[发明专利]一种回收液化天然气冷能的两级膨胀发电装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电装置及方法，特别是关于一种以乙烯或乙烷作为工质，能够回收液化天然气冷能或利用LNG冷能及工业余热产生电力的两级膨胀发电装置及方法。

背景技术

液化天然气（LNG），使将天然气在低温下使之冷凝为液体而得到的一种清洁、高效、可大规模利用的化石能源。LNG在储存运输时虽然是液态，但是在使用的时候则需要先汽化为气体，在这一过程中会释放出大量、高品质的低温冷量，如不加以回收不仅造成浪费还有可能会造成“冷污染”。LNG冷能利用技术包括LNG发电、空气分离、冷库冷源、海水淡化、轻烃分离、低温干燥等。冷能发电技术作为LNG冷能利用主要方式之一，发挥着重要作用。利用LNG冷能发电的基本原理是通过一低温动力循环过程，以LNG为低温冷源，利用低温动力循环产生的机械功驱动发电机组产生电力。如何获得更高的冷能利用效率是重要的技术问题，现有技术已公开多种方式，具体说明如下：

（1）如图1所示的一种LNG冷能四级回收利用系统，该系统包括LNG储罐101、加压泵102、第一冷凝器103、第一压缩机104、第一蒸发器105、第一膨胀透平106、第一发电机组107、第二冷凝器108、第二压缩机109、第二蒸发器110、第二透平机111、第二发电机组112、第三膨胀透平机113、第三发电机114、换热器115、循环泵116和储冰槽117。其中，LNG储罐101、加压泵102、第一冷凝器103、第二冷凝器108、第三膨胀透平机113和换热器115构成的LNG汽化升温膨胀主回路；第一冷凝器103、第一压缩机104、第一蒸发器105、第一膨胀透平106和第一发电机组107构成的一级朗肯循环发电单元；第二冷凝器108、第二压缩机109、第二蒸发器110、第二透平机111和第二发电机组112构成的二级朗肯循环发电单元；第三膨胀透平机113和第三发电机组114构成的膨胀发电单元；由换热器115、循环泵116和储冰槽117构成的低温储冰供冷单元。虽然LNG冷能四级回收利用系统可以提高LNG冷能的回收利用率，但是系统采用两级级联式朗肯循环产生电力，由两个相互独立低温朗肯循环串联而成，工艺流程较为复杂。

（2）如图2所示的利用LNG冷能的温差发电模块及其制备方法，在低温集中式空调系统和冷库中，直接利用LNG的潜热或显热与空气或者水换热是不可行的，所以需要中间蓄冷介质来降低换热温度，可以采用热电温差发电。低温用温差发电模块安装在该系统的温差管道上，如换热器的进出口管道之间。该温差发电模块采用全静态热电材料温差发电方式，具有简单、无运动部件、方便进行串联和并联组合等优点。此技术方案基于与动力循环完全不同的原理，采用的是热电温差发电技术，但是温差电制冷技术存在着成本高、电功率小以及热电转化效率低等问题，仅在很小功能的发电设施中有成功的应用，这限制这一技术方案在多数LNG冷能发电设施中的应用。

（3）如图3所示的一种LNG冷能梯级、集成利用系统，该系统包括冷能服务公司、冷库公司、室内滑冰场和冷水空调控制区四个部分，可以实现冷能梯级充分的利用。冷能服务公司控制区包括LNG储罐B1～B3，LNG储罐，用于储存并提供液化天然气；丁烷换热器，通过常温泵送管路与丁烷高温储罐连通使高温冷媒丁烷降温换热；丁烷低温储罐三个部分。换热器与丁烷高温储罐之间连接有回流管路。低温火用发电部分包括膨胀发电机组，通过管路与丁烷换热储存部分的丁烷换热器循环连通。LNG储罐连接的两条管路，一条经空气气化管路连接天然气管网，另一条经低温泵送管路、丁烷换热器连接膨胀发电机组，进行发电。冷库、室内滑雪场和冷水空调公司控制区包括内部换热器组、冷媒储罐进行高温段的冷能利用。此技术方案是LNG冷能的一种梯级冷能利用方案，LNG冷能只有一部分用来产生电力，这一部分电力是以丁烷为工质，利用一个丁烷朗肯循环将LNG的冷能转化为电能，单级的丁烷朗肯动力循环将冷能转化为电能的效率并不高，此技术方案对于LNG站周边有冷能服务公司、冷库、滑冰场、空调等直接用冷场所，直接用冷量较大的情况较为适合，但是许多LNG接收站周边无直接用冷需求或直接用冷需求较低，需要将冷能尽可能转化为电能的场合，这种情况此技术方案效率不高。