本發(fā)明屬于低溫?zé)崮芑厥绽妙I(lǐng)域，涉及一種基于LNG冷能利用的發(fā)電和制冰系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的發(fā)電、制冰方法，尤其涉及一種LNG冷能綜合利用系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

液化天然氣（LNG）是在低溫下以液態(tài)形式存在的天然氣（NG），其儲存溫度約在-160℃，較NG更加方便儲存與運輸，然而LNG通常需要重新汽化為NG才能獲得廣泛應(yīng)用，LNG汽化時釋放的冷能大約為840kJ/kg，因此LNG蘊(yùn)藏的冷能十分巨大，回收這部分冷能具有可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益，反之，如果不回收利用，這部分冷能通常在LNG汽化器中被海水或空氣帶走，無形中造成了巨大的浪費，有鑒于此，國家發(fā)展與改革委員會早在2005年就提出了要研究LNG接收站的冷能綜合利用問題。

我國的煤炭資源分布躲在西北、山西和內(nèi)蒙古等邊遠(yuǎn)省份，不僅加劇了運輸壓力，也增加了能源消耗和環(huán)境污染物排放總量，因此，LNG發(fā)電可以起到改變電能格局、減少環(huán)境污染、緩解電力峰谷差矛盾的作用，而在國外LNG發(fā)電的成功案例已有很多，作為LNG最大的進(jìn)口國，日本早在1970年就在南橫濱電廠的1、2號350MW機(jī)組實現(xiàn)LNG發(fā)電，截止到1996年日本已經(jīng)運行的LNG電廠共23座，燃用LNG的機(jī)組107臺，LNG已成為該國替代石油的最主要能源。LNG發(fā)電根據(jù)原理不同主要分為直接膨脹法、朗肯循環(huán)法、氣體動力循環(huán)法、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)法等。

朗肯循環(huán)法中要有效利用LNG的冷量，朗肯循環(huán)工質(zhì)的選擇十分重要，朗肯循環(huán)工質(zhì)通常為甲烷、乙烷、單工質(zhì)等單組份，或者采用有機(jī)混合工質(zhì)，由于LNG是多組分的混合物，其沸點范圍廣，采用合理的混合工質(zhì)組分可以使LNG的汽化曲線與工作媒體的冷凝曲線盡可能保持一致，從而提高LNG汽化器的熱效率。

LNG冷能除了可用于發(fā)電，還可用于空氣分離、輕烴回收、低溫粉碎、海水淡化、冷凍、干冰制造等領(lǐng)域。隨著冷能利用技術(shù)的不斷成熟，各種各樣的冷能利用方案已經(jīng)被提出并實施，例如直接膨脹法發(fā)電、低溫朗肯循環(huán)法、直接膨脹法＋空分、梯級朗肯法、朗肯循環(huán)＋直接膨脹法、復(fù)合朗肯循環(huán)法等，其中公開號為CN103968640A的中國專利公開了一種利用天然氣壓差發(fā)電冷能的空氣分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用直接膨脹法＋空分，利用天然氣的壓力火用使膨脹機(jī)發(fā)電，并將出膨脹機(jī)后的冷能用于空分；公開號為CN103075250A的中國專利公開了一種梯級利用液化天然氣冷能發(fā)電的方法，利用液化天然氣的低溫火用使朗肯循環(huán)中的膨脹機(jī)發(fā)電，并且NG段部分冷能提供給煙氣，使煙氣降溫后，進(jìn)入膨脹機(jī)發(fā)電，降溫、降壓后繼續(xù)吸收LNG冷量實現(xiàn)朗肯循環(huán)，該方法采用兩個單獨的朗肯循環(huán)，至少需要兩臺加熱器和兩臺冷卻器；公開號為104373165A的中國專利公開了一種利用液化天然氣冷能發(fā)電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)以天然氣、冷媒作工質(zhì)設(shè)計了兩種介質(zhì)的朗肯循環(huán)，逐級利用LNG冷能；公開號為103953405A的中國專利申請公開了一種利用有機(jī)朗肯循環(huán)的余熱發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用溫度低于200℃的余熱進(jìn)行發(fā)電；公開號為104018901A的中國專利公開了一種天然氣壓能冷能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用直接膨脹法＋空氣或海水為熱源的朗肯循環(huán)進(jìn)行聯(lián)合發(fā)電。

由上可知，雖然液化天然氣的冷能利用方案很多，但是現(xiàn)有的方案一般會存在利用效率不高等問題，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費掉。

經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，公開號為CN101806293A的中國專利公開了一種提高液化天然氣冷能發(fā)電效率的集成優(yōu)化方法，LNG從朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中進(jìn)入直接膨脹發(fā)電系統(tǒng)，其溫度為-43℃，然后直接被海水加熱，冷量浪費。該方法還包括冰水系統(tǒng)：將降溫后的冰水回水由冰水槽經(jīng)泵輸送至液化天然氣接收站區(qū)域的建筑內(nèi)，與空調(diào)送風(fēng)和壓縮機(jī)機(jī)間冷卻器做熱交換，換熱后冰水回水溫度升高，然后返回至冷媒/冰水換熱器中，與高壓冷媒工質(zhì)進(jìn)行換熱，降溫后的冰水回水再返回回水槽。這樣制冰所需的冷量完全由朗肯循環(huán)中的工質(zhì)所提供，當(dāng)制冰市場需求減小后制冰循環(huán)就會停止，導(dǎo)致朗肯循環(huán)也不能正常工作。朗肯循環(huán)為混合工質(zhì)的單循環(huán)，較混合工質(zhì)朗肯循環(huán)復(fù)合單工質(zhì)朗肯循環(huán)的發(fā)電效率低10～20%。公開號為104989473A的中國專利提供了一種發(fā)電系統(tǒng)以及基于該系統(tǒng)的發(fā)電方法，該方法僅利用LNG-162～-51℃的冷能及可能存在的壓力能，-51℃以上的冷能由于海水溫度的限制無法利用被海水帶走，同時該方法中提到第9物流的壓力溫度都隨海水溫度的不同發(fā)生變化，然而現(xiàn)有的膨脹機(jī)對介質(zhì)壓力有嚴(yán)格要求，壓力的不停大幅波動，（0.5～2MPa）無法使膨脹機(jī)長期穩(wěn)定運行，因此該方法未考慮不同工況下膨脹機(jī)的承受能力；另外在說明書第0030-0032段提到“海水換熱器3出口的NG溫度為28℃（第三物流Ⅲ）（隨季節(jié)變化，海水溫度不同）、壓力為10MPa…經(jīng)丙烷工質(zhì)泵10增壓至1.0MPa（第十二物流Ⅻ），增壓泵耗功40.32kW，進(jìn)入海水汽化器11換熱蒸發(fā)為28℃的蒸汽”，在說明書第0037-0039段提到“海水換熱器3出口的NG溫度為5℃（第三物流Ⅲ）（隨季節(jié)變化，海水溫度不同）、壓力為10MPa…經(jīng)丙烷工質(zhì)泵10增壓至0.49MPa（第十二物流Ⅻ），增壓泵耗功21.75kW，進(jìn)入海水汽化器11換熱蒸發(fā)為5℃的蒸汽”由此可知，壓力差變化大，膨脹機(jī)不能實現(xiàn)做功。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出一種LNG冷能綜合利用系統(tǒng)，同時給出了一種LNG綜合利用方法，該系統(tǒng)包括直接膨脹發(fā)電、制冰及復(fù)合朗肯發(fā)電3個子系統(tǒng)，在充分提高LNG冷量利用率的同時，還能保證LNG汽化功能的穩(wěn)定運行，不受制冰、發(fā)電功能的干擾，同時通過調(diào)整朗肯循環(huán)中部分參數(shù)的設(shè)定以實現(xiàn)系統(tǒng)中壓力值不隨海水溫度的變化而變化，導(dǎo)致進(jìn)入膨脹機(jī)的工質(zhì)恒壓，進(jìn)而保證膨脹機(jī)正常穩(wěn)定工作。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種LNG冷能綜合利用系統(tǒng)，包括復(fù)合朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)、單工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)、制冰子系統(tǒng)和直接膨脹發(fā)電子系統(tǒng)，所述復(fù)合朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括LNG蒸發(fā)器，混合工質(zhì)增壓泵，換熱器，混合工質(zhì)蒸發(fā)器，混合工質(zhì)過熱器，混合工質(zhì)膨脹機(jī)，第一單工質(zhì)增壓泵，第一單工質(zhì)蒸發(fā)器，第一單工質(zhì)過熱器和第一單工質(zhì)膨脹機(jī)，所述LNG蒸發(fā)器包括第一殼體和布置在第一殼體內(nèi)的第一換熱管，所述第一殼體具有LNG進(jìn)口和第一NG出口，所述LNG進(jìn)口與LNG儲罐相連通，所述第一換熱管具有第一混合工質(zhì)入口和第一混合工質(zhì)出口，所述第一混合工質(zhì)入口經(jīng)管道與混合工質(zhì)膨脹機(jī)連通，所述第一混合工質(zhì)出口經(jīng)管道與混合工質(zhì)增壓泵連通；所述換熱器包括第二殼體和布置在第二殼體內(nèi)的第二換熱管，所述第二殼體具有第二混合工質(zhì)入口和第二混合工質(zhì)出口，第二混合工質(zhì)入口經(jīng)管道與混合工質(zhì)增壓泵連通，所述第二換熱管具有第一單工質(zhì)入口和第一單工質(zhì)出口，所述第一單工質(zhì)入口經(jīng)管道與第一單工質(zhì)膨脹機(jī)連通，所述第一單工質(zhì)出口經(jīng)管道與第一單工質(zhì)增壓泵連接，所述第一單工質(zhì)增壓泵依次經(jīng)過第一單工質(zhì)蒸發(fā)器、第一單工質(zhì)過熱器與第一單工質(zhì)膨脹機(jī)連接；所述混合工質(zhì)蒸發(fā)器包括第三殼體和布置在第三殼體內(nèi)的第三換熱管，所述第三殼體具有第三混合工質(zhì)入口和第三混合工質(zhì)出口，所述第三混合工質(zhì)入口經(jīng)管道與第二混合工質(zhì)出口連通，所述第三混合工質(zhì)出口經(jīng)管道與混合工質(zhì)過熱器連通，所述混合工質(zhì)過熱器與混合工質(zhì)膨脹機(jī)連接；

所述單工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括第一NG過熱器，第二單工質(zhì)增壓泵，第二單工質(zhì)蒸發(fā)器，第二單工質(zhì)過熱器和第二單工質(zhì)膨脹機(jī)，所述第一NG過熱器包括第四殼體和布置在第四殼體內(nèi)的第四換熱管，所述第四殼體具有第一NG進(jìn)口和第二NG出口，所述第一NG進(jìn)口經(jīng)管道與第一NG出口連通，所述第四換熱管具有第二單工質(zhì)入口和第二單工質(zhì)出口，所述第二單工質(zhì)入口經(jīng)管道與第二單工質(zhì)膨脹機(jī)連通，所述第二單工質(zhì)出口經(jīng)管道與第二單工質(zhì)增壓泵連通，所述第二單工質(zhì)增壓泵依次經(jīng)過第二單工質(zhì)蒸發(fā)器、第二單工質(zhì)過熱器與第二單工質(zhì)膨脹機(jī)連通；

所述直接膨脹發(fā)電子系統(tǒng)包括第二NG過熱器，第三NG過熱器，NG膨脹機(jī)和第四NG過熱器，所述第二NG過熱器包括第五殼體和布置在第五殼體內(nèi)的第五換熱管，所述第五殼體具有第二NG進(jìn)口和第三NG 出口，所述第二NG進(jìn)口與第二NG 出口連通，所述第三NG 出口經(jīng)管道與第三NG過熱器連通，所述第三NG過熱器依次與NG膨脹機(jī)、第四NG過熱器連接，所述第四NG過熱器連接天然氣管網(wǎng)；

所述制冰子系統(tǒng)包括制冰單元，所述制冰單元具有制冷劑入口和制冷劑出口，所述制冰單元的制冷劑出口分別連接混合工質(zhì)蒸發(fā)器、第一單工質(zhì)蒸發(fā)器、第二單工質(zhì)蒸發(fā)器、第二NG過熱器的制冷劑入口，所述制冰單元的制冷劑入口分別連接混合工質(zhì)蒸發(fā)器、第一單工質(zhì)蒸發(fā)器、第二單工質(zhì)蒸發(fā)器、第二NG過熱器的制冷劑出口。

本發(fā)明采用制冰單元輸出的溫度為-15℃的制冷劑吸收LNG冷能發(fā)電的部分冷量和NG過熱釋放的部分冷量，并將吸收的冷能用于制冰子系統(tǒng)，使得本發(fā)明的系統(tǒng)充分利用LNG氣化釋放的-162℃到-10℃的冷量，LNG氣化釋放的冷量只有極少部分被海水帶走，大部分被用于制冰、發(fā)電，實現(xiàn)了不增加工藝流程難度的情況下LNG冷量的最充分綜合利用，同時由于本發(fā)明的系統(tǒng)中保留了海水熱源，在制冷劑加熱的混合工質(zhì)蒸發(fā)器后設(shè)置海水加熱的混合工質(zhì)過熱器，在制冷劑加熱的第一單工質(zhì)蒸發(fā)器后設(shè)置海水加熱的第一單工質(zhì)過熱器，在制冷劑加熱的第二單工質(zhì)蒸發(fā)器后設(shè)置海水加熱的第二單工質(zhì)過熱器，以及在制冷劑加熱的第二NG過熱器后設(shè)置海水加熱的第三NG過熱器，當(dāng)不需要制冰功能時，可以通過增加進(jìn)入混合工質(zhì)過熱器、第一單工質(zhì)過熱器、第二單工質(zhì)過熱器和第三NG過熱器的海水流量來保證該系統(tǒng)的發(fā)電和氣化功能不受影響。另外，本發(fā)明的制冰子系統(tǒng)較傳統(tǒng)的制冰工藝節(jié)省了制冷機(jī)組，大大降低了制冰成本。

優(yōu)選地，所述混合工質(zhì)過熱器、第一單工質(zhì)過熱器、第二單工質(zhì)過熱器、第三NG過熱器、第四NG過熱器均采用海水作為熱媒進(jìn)行換熱，所述混合工質(zhì)過熱器、第一單工質(zhì)過熱器、第二單工質(zhì)過熱器、第三NG過熱器、第四NG過熱器上設(shè)置海水流量控制閥，使得海水進(jìn)入混合工質(zhì)過熱器、第一單工質(zhì)過熱器、第二單工質(zhì)過熱器、第三NG過熱器、第四NG過熱器的流量根據(jù)實際需要可控。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述混合工質(zhì)膨脹機(jī)、第一單工質(zhì)膨脹機(jī)、第二單工質(zhì)膨脹機(jī)、NG膨脹機(jī)分別連接發(fā)電機(jī)。

再進(jìn)一步優(yōu)選地，所述混合工質(zhì)膨脹機(jī)的進(jìn)口與出口之間安裝有第一旁路減壓閥，所述第一單工質(zhì)膨脹機(jī)的進(jìn)口與出口之間安裝有第二旁路減壓閥，所述第二單工質(zhì)膨脹機(jī)的進(jìn)口與出口之間安裝有第三旁路減壓閥。在朗肯循環(huán)的膨脹機(jī)管線上設(shè)置旁路，可以避免膨脹機(jī)發(fā)電影響系統(tǒng)的汽化功能，保證了汽化功能的獨立性，當(dāng)膨脹機(jī)需要維護(hù)或不需要發(fā)電功能時開啟旁路并調(diào)整郎肯循環(huán)中的工質(zhì)流量使郎肯循環(huán)正常運轉(zhuǎn)，LNG蒸發(fā)器和第一NG過熱器正常工作，LNG汽化功能不受影響。

本發(fā)明還提供了一種LNG冷能綜合利用方法，該方法包括以下步驟：

⑴混合工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電：將來自混合工質(zhì)膨脹機(jī)的低壓混合工質(zhì)與LNG在LNG蒸發(fā)器中進(jìn)行熱交換，熱交換后的低壓混合工質(zhì)被冷凝成液態(tài)低壓混合工質(zhì)，液態(tài)低壓混合工質(zhì)進(jìn)入混合工質(zhì)增壓泵，增壓至1.5±0.3Mpa后進(jìn)入換熱器，在換熱器中與低壓第一單工質(zhì)進(jìn)行熱交換，熱交換后的混合工質(zhì)升溫，然后依次進(jìn)入混合工質(zhì)蒸發(fā)器、混合工質(zhì)過熱器，實現(xiàn)氣化升溫，氣化升溫后的混合工質(zhì)以5.5～28℃、1.5±0.3Mpa的高壓氣體狀態(tài)進(jìn)入混合工質(zhì)膨脹機(jī)，膨脹做功發(fā)電，使得混合工質(zhì)降溫降壓后變?yōu)?50℃、0.13Mpa的低壓混合工質(zhì)，低壓混合工質(zhì)進(jìn)入LNG蒸發(fā)器繼續(xù)與LNG進(jìn)行熱交換，并再次進(jìn)入混合工質(zhì)增壓泵提升循環(huán)壓力；

⑵第一單工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電：低壓第一單工質(zhì)在換熱器中被混合工質(zhì)液化成低壓液相第一單工質(zhì)，低壓液相第一單工質(zhì)進(jìn)入第一單工質(zhì)增壓泵，增壓至0.49±0.1Mpa后，然后依次進(jìn)入第一單工質(zhì)蒸發(fā)器、第一單工質(zhì)過熱器與熱媒進(jìn)行熱交換，實現(xiàn)完全氣化升溫，氣化升溫后的第一單工質(zhì)進(jìn)入第一單工質(zhì)膨脹機(jī)，膨脹做功發(fā)電，使得第一單工質(zhì)降壓降溫變成溫度-23℃、0.13Mpa的低壓第一單工質(zhì)，低壓第一單工質(zhì)進(jìn)入換熱器繼續(xù)與混合工質(zhì)進(jìn)行熱交換，并再次進(jìn)入第一單工質(zhì)增壓泵提升循環(huán)壓力；

⑶第二單工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電：LNG在LNG蒸發(fā)器中被低壓混合工質(zhì)蒸發(fā)成高壓天然氣，高壓天然氣進(jìn)入第一NG過熱器與低壓第二單工質(zhì)換熱，將低壓第二單工質(zhì)冷凝成液態(tài)，低壓液態(tài)第二單工質(zhì)進(jìn)入第二單工質(zhì)增壓泵，增壓至0.49±0.1Mpa，然后依次進(jìn)入第二單工質(zhì)蒸發(fā)器、第二單工質(zhì)過熱器與熱媒進(jìn)行熱交換，實現(xiàn)完全氣化升溫，氣化升溫后的第二單工質(zhì)進(jìn)入第二單工質(zhì)膨脹機(jī)，膨脹做功發(fā)電，使得第二單工質(zhì)降壓降溫變成0.13Mpa的低壓第二單工質(zhì)，低壓第二單工質(zhì)進(jìn)入第一NG過熱器繼續(xù)與高壓天然氣進(jìn)行熱交換，并再次進(jìn)入第二單工質(zhì)增壓泵提升循環(huán)壓力；

⑷直接膨脹發(fā)電：高壓天然氣在第一NG過熱器中被低壓第二單工質(zhì)加熱后，依次進(jìn)入第二NG過熱器、第三NG過熱器被制冷劑、海水加熱，然后進(jìn)入NG膨脹機(jī)，膨脹做功發(fā)電，使得NG降溫降壓，降溫降壓后的NG進(jìn)入第四NG過熱器與海水進(jìn)行換熱升溫，獲得符合天然氣管網(wǎng)壓力、溫度要求的NG；

⑸制冰：來自制冰單元的制冷劑分別與混合工質(zhì)在混合工質(zhì)蒸發(fā)器中，第一單工質(zhì)在第一單工質(zhì)蒸發(fā)器中，第二單工質(zhì)在第二單工質(zhì)蒸發(fā)器中以及高壓天然氣在第二NG過熱器中換熱冷凝成液體，然后返回制冰單元，為制冰子系統(tǒng)提供冷量。

液化天然氣與低壓混合工質(zhì)在LNG蒸發(fā)器中進(jìn)行熱交換時，混合工質(zhì)將LNG的-162±2℃～-56±4℃的冷能帶走，且低壓混合工質(zhì)吸收冷能液化為液體，LNG的-162±2℃～-56±4℃的冷能主要通過復(fù)合朗肯循環(huán)＋直接膨脹法用于發(fā)電，復(fù)合低溫有機(jī)朗肯循環(huán)包括混合工質(zhì)朗肯循環(huán)和第一單工質(zhì)朗肯循環(huán)，發(fā)電效率高；高壓天然氣與第二單工質(zhì)在第一NG過熱器中進(jìn)行熱交換，第二單工質(zhì)作為熱源，將LNG的-56±4℃～-10℃的冷能帶走用于膨脹發(fā)電，提取LNG的低溫火用。汽化的高壓天然氣依次經(jīng)第一、第二、第三NG過熱器，NG膨脹機(jī)，第四NG過熱器，膨脹發(fā)電做工，最后獲得復(fù)合管網(wǎng)要求的NG，提取高壓NG的壓力火用。復(fù)合朗肯循環(huán)包括混合工質(zhì)朗肯循環(huán)和第一單工質(zhì)朗肯循環(huán)，在混合工質(zhì)朗肯循環(huán)和第一、第二單工質(zhì)朗肯循環(huán)中，工質(zhì)在被海水加熱前需先與制冷劑進(jìn)行換熱，為制冷劑提供冷量并用于制冰，由于工質(zhì)先從制冷劑吸收了熱量，就導(dǎo)致了海水的使用量顯著減少。由上可知，天然氣的潛熱被混合工質(zhì)帶走，高溫顯熱被制冰子系統(tǒng)帶走用于制冰以及被第二單工質(zhì)郎肯循環(huán)用于發(fā)電，而混合工質(zhì)與第一單工質(zhì)形成復(fù)合朗肯循環(huán)將LNG冷能用于發(fā)電制冰。

優(yōu)選地，所述步驟⑴中混合工質(zhì)在混合工質(zhì)蒸發(fā)器中被制冷劑加熱至-10℃，混合工質(zhì)在混合工質(zhì)過熱器中被海水加熱至5.5～28℃。

優(yōu)選地，所述步驟⑵中第一單工質(zhì)在第一單工質(zhì)蒸發(fā)器中被制冷劑加熱至-10℃，第一單工質(zhì)在第一單工質(zhì)過熱器中被海水加熱至5.5～28℃；所述步驟⑶中第二單工質(zhì)在第二單工質(zhì)蒸發(fā)器中被制冷劑加熱至-10℃，第二單工質(zhì)在第二單工質(zhì)過熱器中被海水加熱至5.5～28℃。

優(yōu)選地，所述混合工質(zhì)由甲烷、乙烯和丙烷組成，所述第一、第二單工質(zhì)為丙烷。

優(yōu)選地，所述制冰單元輸出的制冷劑為氣態(tài)，其溫度為-15℃。

優(yōu)選地，所述步驟⑴中，混合工質(zhì)過熱器的熱媒為海水，將海水溫度和LNG的氣化量作為自變量，首先設(shè)定混合工質(zhì)增壓泵輸出的混合工質(zhì)壓力值恒定（壓力值設(shè)定為1.5±0.3MPa），然后建立各種參數(shù)變量的約束關(guān)系，計算獲得混合工質(zhì)的流量、溫度等因變量；所述步驟⑵中，第一單工質(zhì)過熱器的熱媒為海水，海水溫度和LNG的氣化量作為自變量，首先設(shè)定第一單工質(zhì)增壓泵輸出的第一單工質(zhì)壓力值恒定（壓力值設(shè)定為0.49±0.1MPa），然后建立各種參數(shù)變量的約束關(guān)系，計算獲得第一單工質(zhì)的流量、溫度等因變量；所述步驟⑶中，第二單工質(zhì)過熱器的熱媒為海水，海水溫度和LNG的氣化量作為自變量，首先設(shè)定第二單工質(zhì)增壓泵輸出的第二單工質(zhì)壓力值恒定（壓力值設(shè)定為0.49±0.1MPa），然后建立各種參數(shù)變量的約束關(guān)系，計算獲得第二單工質(zhì)的流量、溫度等因變量。

參數(shù)的約束關(guān)系建立及計算混合工質(zhì)、第一單工質(zhì)、第二單工質(zhì)的流量、溫度具體方法如下：

a、設(shè)定混合工質(zhì)過熱器、第一單工質(zhì)過熱器、第二單工質(zhì)過熱器、第三NG過熱器和第四NG過熱器的進(jìn)口處海水溫度為T_{海水進(jìn)口}，出口處海水溫度為T_海水出口，當(dāng)進(jìn)入混合工質(zhì)過熱器、第一單工質(zhì)過熱器、第二單工質(zhì)過熱器、第三NG過熱器和第四NG過熱器的海水溫度T_{海水進(jìn)口}已知時，混合工質(zhì)過熱器、第一單工質(zhì)過熱器、第二單工質(zhì)過熱器、第三NG過熱器和第四NG過熱器的出口處的溫度約束為：T_海水出口＝T_{海水進(jìn)口}－5℃，那么被海水加熱的混合工質(zhì)、第一單工質(zhì)、第二單工質(zhì)和天然氣溫度分別約束為：

T₁₀₅＝T_{海水進(jìn)口}－2℃

T₂₀₄＝T_{海水進(jìn)口}－2℃

T₃₀₄＝T_{海水進(jìn)口}－2℃

T₄₀₄＝T_{海水進(jìn)口}－2℃

T_{管網(wǎng)天然氣}＝T_{海水進(jìn)口}－2℃

其中T₁₀₅為混合工質(zhì)過熱器輸出的混合工質(zhì)溫度，T₂₀₄為第一單工質(zhì)過熱器輸出的第一單工質(zhì)溫度，T₃₀₄為第二單工質(zhì)過熱器輸出的第二單工質(zhì)溫度，T₄₀₄為第三NG過熱器輸出的天然氣溫度，T_{管網(wǎng)天然氣}為第四NG過熱器輸出的天然氣溫度；轉(zhuǎn)至b；

b、設(shè)混合工質(zhì)增壓泵輸出的混合工質(zhì)恒定壓力值為P_{混合工質(zhì)恒定壓力}，混合工質(zhì)恒定壓力是根據(jù)全年最低海水溫度時混合工質(zhì)過熱器輸出的混合工質(zhì)溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：

P_{混合工質(zhì)恒定壓力}＝P_{混合工質(zhì)飽和蒸汽壓}@（T_{全年最低海水進(jìn)口}－2℃）

其中T_{全年最低海水進(jìn)口}為全年最低的混合工質(zhì)過熱器進(jìn)口處海水溫度，P_{混合工質(zhì)飽和蒸汽壓}為當(dāng)混合工質(zhì)過熱器進(jìn)口處海水溫度為全年最低時，混合工質(zhì)過熱器輸出的混合工質(zhì)的飽和蒸汽壓；轉(zhuǎn)至c；

c、設(shè)定LNG蒸發(fā)器和換熱器的最小接近溫度差為5℃，當(dāng)系統(tǒng)中混合工質(zhì)溫度發(fā)生變化時，可以通過不斷調(diào)整混合工質(zhì)的流量使其匹配設(shè)定的最小接近溫度，從而獲得混合工質(zhì)的流量和溫度；轉(zhuǎn)至d；

d、設(shè)第一單工質(zhì)增壓泵輸出的第一單工質(zhì)恒定壓力值為P_{第一單工質(zhì)恒定壓力}，第一單工質(zhì)恒定壓力是根據(jù)全年最低海水溫度時第一單工質(zhì)過熱器輸出的第一單工質(zhì)溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：

P_{第一單工質(zhì)恒定壓力}＝P_{第一單工質(zhì)飽和蒸汽壓}@（T_{全年最低海水進(jìn)口}－2℃）

其中T_{全年最低海水進(jìn)口}為全年最低的第一單工質(zhì)過熱器進(jìn)口處海水溫度，P_{第一單工質(zhì)飽和蒸汽壓}為當(dāng)?shù)谝粏喂べ|(zhì)過熱器進(jìn)口處海水溫度為全年最低時，第一單工質(zhì)過熱器輸出的第一單工質(zhì)的飽和蒸汽壓；轉(zhuǎn)至e；

e、當(dāng)系統(tǒng)中第一單工質(zhì)溫度發(fā)生變化時，可以通過不斷調(diào)整第一單工質(zhì)的流量使其匹配設(shè)定的最小接近溫度，從而獲得第一單工質(zhì)的流量和溫度；轉(zhuǎn)至f；

f、設(shè)第二單工質(zhì)增壓泵輸出的第二單工質(zhì)恒定壓力值為P_{第二單工質(zhì)恒定壓力}，第二單工質(zhì)恒定壓力是根據(jù)全年最低海水溫度時第二單工質(zhì)過熱器輸出的第二單工質(zhì)溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：

P_{第二單工質(zhì)恒定壓力}＝P_{第二單工質(zhì)飽和蒸汽壓}@（T_{全年最低海水進(jìn)口}－2℃）

其中T_{全年最低海水進(jìn)口}為全年最低的第二單工質(zhì)過熱器進(jìn)口處海水溫度，P_{第二單工質(zhì)飽和蒸汽壓}為當(dāng)?shù)诙喂べ|(zhì)過熱器進(jìn)口處海水溫度為全年最低時，第二單工質(zhì)過熱器輸出的第二單工質(zhì)的飽和蒸汽壓；轉(zhuǎn)至g；

g、設(shè)定LNG蒸發(fā)器和第一NG 過熱器的最小接近溫度差為5℃，當(dāng)系統(tǒng)中第二單工質(zhì)溫度發(fā)生變化時，可以通過不斷調(diào)整第二單工質(zhì)的流量使其匹配設(shè)定的最小接近溫度，從而獲得第二單工質(zhì)的流量和溫度。

LNG蒸發(fā)器和換熱器的最小接近溫度差能不僅能夠保證LNG蒸發(fā)器和換熱器的熱效率，還能夠保證LNG蒸發(fā)器和換熱器的尺寸不至于過大，造價過高。另外，混合工質(zhì)過熱器、第一單工質(zhì)過熱器、第二單工質(zhì)過熱器、第三NG過熱器和第四NG過熱器的進(jìn)口處海水溫度分別與被其加熱的混合工質(zhì)過熱器、第一單工質(zhì)過熱器、第二單工質(zhì)過熱器、第三NG過熱器和第四NG過熱器的的出口處混合工質(zhì)或第一單工質(zhì)或第二單工質(zhì)溫度直接關(guān)聯(lián)，當(dāng)海水溫度較高時，混合工質(zhì)或第一單工質(zhì)或第二單工質(zhì)也相應(yīng)被加熱到更高的溫度，然而混合工質(zhì)或第一單工質(zhì)或第二單工質(zhì)的溫度變化會引起后續(xù)朗肯循環(huán)中各節(jié)點溫度的變化，由于換熱器中冷熱介質(zhì)的熱交換量保持一致，需要調(diào)整混合工質(zhì)或第一單工質(zhì)的流量。

這樣就完成了工藝參數(shù)的優(yōu)化，工藝參數(shù)優(yōu)化的出發(fā)點有兩點：第一是保證保證膨脹機(jī)的正常運行，因此設(shè)定循環(huán)工質(zhì)被工質(zhì)泵增壓的恒定壓力值；第二是在保證膨脹機(jī)能夠穩(wěn)定運行的前提下通過建立各種參數(shù)變量的約束關(guān)系實現(xiàn)系統(tǒng)的最大發(fā)電量。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1.本發(fā)明由有機(jī)低溫復(fù)合朗肯循環(huán)發(fā)電機(jī)組、單工質(zhì)郎肯循環(huán)發(fā)電機(jī)組、直接膨脹發(fā)電機(jī)組和制冰系統(tǒng)組成，而且復(fù)合朗肯循環(huán)中換熱器既可作為混合工質(zhì)朗肯循環(huán)的加熱器，又可作為單工質(zhì)循環(huán)的冷凝器，減少了設(shè)備投資，同時使得復(fù)合朗肯循環(huán)的流程控制更為方便，LNG冷能發(fā)電的部分冷量和NG過熱放出的部分冷量通過換熱設(shè)備由-15℃氣相R制冷劑帶走并用于制冰系統(tǒng)，使本發(fā)明充分利用了LNG-162℃到-10℃的冷量，只有極少部分冷量被海水帶走，在不增加工藝流程復(fù)雜程度的情況下實現(xiàn)了LNG冷量的最充分綜合利用；

2.本發(fā)明采用-160℃的液化天然氣作為介質(zhì)，在其進(jìn)行氣化的同時還可以進(jìn)行發(fā)電，發(fā)電效率高，不僅解決了NG過熱及朗肯循環(huán)工質(zhì)的熱源問題，還通過制冷劑實現(xiàn)制冰功能，節(jié)省了制冰工藝中的制冷機(jī)組的投資，實現(xiàn)LNG冷能發(fā)電和冷能制冰的有機(jī)結(jié)合；

3.本發(fā)明仍然保留海水作為熱源，在每一制冷劑加熱的蒸發(fā)器后設(shè)置由海水加熱的過熱器，這樣通過調(diào)整海水流量能夠保證系統(tǒng)正常運行；

4.由于海水溫度會隨著季節(jié)的變化不斷變化，而且LNG的氣化量也會根據(jù)站場情況出現(xiàn)波動，本發(fā)明設(shè)定朗肯循環(huán)中部分參數(shù)以保證壓力恒定，進(jìn)而保證膨脹機(jī)正常穩(wěn)定工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一的系統(tǒng)及工作流程圖。

圖2為本發(fā)明實施例二的系統(tǒng)及工作流程圖。

圖中：1.LNG蒸發(fā)器，2.混合工質(zhì)增壓泵，3.換熱器，4.混合工質(zhì)蒸發(fā)器，5.混合工質(zhì)過熱器，6.混合工質(zhì)膨脹機(jī)，7.第一單工質(zhì)增壓泵，8.第一單工質(zhì)蒸發(fā)器，9.第一單工質(zhì)過熱器，10.第一單工質(zhì)膨脹機(jī)，11.第一NG過熱器，12.第二單工質(zhì)增壓泵，13.第二單工質(zhì)蒸發(fā)器，14.第二單工質(zhì)過熱器，15.第二單工質(zhì)膨脹機(jī)，16.第二NG過熱器，17.第三NG過熱器，18.NG膨脹機(jī)，19.第四NG過熱器，20.第一旁路減壓閥，21.第二旁路減壓閥，22.第三旁路減壓閥，23.制冰單元。

相關(guān)物流作如下編號：LNG為高壓液化天然氣，NG為符合天然氣管網(wǎng)要求的天然氣，SW為海水，將制冷劑標(biāo)記為R，其中Ri為制冰單元輸出的氣相制冷劑，Ro為換熱冷凝后的液態(tài)制冷劑，101為帶走低溫LNG冷量的冷凝后液相混合工質(zhì)，102為混合工質(zhì)增壓泵增壓后的液相混合工質(zhì)，103為被第一單工質(zhì)加熱的高壓液相混合工質(zhì)，104為被制冷劑加熱的高壓混合工質(zhì)，105為被海水加熱的氣相高壓混合工質(zhì)，106為被混合工質(zhì)膨脹機(jī)降壓降溫后的低壓混合工質(zhì)，201為被混合工質(zhì)冷凝的液相第一單工質(zhì)，202為第一單工質(zhì)增壓泵增壓后的液相第一單工質(zhì)，203為被制冷劑加熱的高壓第一單工質(zhì)，204為被海水加熱的高壓氣相第一單工質(zhì)，205為被第一單工質(zhì)膨脹機(jī)降壓降溫后的低壓第一單工質(zhì)，301為被高壓天然氣冷凝的低壓液態(tài)第二單工質(zhì)，302為第二單工質(zhì)增壓泵增壓后的高壓液相第二單工質(zhì)，303為被制冷劑加熱的高壓第二單工質(zhì)，304為被海水加熱的高壓氣相第二單工質(zhì)，305為被第二單工質(zhì)膨脹機(jī)降壓降溫后的低壓第二單工質(zhì)，401為被混合工質(zhì)加熱的高壓天然氣，402為被低壓第二單工質(zhì)加熱的高壓天然氣，403為被制冷劑加熱的高壓天然氣，404為被海水加熱的高壓天然氣，405為被NG膨脹機(jī)降壓降溫后的天然氣，105A為經(jīng)分流進(jìn)入混合工質(zhì)膨脹機(jī)的氣相高壓混合工質(zhì)，105B為經(jīng)分流進(jìn)入第一旁路減壓閥的氣相高壓混合工質(zhì)，204A為經(jīng)分流進(jìn)入第一單工質(zhì)膨脹機(jī)的高壓氣相第一單工質(zhì)，204B為經(jīng)分流進(jìn)入第二旁路減壓閥的高壓氣相第一單工質(zhì)，304A為經(jīng)分流進(jìn)入第二單工質(zhì)膨脹機(jī)的高壓氣相第二單工質(zhì)，304B為經(jīng)分流進(jìn)入第三旁路減壓閥的高壓氣相第二單工質(zhì)。

具體實施方式

實施例一

本實施例的液化天然氣冷能綜合利用系統(tǒng)，如圖1所示，包括復(fù)合朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)A、單工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)B、直接膨脹發(fā)電子系統(tǒng)C和制冰子系統(tǒng)D，其中復(fù)合朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)A包括LNG蒸發(fā)器1，混合工質(zhì)增壓泵2，換熱器3，混合工質(zhì)蒸發(fā)器4，混合工質(zhì)過熱器5，混合工質(zhì)膨脹機(jī)6，第一單工質(zhì)增壓泵7，第一單工質(zhì)蒸發(fā)器8，第一單工質(zhì)過熱器9和第一單工質(zhì)膨脹機(jī)10，混合工質(zhì)膨脹機(jī)6和第一單工質(zhì)膨脹機(jī)10分別連接發(fā)電機(jī)。LNG蒸發(fā)器1包括第一殼體和布置在第一殼體內(nèi)的第一換熱管，第一殼體具有LNG進(jìn)口和第一NG出口，LNG進(jìn)口與LNG儲罐相連通，第一換熱管具有第一混合工質(zhì)入口和第一混合工質(zhì)出口，第一混合工質(zhì)入口經(jīng)管道與混合工質(zhì)膨脹機(jī)6連通，第一混合工質(zhì)出口經(jīng)管道與混合工質(zhì)增壓泵2連通；換熱器3包括第二殼體和布置在第二殼體內(nèi)的第二換熱管，第二殼體具有第二混合工質(zhì)入口和第二混合工質(zhì)出口，第二混合工質(zhì)入口經(jīng)管道與混合工質(zhì)增壓泵2連通，第二換熱管具有第一單工質(zhì)入口和第一單工質(zhì)出口，第一單工質(zhì)入口經(jīng)管道與第一單工質(zhì)膨脹機(jī)10連通，第一單工質(zhì)出口經(jīng)管道與第一單工質(zhì)增壓泵7連接，第一單工質(zhì)增壓泵依次經(jīng)過第一單工質(zhì)蒸發(fā)器8、第一單工質(zhì)過熱器9與第一單工質(zhì)膨脹機(jī)10連接；混合工質(zhì)蒸發(fā)器4包括第三殼體和布置在第三殼體內(nèi)的第三換熱管，第三換熱管具有第一進(jìn)口和第一出口，第三殼體具有第三混合工質(zhì)入口和第三混合工質(zhì)出口，第三混合工質(zhì)入口經(jīng)管道與換熱器4的第二混合工質(zhì)出口連通，第三混合工質(zhì)出口經(jīng)管道與混合工質(zhì)過熱器5連通，混合工質(zhì)過熱器5與混合工質(zhì)膨脹機(jī)6連接。

單工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)B包括第一NG過熱器11，第二單工質(zhì)增壓泵12，第二單工質(zhì)蒸發(fā)器13，第二單工質(zhì)過熱器14和第二單工質(zhì)膨脹機(jī)15，第二單工質(zhì)膨脹機(jī)15連接發(fā)電機(jī)，第一NG過熱器11包括第四殼體和布置在第四殼體內(nèi)的第四換熱管，第四殼體具有第一NG進(jìn)口和第二NG出口，第一NG進(jìn)口經(jīng)管道與LNG蒸發(fā)器1的第一NG出口連通，第四換熱管具有第二單工質(zhì)入口和第二單工質(zhì)出口，第二單工質(zhì)入口經(jīng)管道與第二單工質(zhì)膨脹機(jī)15連通，第二單工質(zhì)出口經(jīng)管道與第二單工質(zhì)增壓泵12連通，第二單工質(zhì)增壓泵12依次經(jīng)過第二單工質(zhì)蒸發(fā)器13、第二單工質(zhì)過熱器14與第二單工質(zhì)膨脹機(jī)15連通。

直接膨脹發(fā)電子系統(tǒng)C包括第二NG過熱器16，第三NG過熱器17，NG膨脹機(jī)18和第四NG過熱器19，NG膨脹機(jī)18連接發(fā)電機(jī)，第二NG過熱器16包括第五殼體和布置在第五殼體內(nèi)的第五換熱管，第五換熱管具有第二進(jìn)口和第二出口，第五殼體具有第二NG進(jìn)口和第三NG 出口，第二NG進(jìn)口與第一NG過熱器11的第二NG 出口連通，第三NG 出口經(jīng)管道與第三NG過熱器17連通，第三NG過熱器17依次與NG膨脹機(jī)18、第四NG過熱器19連接，第四NG過熱器19連接天然氣管網(wǎng)。

另外，第一單工質(zhì)蒸發(fā)器8包括第六殼體和布置在第六殼體內(nèi)的第六換熱管，第六換熱管具有第三進(jìn)口和第三出口，第六殼體具有第三單工質(zhì)入口和第三單工質(zhì)出口，第三單工質(zhì)入口連接第一單工質(zhì)增壓泵7，第三單工質(zhì)出口連接第一單工質(zhì)過熱器9；第二單工質(zhì)蒸發(fā)器13包括第七殼體和布置在第七殼體內(nèi)的第七換熱管，第七換熱管具有第四進(jìn)口和第四出口，第七殼體具有第四單工質(zhì)入口和第四單工質(zhì)出口，第四單工質(zhì)入口連接第二單工質(zhì)增壓泵12，第四單工質(zhì)出口連接第二單工質(zhì)過熱器14。制冰子系統(tǒng)D包括制冰單元23，制冰單元23具有制冷劑入口和制冷劑出口，制冰單元23的制冷劑出口分別連接混合工質(zhì)蒸發(fā)器4的第一進(jìn)口、第一單工質(zhì)蒸發(fā)器8的第三進(jìn)口、第二單工質(zhì)蒸發(fā)器13的第四進(jìn)口、第二NG過熱器16的第二進(jìn)口，制冰單元23的制冷劑入口分別連接混合工質(zhì)蒸發(fā)器4的第一出口、第一單工質(zhì)蒸發(fā)器8的第三出口、第二單工質(zhì)蒸發(fā)器13的第四出口、第二NG過熱器16的第二出口。

另外，混合工質(zhì)過熱器5、第一單工質(zhì)過熱器9、第二單工質(zhì)過熱器14、第三NG過熱器17、第四NG過熱器19均采用海水作為熱媒進(jìn)行換熱，混合工質(zhì)過熱器5、第一單工質(zhì)過熱器9、第二單工質(zhì)過熱器14、第三NG過熱器17、第四NG過熱器19上設(shè)置海水流量控制閥，使得海水流量根據(jù)實際需要可以調(diào)整。其中混合工質(zhì)為三元混合工質(zhì)，由甲烷、乙烯和丙烷組成，第一、第二單工質(zhì)為丙烷。制冰單元23輸出的制冷劑為溫度-15℃的氣相制冷劑（制冷劑型號為R22或R404A）。

由于海水溫度會隨季節(jié)的變化不斷變化，而且LNG氣化量根據(jù)站場情況也會出現(xiàn)波動，因此在系統(tǒng)工藝物料平衡計算中，將海水溫度和LNG氣化量作為自變量，首先合理設(shè)定循環(huán)工質(zhì)被工質(zhì)泵增壓的恒定壓力值，然后建立各種參數(shù)變量的約束關(guān)系，計算工質(zhì)的流量、溫度等因變量。因此，設(shè)定循環(huán)工質(zhì)被工質(zhì)泵增壓的恒定壓力值就能夠保證保證膨脹機(jī)的正常運行，并且在保證膨脹機(jī)能夠穩(wěn)定運行的前提下通過建立各種參數(shù)變量的約束關(guān)系實現(xiàn)系統(tǒng)的最大發(fā)電量。

實施例二

本實施例與實施例一的不同之處在于：混合工質(zhì)膨脹機(jī)6的進(jìn)口與出口之間安裝有第一旁路減壓閥20，第一單工質(zhì)膨脹機(jī)10的進(jìn)口與出口之間安裝有第二旁路減壓閥21，第二單工質(zhì)膨脹機(jī)15的進(jìn)口與出口之間安裝有第三旁路減壓閥22（見圖2）。在朗肯循環(huán)的膨脹機(jī)設(shè)置旁路，通過減壓閥門確定工質(zhì)的流向，以保證系統(tǒng)汽化功能的獨立性。正常發(fā)電工況下，工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)，膨脹做功發(fā)電；當(dāng)膨脹機(jī)維護(hù)維修或故障時，啟動減壓閥門，工質(zhì)流向旁路，通過減壓閥門實現(xiàn)工質(zhì)的降溫降壓，再根據(jù)減壓閥門后的工質(zhì)溫度及壓力重新計算各郎肯循環(huán)中工質(zhì)的循環(huán)量，使循環(huán)能量重新匹配，工質(zhì)泵調(diào)節(jié)工質(zhì)流量，保證循環(huán)正常運行。通過設(shè)置旁路及旁路減壓閥實現(xiàn)了LNG汽化與發(fā)電功能的分離，可以避免汽化功能受到發(fā)電影響。

實施例三

某液化天然氣接收站的液化天然氣參數(shù)如下：流量為150t/h，溫度為-160℃，壓力為10MPa，其組分（mol%）為99%CH₄，1%C₂H₆。海水溫度為7℃～30℃。天然氣的入網(wǎng)要求如下：流量為150t/h，溫度為0℃，壓力為8.7MPa，其組分（mol%）為99%CH₄，1%C₂H₆。

液化天然氣綜合利用過程包括混合工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電、第一單工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電、第二單工質(zhì)郎肯循環(huán)發(fā)電、制冰和高壓天然氣直接膨脹發(fā)電4各部分，其具體步驟如下：

⑴混合工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電：混合工質(zhì)流量隨海水溫度變化，通過調(diào)整混合工質(zhì)的流量來保證換熱器3的能量平衡，將來自混合工質(zhì)膨脹機(jī)6的低壓混合工質(zhì)106與LNG在LNG蒸發(fā)器1中進(jìn)行熱交換，熱交換后的低壓混合工質(zhì)被冷凝成溫度為-140℃的液相混合工質(zhì)101，液相混合工質(zhì)101進(jìn)入混合工質(zhì)增壓泵2增壓至1.56Mpa后成為高壓液相混合工質(zhì)102，其中混合工質(zhì)增壓泵2輸出壓力設(shè)為恒定值1.56Mpa，該壓力不隨海水溫度變化，保證混合工質(zhì)膨脹機(jī)6正常運行，同時混合工質(zhì)增壓泵2根據(jù)海水溫度調(diào)節(jié)混合工質(zhì)的流量，保證朗肯循環(huán)發(fā)電量最大，高壓液相混合工質(zhì)102進(jìn)入換熱器3，在換熱器3中與低壓第一單工質(zhì)205進(jìn)行熱交換，熱交換后的高壓液相混合工質(zhì)102升溫至-28℃成為高壓液相混合工質(zhì)103，高壓液相混合工質(zhì)103進(jìn)入混合工質(zhì)蒸發(fā)器4被制冷劑加熱至-10℃成為高壓混合工質(zhì)104，高壓混合工質(zhì)104再進(jìn)入混合工質(zhì)過熱器5被海水加熱至5.5～28℃成為高壓氣相混合工質(zhì)105，高壓氣相混合工質(zhì)105以5.5～28℃、1.5Mpa的高壓氣體狀態(tài)進(jìn)入混合工質(zhì)膨脹機(jī)6，混合工質(zhì)膨脹機(jī)6驅(qū)動發(fā)電機(jī)做工發(fā)電，使得混合工質(zhì)經(jīng)降溫降壓后變?yōu)榧s-50℃、0.13Mpa的低壓混合工質(zhì)106，低壓混合工質(zhì)106進(jìn)入LNG蒸發(fā)器1繼續(xù)與LNG進(jìn)行熱交換，并再次進(jìn)入混合工質(zhì)增壓泵2提升循環(huán)壓力。

⑵第一單工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電：第一單工質(zhì)流量隨海水溫度變化及混合工質(zhì)流量的變化而變化，通過調(diào)整第一單工質(zhì)的流量來保證換熱器3的能量平衡，低壓第一單工質(zhì)205在換熱器3中被混合工質(zhì)液化成溫度為-39℃的液相第一單工質(zhì)201，液相第一單工質(zhì)201進(jìn)入第一單工質(zhì)增壓泵7增壓至0.55Mpa成為高壓液相第一單工質(zhì)202，其中第一單工質(zhì)增壓泵7壓力設(shè)為恒定值0.55Mpa，該壓力不隨海水溫度變化，保證第一單工質(zhì)膨脹機(jī)10正常運行，同時第一單工質(zhì)增壓泵7根據(jù)海水溫度調(diào)節(jié)第一單工質(zhì)的流量，保證朗肯循環(huán)發(fā)電量最大，高壓液相第一單工質(zhì)202進(jìn)入第一單工質(zhì)蒸發(fā)器8被制冷劑加熱至-10℃℃成為高壓第一單工質(zhì)203，高壓第一單工質(zhì)203進(jìn)入第一單工質(zhì)過熱器9中被海水加熱至5.5～28℃成為高壓氣相第一單工質(zhì)204，高壓氣相單工質(zhì)204進(jìn)入第一單工質(zhì)膨脹機(jī)10，膨脹做功發(fā)電，使得第一單工質(zhì)降壓降溫變成溫度-23℃、0.13Mpa的低壓第一單工質(zhì)205，低壓第一單工質(zhì)205進(jìn)入換熱器3繼續(xù)與混合工質(zhì)進(jìn)行熱交換，并再次進(jìn)入第一單工質(zhì)增壓泵7提升循環(huán)壓力。

⑶第二單工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電：第二單工質(zhì)流量隨海水溫度變化及混合工質(zhì)流量的變化而變化，通過調(diào)整第二單工質(zhì)的流量來保證第一NG過熱器11的能量平衡，低LNG在LNG蒸發(fā)器1中被低壓混合工質(zhì)106蒸發(fā)成高壓天然氣401，高壓天然氣401進(jìn)入第一NG過熱器11與低壓第二單工質(zhì)305換熱，將低壓第二單工質(zhì)305冷凝成液態(tài)第二單工質(zhì)301，低壓液態(tài)第二單工質(zhì)301進(jìn)入第二單工質(zhì)增壓泵12，增壓至0.55Mpa成為高壓液相第二單工質(zhì)302，其中第二單工質(zhì)增壓泵12壓力設(shè)為恒定值0.55Mpa，該壓力不隨海水溫度變化，保證第二單工質(zhì)膨脹機(jī)15正常運行，同時第二單工質(zhì)增壓泵12根據(jù)海水溫度調(diào)節(jié)第二單工質(zhì)的流量，保證朗肯循環(huán)發(fā)電量最大，高壓液相第二單工質(zhì)302進(jìn)入第二單工質(zhì)蒸發(fā)器13被制冷劑加熱至-10℃成為高壓第二單工質(zhì)303，高壓第二單工質(zhì)303進(jìn)入第二單工質(zhì)過熱器14被海水加熱至5.5～28℃成為高壓氣相第二單工質(zhì)304，高壓氣相第二單工質(zhì)304進(jìn)入第二單工質(zhì)膨脹機(jī)15，膨脹做功發(fā)電，使得第二單工質(zhì)降壓降溫變成溫度-39℃、0.13Mpa的低壓第二單工質(zhì)305，低壓第二單工質(zhì)305進(jìn)入第一NG過熱器11繼續(xù)與高壓天然氣401進(jìn)行熱交換，并再次進(jìn)入第二單工質(zhì)增壓泵12提升循環(huán)壓力。

⑷直接膨脹發(fā)電：高壓天然氣401在第一NG過熱器11中被低壓第二單工質(zhì)305加熱后成為高壓天然氣402，高壓天然氣402進(jìn)入第二NG過熱器16被制冷劑加熱成為溫度-25℃的高壓天然氣403，高壓天然氣403進(jìn)入第三NG過熱器17被海水加熱成為高壓天然氣404，高壓天然氣404進(jìn)入NG膨脹機(jī)18，膨脹做功發(fā)電，使得高壓天然氣降溫降壓成為天然氣405，天然氣405進(jìn)入第四NG過熱器19與海水進(jìn)行換熱升溫，獲得符合天然氣管網(wǎng)壓力、溫度要求的NG。

⑸制冰：來自制冰單元23的制冷劑Ri與高壓液相混合工質(zhì)103在混合工質(zhì)蒸發(fā)器4中換熱冷凝成液體制冷劑Ro，液體制冷劑Ro返回制冰單元23，為制冰子系統(tǒng)提供冷量；同時制冷劑Ri與液相第一單工質(zhì)202在第一單工質(zhì)蒸發(fā)器8中換熱冷凝成液體制冷劑Ro，液體制冷劑Ro返回制冰單元23，為制冰子系統(tǒng)提供冷量；制冷劑Ri與高壓液相第二單工質(zhì)302在第二單工質(zhì)蒸發(fā)器13中換熱冷凝成液體制冷劑Ro，液體制冷劑Ro返回制冰單元23，為制冰子系統(tǒng)提供冷量；制冷劑Ri與高壓天然氣402在第二NG過熱器16中換熱冷凝成液體制冷劑Ro，液體制冷劑Ro返回制冰單元23，為制冰子系統(tǒng)提供冷量。

另外，混合工質(zhì)和第一、第二單工質(zhì)的調(diào)節(jié)方法具體如下：

工藝流程計算采用HYSYS工藝流程計算軟件，里面有電子表格功能，通過電子表格輸入約束公式。

a、設(shè)定混合工質(zhì)過熱器5、第一單工質(zhì)過熱器9、第二單工質(zhì)過熱器14、第三NG過熱器17和第四NG過熱器19的進(jìn)口處海水溫度為T_{海水進(jìn)口}，出口處海水溫度為T_海水出口，當(dāng)進(jìn)入混合工質(zhì)過熱器5、第一單工質(zhì)過熱器9、第二單工質(zhì)過熱器14、第三NG過熱器17和第四NG過熱器19的海水溫度T_{海水進(jìn)口}已知時，混合工質(zhì)過熱器5、第一單工質(zhì)過熱器9、第二單工質(zhì)過熱器14、第三NG過熱器17和第四NG過熱器19的出口處的溫度約束為：T_海水出口＝T_{海水進(jìn)口}－5℃，T_海水出口＝T_{海水進(jìn)口}－5℃是環(huán)境環(huán)保條例中的強(qiáng)制規(guī)定，避免海水溫降過大會對地球生態(tài)產(chǎn)生影響，那么被海水加熱的混合工質(zhì)、第一單工質(zhì)、第二單工質(zhì)和天然氣溫度分別約束為：

T₁₀₅＝T_{海水進(jìn)口}－2℃

T₂₀₄＝T_{海水進(jìn)口}－2℃

T₃₀₄＝T_{海水進(jìn)口}－2℃

T₄₀₄＝T_{海水進(jìn)口}－2℃

T_{管網(wǎng)天然氣}＝T_{海水進(jìn)口}－2℃

其中T₁₀₅為混合工質(zhì)過熱器5輸出的混合工質(zhì)溫度，T₂₀₄為第一單工質(zhì)過熱器9輸出的第一單工質(zhì)溫度，T₃₀₄為第二單工質(zhì)過熱器14輸出的第二單工質(zhì)溫度，T₄₀₄為第三NG過熱器17輸出的天然氣溫度，T_{管網(wǎng)天然氣}為第四NG過熱器19輸出的天然氣溫度；轉(zhuǎn)至b；

b、設(shè)混合工質(zhì)增壓泵2輸出的混合工質(zhì)恒定壓力值為P_{混合工質(zhì)恒定壓力}，混合工質(zhì)恒定壓力是根據(jù)全年最低海水溫度時混合工質(zhì)過熱器5輸出的混合工質(zhì)溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：

P_{混合工質(zhì)恒定壓力}＝P_{混合工質(zhì)飽和蒸汽壓}@（T_{全年最低海水進(jìn)口}－2℃）

其中T_{全年最低海水進(jìn)口}為全年最低的混合工質(zhì)過熱器5進(jìn)口處海水溫度，P_{混合工質(zhì)飽和蒸汽壓}為當(dāng)混合工質(zhì)過熱器5進(jìn)口處海水溫度為全年最低時，混合工質(zhì)過熱器5輸出的混合工質(zhì)的飽和蒸汽壓，故混合工質(zhì)恒壓為1.5MPa；轉(zhuǎn)至c；

c、設(shè)定LNG蒸發(fā)器1和換熱器3的最小接近溫度差為5℃，當(dāng)系統(tǒng)中混合工質(zhì)溫度發(fā)生變化時，可以通過使用HYSYS軟件的ADJUST功能不斷調(diào)整混合工質(zhì)的流量使其匹配設(shè)定的最小接近溫度，從而獲得混合工質(zhì)的流量和溫度；轉(zhuǎn)至d；

d、設(shè)第一單工質(zhì)增壓泵7輸出的第一單工質(zhì)恒定壓力值為P_{第一單工質(zhì)恒定壓力}，第一單工質(zhì)恒定壓力是根據(jù)全年最低海水溫度時第一單工質(zhì)過熱器9輸出的第一單工質(zhì)溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：

P_{第一單工質(zhì)恒定壓力}＝P_{第一單工質(zhì)飽和蒸汽壓}@（T_{全年最低海水進(jìn)口}－2℃）

其中T_{全年最低海水進(jìn)口}為全年最低的第一單工質(zhì)過熱器9進(jìn)口處海水溫度，P_{第一單工質(zhì)飽和蒸汽壓}為當(dāng)?shù)谝粏喂べ|(zhì)過熱器9進(jìn)口處海水溫度為全年最低時，第一單工質(zhì)過熱器9輸出的第一單工質(zhì)的飽和蒸汽壓，故第一單工質(zhì)恒壓為0.49MPa；轉(zhuǎn)至e；

e、當(dāng)系統(tǒng)中第一單工質(zhì)溫度發(fā)生變化時，可以通過使用HYSYS軟件的ADJUST功能不斷調(diào)整第一單工質(zhì)的流量使其匹配設(shè)定的最小接近溫度，從而獲得第一單工質(zhì)的流量和溫度；轉(zhuǎn)至f；

f、設(shè)第二單工質(zhì)增壓泵12輸出的第二單工質(zhì)恒定壓力值為P_{第二單工質(zhì)恒定壓力}，第二單工質(zhì)恒定壓力是根據(jù)全年最低海水溫度時第二單工質(zhì)過熱器14輸出的第二單工質(zhì)溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：

P_{第二單工質(zhì)恒定壓力}＝P_{第二單工質(zhì)飽和蒸汽壓}@（T_{全年最低海水進(jìn)口}－2℃）

其中T_{全年最低海水進(jìn)口}為全年最低的第二單工質(zhì)過熱器14進(jìn)口處海水溫度，P_{第二單工質(zhì)飽和蒸汽壓}為當(dāng)?shù)诙喂べ|(zhì)過熱器14進(jìn)口處海水溫度為全年最低時，第二單工質(zhì)過熱器14輸出的第二單工質(zhì)的飽和蒸汽壓，故第二單工質(zhì)恒壓為0.49MPa；轉(zhuǎn)至g；

g、設(shè)定LNG蒸發(fā)器1和第二單工質(zhì)蒸發(fā)器11的最小接近溫度差為5℃，當(dāng)系統(tǒng)中第二單工質(zhì)溫度發(fā)生變化時，可以通過使用HYSYS軟件的ADJUST功能不斷調(diào)整第二單工質(zhì)的流量使其匹配設(shè)定的最小接近溫度，從而獲得第二單工質(zhì)的流量和溫度。

綜上可知，LNG與低壓混合工質(zhì)在LNG蒸發(fā)器1中進(jìn)行熱交換時，混合工質(zhì)將LNG-162℃～-56℃的冷能帶走，高壓天然氣與第二單工質(zhì)在第一NG過熱器11中進(jìn)行熱交換，第二單工質(zhì)將天然氣-56℃～-10℃的冷能帶走用于發(fā)電，同時混合工質(zhì)朗肯循環(huán)中的混合工質(zhì)、第一單工質(zhì)以及第二單工質(zhì)、高壓天然氣為制冷劑提供冷量用于制冰，這樣就減少了海水的使用量。第三NG過熱器17輸出的過熱天然氣經(jīng)NG膨脹機(jī)18膨脹做功后壓力降至天然氣管網(wǎng)所需的壓力，由于膨脹做功后天然氣還會降溫，膨脹做功后的天然氣經(jīng)第四NG過熱器19換熱升溫，最終達(dá)到天然氣管網(wǎng)所需的溫度。

在循環(huán)過程中，制冷劑Ri作為工質(zhì)與高壓液相混合工質(zhì)103、高壓液相第一單工質(zhì)202、高壓液相第二單工質(zhì)302和高壓天然氣402進(jìn)行熱交換，使得制冷劑Ro帶走大量的冷能為制冰單元23提供冷量，制冰單元23采用制冷劑Ro直接冷卻制冰。設(shè)定制冰單元23的制冰量為M，其單位為t/d，則制冰單元23制冰量的計算公式如下：

其中，Q為制冰單元23中換熱器的熱交換量，其單位為KW，T為制冰用水的溫度，其單位為℃。

除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式，等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。