇水混合物、曱醇或其它適當(dāng)?shù)木哂辛己玫膫鳠崽匦院退c(diǎn)抑制特 性的制劑。冰點(diǎn)抑制劑溶液對(duì)空氣流的質(zhì)量流量比將主要地取決于 所應(yīng)用的特定的冰點(diǎn)抑制劑溶液。例如，在水點(diǎn)抑制劑溶液包括乙 二醇時(shí)，水點(diǎn)抑制劑溶液對(duì)空氣的質(zhì)量流量比(也就是流11對(duì)流1010的比)優(yōu)選地在0.005至0.01之間，但也可高到0.01至0.02或更高， 這取決于按要求使用的乙二醇的類型和/或冰點(diǎn)抑制水準(zhǔn)的程度。典 型地，為了避免在-20。F下水合物的形成或水結(jié)冰，冰點(diǎn)抑制劑溶液 對(duì)空氣的大約是0.01的質(zhì)量比一般是足夠的。但是，從第一冷卻器 排出的較高的空氣溫度(45。F及以上)將典型地需要額外的冰點(diǎn)抑制劑15 溶液流，并且然后冰點(diǎn)抑制劑溶液對(duì)空氣的質(zhì)量比必須被增力口(比如， 0.015的比率或可能是更高)。還應(yīng)該被注意的是使用過多的冰點(diǎn)抑制 劑溶液在大多數(shù)情形下是不期望的，因?yàn)檫@將增加防凍系統(tǒng)和再生 單元的費(fèi)用。所以， 一般優(yōu)選地是第一冷卻器將周圍的空氣冷卻到 大約55°F或更低的溫度下，但是在大約32°F以上(比如，在35°F到20 45。F之間)。通過使用水點(diǎn)抑制劑溶液，第二空氣冷卻器56可進(jìn)一步地將來 自第一級(jí)冷卻器的空氣流12冷卻到水結(jié)水的溫度以下，典型地大約 0°F至大約-20。F,或甚至更低。而且，優(yōu)選的冰點(diǎn)抑制劑溶液(比如， 乙二醇溶劑)將冷凝和吸收殘余的水含量，并且冰點(diǎn)抑制劑溶液以兩 25 相混合物流13排出第二冷卻器。然后，兩相混合物流在分離器64 中被分離，從而產(chǎn)生高含水的富水的乙二醇流23和冷的干燥空氣流 33。分離器優(yōu)選地被裝備有除霧器以除去乙二醇夾帶并且最小化乙 二醇損失。除霧器可是網(wǎng)狀物類型的裝置或葉片分離器，典型地由
而不會(huì)產(chǎn)生將另外干擾燃?xì)鉁u輪性能的額外的壓力下降。冷卻的氣 體流33的中水含量典型地:f皮減少至大約0.05%。在該水:帔除去時(shí)，應(yīng)該被理解的是燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)部件57所需要的馬力也減少了， 5這又改進(jìn)了發(fā)電效率。燃料如流32(其可是或可不是蒸發(fā)的液化天然氣)被供給到燃燒室。當(dāng)空氣被冷卻到該低溫時(shí)，應(yīng)該被注意的是空氣的質(zhì)量密度增 力口，這導(dǎo)致空氣流的增加(當(dāng)燃?xì)鉁u輪在恒定的體積流下操作時(shí))，并 且隨后這增加了燃?xì)鉁u輪功率輸出。較冷的空氣溫度還減少了燃?xì)?0 渦輪的壓縮機(jī)部件的功率消耗，增加了燃?xì)鉁u輪(布雷頓循環(huán))的發(fā)電 效率。該期望的效果在圖2中圖解，該圖所示為根據(jù)發(fā)明的主題內(nèi)容具有燃?xì)鉁u輪進(jìn)入冷卻的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備的示范性性能圖表。典型地，在空氣溫度中每減少3。F至5°F,動(dòng)力設(shè)備處的輸出就增加 大約1%。例如，當(dāng)周圍的空氣進(jìn)入溫度在夏季操作中/人100°F減少15到-20。F時(shí)，聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備的功率輸出就能增加33%以上。如圖 2中所示，動(dòng)力設(shè)備輸出隨著這些空氣的冷卻步驟可從900MW增加 到1200MW。在功率輸出中增加該300MW代表著電力收入上效果顯 著的增加，特別是在夏季月份當(dāng)消費(fèi)者的需求達(dá)到峰值時(shí)的期間， 并且電力可溢價(jià)出售。在冬季月份當(dāng)周圍的溫度較低時(shí)的期間，電20 力收益依然效果顯著。例如，當(dāng)周圍的空氣進(jìn)入溫度從50°F減少到-20°F時(shí)，功率輸出可獲得15%以上的增加。在該情形下，如圖2中 所示，動(dòng)力設(shè)備輸出隨著該空氣的冷卻步驟可從1050MW增加到 1200MW。該150MW的增加代表著電力生產(chǎn)和電能收入上的可觀收 益。25 —般預(yù)期的是空氣-貧水的水點(diǎn)抑制劑溶液混和物^f皮冷卻到32°F以下的溫度，更典型地到大約30°F至大約10。F,甚至更典型地10。F 至大約-10。F，以及最典型地-10。F至大約-20。F。盡管冷卻溫度優(yōu)選地 是-20。F,但是當(dāng)液化天然氣在-250。F被供給時(shí)進(jìn)入空氣溫度可進(jìn)一 步減少到-40。F以下以用于額外的功率輸出。因此，應(yīng)該;故理解的是 下限主要地是由在較低空氣溫度下操作的液化天然氣再氣化輸送率 (也就是可獲得的制冷)、實(shí)際的機(jī)器設(shè)計(jì)、空氣動(dòng)力學(xué)以及材料結(jié)構(gòu) 來決定的。5 在進(jìn)入乙二醇再生器62之前，富水的乙二醇流23在交換器66中與貧水的乙二醇流30熱交換到大約220°F以形成流24。優(yōu)選地， 蒸汽加熱再沸器67被使用以從富水的乙二醇中除去水含量。在聯(lián)合 循環(huán)動(dòng)力設(shè)備中低壓蒸汽如流16從蒸汽渦輪59的中間級(jí)處被供給。 冷凝的蒸汽如流21通過與冷凝泵61排出的流20相聯(lián)合以形成聯(lián)合10流22被返回到蒸汽鍋爐系統(tǒng)58。典型地，高含水的流23的乙二醇 富水度含量按重量計(jì)算在40%至55%之間。較低的冷卻空氣溫度將 需要較高的乙二醇富水度含量以避免水結(jié)水和水合物的形成。相反 地，較高的空氣溫度需要較少的乙二醇注入，因?yàn)楸鶅鲆种凭徍土恕?當(dāng)塔頂流(overhead stream) 26在大約240°F的溫度和大約10psig15的壓力下時(shí)，經(jīng)汽提的水(stripped water)從乙二醇再生器處被除掉。 在該流中可獲得的相當(dāng)數(shù)量的廢熱被使用來預(yù)熱交換器63中的傳熱來自交換器63的水冷凝物28可被恢復(fù)為給蒸汽系統(tǒng)的鍋爐給水補(bǔ)充。乙二醇再生器62產(chǎn)生底部的貧水的乙二醇流25,該流25被乙 20二醇泵65抽吸以形成流30，在^皮再次利用于注射之前，該流30隨后與交換器66中的富水的乙二醇熱交換。蒸汽鍋爐系統(tǒng)58從燃燒排氣裝置14處接收熱量，其被冷卻以形成流31。加熱的或過熱的蒸汽15然后在蒸汽渦輪59中^L膨脹以產(chǎn)生功率。然后，從蒸汽渦輪處提供部分地膨脹的蒸汽的部分到再 25沸器67，并且進(jìn)一步膨脹蒸汽17在冷凝器60中使用冷卻劑流18被冷凝以形成冷凝物19。冷凝泵61抽吸冷凝物19以壓縮形成流20,該流與再沸器冷凝物流21相聯(lián)合以形成流22。所以，預(yù)期的是根據(jù)發(fā)明的主題內(nèi)容優(yōu)選的聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備
將包含再生器，該再生器配置成用以接收富水的冰點(diǎn)抑制劑溶液， 以及被進(jìn)一步配置以從富水的溶液處形成蒸汽和貧水的水點(diǎn)抑制劑 溶液。最優(yōu)選地，再生器被以熱的方式結(jié)合到液化天然氣-冷卻的傳 熱流體回路，以致來自蒸汽的熱量可被傳送到傳熱流體，并且再生 5 器被進(jìn)一步地以熱的方式結(jié)合到蒸汽循環(huán)，以致來自蒸汽循環(huán)的熱 量可被傳送到再生器中的富水的水點(diǎn)抑制劑溶液。應(yīng)該特別理解的是，先前公知的構(gòu)造和方法一般被限制在了將進(jìn)入空氣冷卻到40°F及以上的溫度，并且因此不能產(chǎn)生任何效果顯 著的功率增加。相反地，在此提出的構(gòu)造允許將進(jìn)入空氣冷卻到-40。F 10 的溫度，這對(duì)目前公知的方法和構(gòu)造技術(shù)是效果顯著的增加。而且， 應(yīng)該被注意的是根據(jù)發(fā)明的主題內(nèi)容構(gòu)造和方法使用廢熱以再生水 點(diǎn)抑制劑溶液，并且為液化天然氣再氣化提供額外的熱量。預(yù)期的動(dòng)力設(shè)備將優(yōu)選地具有使用傳熱流體來冷卻燃?xì)鉁u輪進(jìn) 入空氣的二級(jí)冷卻器，并且進(jìn)一步地包括在兩個(gè)冷卻器的級(jí)之間的15 注入裝置用于混合冰點(diǎn)抑制劑溶液和冷卻的空氣。在特別優(yōu)選的構(gòu)造中，液化天然氣冷量被使用以間接冷卻燃?xì)鉁u輪進(jìn)入空氣，以及 間接冷凝和從進(jìn)入空氣處除去濕量，和/或間接深度地將燃?xì)鉁u輪進(jìn) 入空氣冷卻到水的冰凍溫度以下的溫度。最優(yōu)選地，通過將冰點(diǎn)抑 制劑溶液注入到將被過冷卻的空氣流(比如，在第 一級(jí)冷卻器和第二20 級(jí)冷卻器之間)中以抑制冰的形成和水合物，由此提供非限制的和連 續(xù)的冷卻空氣供給到燃?xì)鉁u輪。因此， 一般優(yōu)選的是用于空氣進(jìn)入 冷卻器和/或液化天然氣再氣化交換器的傳熱流體包括在液化天然氣 低溫的溫度下不凍結(jié)的溶液，并且在冷卻進(jìn)入空氣中具有良好的傳 熱特性。典型地，這種流體包括乙二醇型溶劑，并且最典型地為乙25 二醇-水混合物(比如，具有乙二醇富水度含量在大約80wt。/。的乙二醇 水混合物)。其它的溶劑也可被認(rèn)為是適當(dāng)?shù)牟⑶野喾N成分的傳 熱流體、卣代烴、曱醇等等。最典型地，預(yù)期的構(gòu)造將應(yīng)用冰點(diǎn)抑制劑溶液以從第一級(jí)冷卻
器處除去殘余的水，而在笫二冷卻器中抑制水結(jié)冰。這樣形成的高 含水冰點(diǎn)抑制劑溶液從進(jìn)入空氣流中分離，并且防凍制劑優(yōu)選地使 用從聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備的蒸汽循環(huán)處排出的殘余蒸汽或從燃?xì)鉁u輪 排氣裝置處排出的廢氣再生。備選地，水也可以其它多種的其它方5式從進(jìn)入空氣處除去，并且預(yù)期的方式尤其包括分子篩和TEG接觸 器。在該情形下，吸附劑的再生也以熱的方式與蒸汽循環(huán)結(jié)合。還應(yīng)該進(jìn)一步認(rèn)明的是，在此預(yù)期的構(gòu)造適合于多種的液化天 然氣輸送能力和不同的燃?xì)鉁u輪尺寸。而且，預(yù)期的構(gòu)造也適合于 常常在偏遠(yuǎn)的水供應(yīng)缺乏的地點(diǎn)遇到的沒有蒸汽動(dòng)力循環(huán)的簡(jiǎn)單燃 10 氣渦輪循環(huán)。在該情形下，用于冰點(diǎn)抑制劑溶液的再生的熱量優(yōu)選 地從燃?xì)鉁u輪排氣裝置處恢復(fù)。然而沒有限制發(fā)明的主題內(nèi)容，應(yīng) 該被理解的是預(yù)期的動(dòng)力設(shè)備在將水補(bǔ)充到蒸汽動(dòng)力設(shè)備中的鍋爐 給水系統(tǒng)時(shí)可從進(jìn)入空氣處恢復(fù)水冷凝物。因此，使用恢復(fù)的冷凝 物減少或甚至排除了水進(jìn)入到蒸汽動(dòng)力設(shè)備，并且廢物從鍋爐給水15 處理設(shè)備排出。所以，用于燃?xì)鉁u輪的冷卻進(jìn)入空氣的優(yōu)選方法包括將冷卻的 空氣流與貧水的冰點(diǎn)抑制劑溶液相聯(lián)合的步驟以由此形成混合物，其被過冷卻到32°F以下的溫度。在進(jìn)一步的步驟中，富水的水點(diǎn)抑 制劑溶液從過冷卻混合物處除去，并且貧水的水點(diǎn)抑制劑溶液在再 20 生器中使用來自動(dòng)力循環(huán)的熱量再生以由此形成蒸汽。優(yōu)選地，蒸 汽然后使用液化天然氣-冷卻的傳熱流體被冷凝。還預(yù)期的是在此預(yù)期的以熱的方式集成的構(gòu)造導(dǎo)致來自動(dòng)力設(shè) 備的功率輸出和發(fā)電效率的效果顯著的增加，該發(fā)電效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 目前公知的發(fā)電技術(shù)，同時(shí)減少了發(fā)電設(shè)備的資本費(fèi)用(比如，動(dòng)力25 費(fèi)用可凈皮減少40%)。額外地，應(yīng)該-故認(rèn)明的是在此提出的構(gòu)造可在從最開始建造的動(dòng)力設(shè)備中或作為對(duì)現(xiàn)有動(dòng)力設(shè)備和/或液化天然氣 再氣化設(shè)備的改型翻新中實(shí)現(xiàn)。因此，公開了集成電力生產(chǎn)的特定的實(shí)施例和應(yīng)用。然而，對(duì)本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員應(yīng)該顯而易見的是除了那些已經(jīng)被描述的以 外在不偏離此處的發(fā)明思想的前提下還可以有更多的修改。所以， 除了在附加的權(quán)利要求的精神下發(fā)明的主題內(nèi)容不受限制。而且， 在對(duì)說明書和權(quán)利要求二者的解釋中，所有的用詞應(yīng)該是以與上下 5 文一致的最廣泛的可能方式^L解釋。特別地，用詞"包括"應(yīng)該纟皮解釋 為以不排它方式指代元件、部件或步驟，指明參考的元件、部件或 步驟可被提出或被使用或與其它的沒有被特意參考的元件、部件或 步驟相結(jié)合。而且，當(dāng)在參考中的通過參考結(jié)合于此的定義或用詞 的使用與提供在此的那個(gè)用詞的定義不一致或相反時(shí)，要應(yīng)用提供 10 在此的那個(gè)用詞的定義，而不應(yīng)用在參考中的那個(gè)用詞的定義。
權(quán)利要求
1.一種聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力設(shè)備，包括再生器，所述再生器配置成用以接收富水的冰點(diǎn)抑制劑溶液，并且被進(jìn)一步配置成用以自所述富水的溶液形成蒸汽和貧水的冰點(diǎn)抑制劑溶液；其中，所述再生器以熱的方式結(jié)合到液化天然氣冷卻的傳熱流體回路上，以致來自所述蒸汽的熱量能被傳送給所述傳熱流體；以及其中，所述再生器進(jìn)一步以熱的方式與蒸汽循環(huán)結(jié)合，以致來自所述蒸汽循環(huán)的熱量能被傳送給所述再生器中的所述富水的冰點(diǎn)抑制劑溶液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備進(jìn)一步 包括以熱的方式結(jié)合到所述液化天然氣冷卻的傳熱流體回路上的空15 氣進(jìn)入冷卻器，并且所述空氣進(jìn)入冷卻器進(jìn)一步流體結(jié)合到混合裝置上，其中，所述混合裝置配置成用以接收所述貧水的水點(diǎn)抑制劑 溶液并且允許所述貧水的冰點(diǎn)抑制劑溶液與空氣混合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述空氣進(jìn)入冷 卻器配置成用以將所述空氣-貧水的冰點(diǎn)抑制劑溶液混合物冷卻到小 于32°F的溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備進(jìn)一步 包括流體結(jié)合到所述空氣進(jìn)入冷卻器上的分離器，并且所述分離器 配置成用以允許從所述冷卻的混合物中除去所述富水的冰點(diǎn)抑制劑 溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備進(jìn)一步包括以熱的方式結(jié)合到所述液化天然氣冷卻的傳熱流體回路上的第 二空氣進(jìn)入冷卻器，并且所述第二空氣進(jìn)入冷卻器進(jìn)一步在上游流 體結(jié)合所述空氣進(jìn)入冷卻器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備進(jìn)一步 包括配置成用以允許使用所述富水的冰點(diǎn)抑制劑溶液的制冷含量來 冷卻所述貧水的水點(diǎn)抑制劑溶液的熱交換器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述再生器與所 述蒸汽循環(huán)的熱結(jié)合包括回路，所述回路配置成用以接收來自所述 蒸汽循環(huán)的蒸汽渦輪的至少部分膨脹的蒸汽、將所述至少部分膨脹 的蒸汽提供給所述再生器的再沸器以及將所述至少部分膨脹的蒸汽 從所述再生器返回到所述蒸汽循環(huán)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述再生器與所 10 述液化天然氣冷卻的傳熱流體回路的熱結(jié)合包括配置成用以從所述蒸汽中給所述液化天然氣冷卻的傳熱流體提供熱量的熱交換器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述液化天然氣 冷卻的傳熱流體包括在32°F或以下的溫度下具有吸水能力的乙二醇 或溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述貧水的水點(diǎn)抑制劑溶液包括乙二醇。
11. 一種冷卻用于燃?xì)鉁u輪的進(jìn)入空氣的方法，所述方法包括 將冷卻的空氣流與貧水的冰點(diǎn)抑制劑溶液相結(jié)合，以便由此形成混合物，并且將所述混合物過冷卻到32°F以下的溫度； 20 從所述過冷卻的混合物中除去富水的水點(diǎn)抑制劑溶液，并且4吏用來自動(dòng)力循環(huán)的熱量在再生器中再生所述貧水的冰點(diǎn)抑制劑溶 液，由此形成蒸汽；和使用液化天然氣冷卻的傳熱流體冷凝所述蒸汽。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷卻的空 25氣流是由將周圍的空氣冷卻到35°F至45°F之間的溫度的上游的空氣冷卻器形成的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，使用將所述貧 水的冰點(diǎn)抑制劑溶液噴射到所述冷卻的空氣流中來執(zhí)行所述聯(lián)合的步驟。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述過冷卻的混合物具有在20。F至-40。F之間的溫度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，除去所述富水 5的冰點(diǎn)抑制劑溶液的步驟在提供了冷卻的富水的水點(diǎn)抑制劑溶液的分離器中執(zhí)行。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述冷卻的富 水的水點(diǎn)抑制劑溶液與來自所述再生器的加熱的貧水的水點(diǎn)抑制劑 溶液熱交換。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述再生的步驟包括提供來自蒸汽循環(huán)的至少部分膨脹的蒸汽給所述再生器以由 此形成所述蒸汽和加熱的貧水的水點(diǎn)抑制劑溶液的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述至少部分 膨脹的蒸汽從所述再生器處被返回到所述蒸汽循環(huán)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷卻的空氣流和所述過冷卻的混合物中的至少一個(gè)使用來自所述液化天然氣 冷卻的傳熱流體的制冷含量進(jìn)行冷卻。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述液化天然 氣冷卻的傳熱流體使用來自所述再生器的所述蒸汽的熱含量進(jìn)行加20 熱。
全文摘要
預(yù)期的設(shè)備將液化天然氣再氣化和動(dòng)力循環(huán)與冰點(diǎn)抑制劑的再生集成。最優(yōu)選地，該設(shè)備是聯(lián)合循環(huán)設(shè)備，其中用于使再生器再沸的熱量由蒸汽循環(huán)提供，并且其中液化天然氣的制冷含量被用來冷凝來自再生器的蒸汽，以及用來進(jìn)一步地為燃?xì)鉁u輪過冷卻進(jìn)入空氣。
文檔編號(hào)F02G3/00GK101151454SQ200680009850
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者J·馬克 申請(qǐng)人:弗勞爾科技公司