一种提高LNG冷能发电效率和稳定性的系统的制作方法

本发明涉及冷能发电，特别涉及一种提高lng冷能发电效率和稳定性的系统。

背景技术：

1、液化天然气(lng)在使用时为满足用户需求，需重新气化至下游所需温度，在气化过程中，lng将释放大量冷能，包括天然气的汽化潜热和天然气从储存的温度升温到环境温度的显热，大约为830kj/kg，通常这部分冷能在气化器中随海水或空气而被丢弃，造成极大的能源浪费，目前国内投产的lng接收站数量逐渐增多，因此lng冷能利用具有巨大的潜力和市场空间。

2、液化天然气(lng)冷能利用技术主要包括冷能发电、冷能空分、轻烃分离、冷库、冷水空调、海水淡化等。冷能发电是目前最常用的lng冷能利用方式之一。低温朗肯循环冷能发电技术是利用lng的冷能作为冷源，以普遍存在的低品位能(海水、空气、工业余热等)作为热源，采用某种有机工质作为工作介质，组成闭式的低温蒸汽动力循环。低温朗肯循环发电系统主要由循环泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器四部分组成，液态的有机工质通过循环泵加压后，进入蒸发器与低温热源换热，被气化为气态，再进入膨胀机做功发电，而后进入冷凝器被lng冷却成液态，之后进入下一个循环。

3、目前，国内lng接收站主要为调峰型lng接收站，外输量波动较大，即冷能发电系统中冷源较大，导致冷能发电系统稳定性较差，成为制约冷能发电推广应用的限制因素。如何提高冷能发电系统的稳定性，是需要解决的问题。

4、冷能发电技术已有多种方法被公开，但目前公开的冷能发电技术与方法存在以下技术差异：1)工质进入工质循环泵易发生汽蚀导致系统停机的问题；2)在lng流量变化时，工质循环量不易调节的问题。

5、授权号为cn 102996378 b的发明专利公开了一种以烃类混合物为工质回收液化天然气冷能发电的方法。该方法采用三流道换热器，以烃类混合物为循环工质，通过合理调整混合工质配比，可以获得较高的冷能发电效率。

6、授权号为cn 105114142 b的发明专利公开了一种新型的lng冷能发电的成套设备。该成套设备通过设置过热器，将处于饱和蒸汽状态工质继续加热变为过热蒸汽状态，增加工质在透平中膨胀中的焓差，从而提高发电量。

7、授权号为cn 109098809 b的发明专利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。

8、以上专利主要通过采用混合工质、提高进入透平中工质的过热度、增加回热循环等措施来提高冷能发电效率，未考虑如何提高冷能发电装置稳定性的方法。

9、授权号为cn 215927491 u的实用新型专利公开了一种带有绕管式换热器的lng冷能发电系统。该系统采用绕管式换热器，将蒸发器设置为包括第一壳程和至少两个第一管程的绕管式换热器，将复热器设置为包括第二壳程和至少两个第二管程的绕管式换热器，能够在不增加换热设备的情况下保证对发电系统热源工质的供给，有效简化发电系统的结构，减少发电系统的换热设备数量以及占地面积。该专利主要通过调整换热器结构，优化发电系统的换热设备数量，未考虑如何提高冷能发电装置稳定性的方法。

10、申请号为cn 114439562 a的发明专利公开了一种lng冷能高效混合冷剂发电方法。该方法以甲烷、乙烯和丙烷组成混合冷剂，混合冷剂循环量采用与lng处理量比例调节控制，混合冷剂冷凝换热器采用高压铝制板翅换热器，通过设置冷剂气液分离罐解决两相流进入绕管式冷剂蒸发器流动不均布问题，设置透平入口缓冲分离罐、冷剂泵入口缓冲分离罐防止工况波动透平膨胀机入口带液和冷剂泵入口带气引起设备损坏问题。该专利关于工质循环量的调节，仅提及比例调节控制，未进行系统设备优化，另外采用高压铝制板翅换热器，未考虑换热温差过大导致设备损坏的问题。

11、基于此，需要研发一种新的提高lng冷能发电效率和稳定性的系统。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种提高lng冷能发电效率和稳定性的系统，有效的克服了现有技术的缺陷。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种提高lng冷能发电效率和稳定性的系统，包括lng气化器、工质过冷器、工质蒸发器、天然气复热器、工质过热器、膨胀发电机组和工质平衡罐，上述lng气化器中具有相互换热的第一流道、第二流道和第三流道，上述第一流道的出口、天然气复热器的壳程入口通过管线串联，上述第一流道的进口连接lng进口管道，上述天然气复热器的壳程出口连接天然气出口管线，上述第二流道的出口、工质过冷器的工质入口及出口、第三流道的进口及出口、工质蒸发器的壳程入口及出口、工质过热器的壳程入口及出口、膨胀发电机组的进口及出口以及第二流道的进口通过管线串联，上述工质平衡罐8的进口通过管线连接上述工质过热器的壳程出口与膨胀发电机组的进口之间的管线，上述工质平衡罐的出口通过管线连接上述第二流道与膨胀发电机组之间的管线。

4、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

5、进一步，上述工质过热器的管程入口连接热源进口管道，上述工质过热器的管程出口、工质蒸发器的管程入口及出口、天然气复热器的管程入口通过管线串联，上述天然气复热器的管程出口连接热源出口管道。

6、进一步，上述工质过冷器的工质出口与上述第三流道的进口之间的管线上设有工质循环泵，且该管线上设有第一调节阀。

7、进一步，上述工质平衡罐的进口及出口连接的管线上分别设有第二调节阀和第三调节阀，上述膨胀发电机组的进口处设有第四调节阀，上述lng进口管道上设有第五调节阀。

8、进一步，还包括气液分离器，上述第三流道的出口通过管线连接上述气液分离器的进口，上述气液分离器的气相出口和液相出口分别通过管线连接上述工质蒸发器的壳程入口。

9、进一步，上述工质蒸发器的壳程入口设有两个，且分别设置于上述工质蒸发器的顶部及底部，上述气液分离器的气相出口通过管线连接上述工质蒸发器顶部的壳程入口，上述气液分离器的液相出口通过管线连接上述工质蒸发器底部的壳程入口。

10、进一步，上述第二流道的出口、工质过冷器的工质入口及出口、第三流道的进口及出口、工质蒸发器的壳程入口及出口、工质过热器的壳程入口及出口、膨胀发电机组的进口及出口以及第二流道的进口串联的管线内的工质为混合工质或单一工质，并且，以摩尔百分比计，上述混合工质包括甲烷10％-30％、乙烷或乙烯30％-50％和丙烷30％-50％，上述单一工质为乙烷、乙烯或r-23制冷剂。

11、进一步，上述lng气化器为板翅式换热器或绕管式换热器。

12、进一步，上述工质过冷器为管壳式换热器。

13、进一步，上述工质蒸发器为管壳式换热器，上述天然气复热器为管壳式换热器，上述工质过热器为管壳式换热器。

14、本发明的有益效果是：结构设计合理，通过在lng气化器出口设置过冷器，保证工质的过冷度，避免在进入工质循环泵后发生汽蚀，提高装置稳定性，此外，设置工质平衡罐用于调节系统中的工质循环量，提高系统适应性和稳定性，同时在系统停车时，用于工质的储存。有效提高了冷能发电系统的稳定性和适应性，助力lng冷能发电系统的推广应用，实现绿色低碳发展，符合国家“双碳”战略。