本發(fā)明屬于液化天然氣冷能直接利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行高效冷能發(fā)電的系統(tǒng)及其發(fā)電方法。

背景技術(shù)：

1、液化天然氣(liquefied?natural?gas,lng)在-162℃下運(yùn)輸、儲(chǔ)存，使用前需將低溫lng氣化為常溫天然氣(natural?gas,ng)，氣化過程釋放約830kj/kg冷量?，F(xiàn)階段，我國大型lng接收站無一例外采用開架式海水氣化器(open?rack?vaporizer，orv)利用海水作為熱源氣化lng，在lng氣化過程中釋放大量冷能對(duì)周邊海洋生態(tài)環(huán)境帶來的危害已引起社會(huì)關(guān)注。同時(shí)，天然氣作為達(dá)成我國“碳達(dá)峰、碳中和”雙碳目標(biāo)的中繼能源，在未來的數(shù)十年內(nèi)具有難以替代的地位。我國天然氣需求保持增長勢頭，目前國內(nèi)自產(chǎn)氣和進(jìn)口管道氣供應(yīng)無法滿足下游需求，只能大幅增加lng現(xiàn)貨進(jìn)口。2021年我國lng進(jìn)口量約為7893萬噸，按50％?lng冷能回收利用計(jì)算，2021年我國lng冷能可利用量約80億kwh。如將lng冷能有效回收，能夠達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，同時(shí)可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2、冷能發(fā)電是lng冷能直接利用的一種方式，該方法發(fā)出的電可直接供接收站或周邊企業(yè)使用，與其他冷能利用方法相比無原料限制，無產(chǎn)品銷售壓力，是一種經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的能量回收方式。大型lng接收站冷量巨大，要根據(jù)lng用途制定不同的發(fā)電方案。用作長輸管道燃?xì)獾膌ng氣化壓力高，可利用低溫朗肯循環(huán)在lng氣化階段回收冷量，在城市調(diào)壓站調(diào)壓時(shí)回收壓力。直接供給電廠發(fā)電的氣化壓力較低，可以在氣化階段使用聯(lián)合法同時(shí)回收冷量和壓力。現(xiàn)階段，我國lng接收站多用于城市燃?xì)獾恼{(diào)峰站，氣化壓力在6～10mpa，工作壓力高，需要尋求一種更適合的冷能發(fā)電方式，以便高效回收lng冷能。

3、中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?01210445501.1)公開了一種梯級(jí)利用液化天然氣冷能發(fā)電的方法，該方法包括天然氣介質(zhì)朗肯循環(huán)和冷媒介質(zhì)朗肯循環(huán)兩個(gè)部分。其中天然氣介質(zhì)朗肯循環(huán)又包括天然氣介質(zhì)吸收冷能液化和膨脹做功等步驟。中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?02011567411.0)公開了一種有機(jī)朗肯循環(huán)和布雷頓循環(huán)相結(jié)合的冷能發(fā)電方式，該方法將燃?xì)廨啓C(jī)出口煙氣再作為超臨界co2再壓縮布雷頓循環(huán)的熱源，實(shí)現(xiàn)bog和lng冷能的高效互補(bǔ)利用，提高了發(fā)電系統(tǒng)的熱效率和發(fā)電效率。中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?02022482601.4)公開了一種包含輔熱單元的冷能發(fā)電方法，該方法通過輔熱單元對(duì)復(fù)熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，彌補(bǔ)了冬季復(fù)熱介質(zhì)溫度偏低時(shí)對(duì)復(fù)熱效果影響，該方法降低了部環(huán)境因素對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于結(jié)合我國接收站工作特點(diǎn)，提供一種利用有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行高效冷能發(fā)電的系統(tǒng)及其發(fā)電方法。本發(fā)明主要工作原理為低溫工質(zhì)通過朗肯循環(huán)對(duì)外做功，與常見的高溫蒸汽朗肯循環(huán)相比，本發(fā)明用lng作為朗肯循環(huán)的低溫端，海水作為朗肯循環(huán)的高溫端。本發(fā)明所述的發(fā)電系統(tǒng)，利用有機(jī)朗肯循環(huán)對(duì)外做功，三段法發(fā)電綜合回收lng氣化時(shí)釋放冷能，經(jīng)測算本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法每噸lng發(fā)電42kwh。

2、本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程如下：

3、一種利用有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行高效冷能發(fā)電的系統(tǒng)，包括主換熱器、朗肯循環(huán)冷媒增壓泵、ng調(diào)溫器、①號(hào)換熱器、②號(hào)換熱器、③號(hào)換熱器、①號(hào)朗肯循環(huán)透平、②號(hào)朗肯循環(huán)透平、②號(hào)朗肯循環(huán)透平和發(fā)電機(jī)；來自接收站的lng通過管道與主換熱器的第一通道連接，主換熱器的第一通道與ng調(diào)溫器，lng在主換熱器氣化為氣體，經(jīng)調(diào)溫器調(diào)溫進(jìn)入管網(wǎng)外輸去用戶；③號(hào)朗肯循環(huán)透平與主換熱器的第二通道通過管道連接，主換熱器的第二通道與冷媒增壓泵通過冷媒管道連接，冷媒增壓泵與主換熱器的第三通道通過冷媒管道連接，主換熱器的第三通道與①號(hào)換熱器通過冷媒管道連接，①號(hào)換熱器與①號(hào)透平通過冷媒管道連接，①號(hào)透平與②號(hào)換熱器通過冷媒管道連接，②號(hào)換熱器與③號(hào)透平通過冷媒管道連接，①號(hào)透平、②號(hào)透平、③號(hào)透平做功帶動(dòng)同軸發(fā)電機(jī)發(fā)電。

4、進(jìn)一步，所述主換熱器采用多通道高壓板翅式換熱器，可以實(shí)現(xiàn)多股物流同時(shí)高效換熱；所述冷媒增壓泵采用潛液泵。

5、進(jìn)一步，所述①號(hào)換熱器、②號(hào)換熱器、③號(hào)換熱器均采用開架式氣化器。

6、進(jìn)一步，所述①號(hào)透平、②號(hào)透平、③號(hào)透平均采用同軸向心透平膨脹機(jī)。

7、進(jìn)一步，所述發(fā)電機(jī)采用同步發(fā)電機(jī)，與①號(hào)透平、②號(hào)透平、③號(hào)透平同軸。

8、進(jìn)一步，發(fā)電系統(tǒng)的冷媒選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質(zhì)。

9、上述利用有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行高效冷能發(fā)電的系統(tǒng)的發(fā)電方法，包括如下步驟：

10、(1)常壓低溫儲(chǔ)存的lng經(jīng)高壓泵升壓，升壓后的lng通過管道進(jìn)入主換熱器的第一通道，在主換熱器中與主換熱器的第二通道中氣態(tài)冷媒換熱，換熱后的lng轉(zhuǎn)化為ng，通過管道進(jìn)入ng調(diào)溫器，復(fù)溫至0℃以上，進(jìn)入管網(wǎng)外輸去用戶；

11、(2)氣態(tài)冷媒在主換熱器的第二通道中與第一通道的lng換熱冷凝成液態(tài)冷媒；

12、(3)液態(tài)冷媒通過管道進(jìn)入冷媒增壓泵進(jìn)行加壓，壓力升高后的液態(tài)冷媒進(jìn)入主換熱器的第三通道，與主換熱器第二通道中氣態(tài)冷媒換熱后，少量冷媒氣化；

13、(4)完成步驟(3)后，冷媒通過管道進(jìn)入①號(hào)換熱器進(jìn)行換熱，該步驟冷媒全部氣化，溫度升高；

14、(5)升溫后的氣態(tài)冷媒通過管道進(jìn)入①號(hào)透平進(jìn)行第一次膨脹做功，做功后的氣態(tài)冷媒溫度降低；

15、(6)第一次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒通過管道進(jìn)入②號(hào)換熱器進(jìn)行換熱復(fù)溫；

16、(7)復(fù)溫后的氣態(tài)冷媒通過管道進(jìn)入②號(hào)透平進(jìn)行第二次膨脹做功；

17、(8)第二次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒通過管道進(jìn)入③號(hào)換熱器進(jìn)行換熱復(fù)溫；

18、(9)復(fù)溫后的氣態(tài)冷媒通過管道進(jìn)入③號(hào)透平進(jìn)行第三次膨脹做功；

19、(10)第三次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒通過管道進(jìn)入主換熱器的第二通道，形成冷媒循環(huán)過程；

20、(11)①號(hào)透平、②號(hào)透平和③號(hào)透平對(duì)外輸出動(dòng)力，帶動(dòng)同軸發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)將lng冷能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能可接入接收站電氣母線供接收站使用。

21、進(jìn)一步，步驟(1)中高段熱源選用海水也可選用浸沒式燃燒氣化器。步驟(4)(6)(8)中高段熱源選用海水做低溫朗肯循環(huán)高溫段熱源，也可選用工業(yè)廢熱如熱排水、廢蒸氣或采用浸沒式燃燒氣化器等做高段熱源，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。

22、進(jìn)一步，步驟(3)中壓力升高后的液態(tài)冷媒的壓力為22bar；第一次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒的壓力為16bar；第二次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒的壓力為10bar，第三次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒的壓力為4bar。

23、進(jìn)一步，氣態(tài)冷媒或液態(tài)冷媒選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質(zhì)，摩爾百分比分別為32％、28％、40％。

24、本發(fā)明的積極效果：

25、(1)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質(zhì)做冷能冷媒，該混合工質(zhì)工作曲線與lng的氣化曲線基本一致，從而提高冷量回收效率。

26、(2)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法選用海水做低溫朗肯循環(huán)高溫段熱源，也可選用工業(yè)廢熱如熱排水、廢蒸氣或采用浸沒式燃燒氣化器等做高段熱源，提高系統(tǒng)發(fā)電量及效率。

27、(3)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法采用了低溫有機(jī)朗肯循環(huán)三段法發(fā)電，中間設(shè)置復(fù)溫工藝，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。三段法發(fā)電采用同軸向心透平膨脹機(jī)做功，帶動(dòng)同軸發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)采用同步發(fā)電機(jī)。

28、(4)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法的主換熱器采用多通道高壓板翅式換熱器，可以實(shí)現(xiàn)多股物流同時(shí)高效換熱；天然氣換熱器和冷媒換熱器采用大型lng接收站常用的開架式氣化器，冷媒增壓泵采用潛液泵。

29、(5)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法，結(jié)合了我國lng氣化特點(diǎn)，適用于我國現(xiàn)階段大型lng接收站的冷能發(fā)電。根據(jù)測算，本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法每噸lng發(fā)電42kwh。

30、(6)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法的工藝流程簡單、可靠性高。