[發明專利]一種液化天然氣冷能綜合利用系統及方法

有效

• 申請號: 201610795709.4
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106285808B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 胡燕華;周天赤;孫躍軍
• 申請（專利權）人: 航天晨光股份有限公司;西安倍更能源技術有限公司;孫躍軍
• 主分類號: F01K27/00
• 分類號: F01K27/00;F01K25/00;F25C1/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司32102
• 代理人: 何朝旭,杜春秋

1.一種液化天然氣冷能綜合利用方法，其特征是，包括以下步驟：

⑴混合工質朗肯循環發電：將來自混合工質膨脹機的低壓混合工質與LNG在液化天然氣蒸發器中進行熱交換，熱交換后的低壓混合工質被冷凝成液態低壓混合工質，液態低壓混合工質進入混合工質增壓泵，增壓至1.5±0.3Mpa后進入換熱器，在換熱器中與低壓單工質進行熱交換，熱交換后的混合工質升溫，然后依次進入混合工質加熱器、混合工質蒸發器，實現氣化升溫，混合工質以5.5～28℃、1.5±0.3Mpa的高壓氣體狀態進入混合工質膨脹機，混合工質膨脹機驅動發電機做功 發電，使得混合工質經降溫降壓后變為-50℃、0.13Mpa的低壓混合工質，低壓混合工質進入液化天然氣蒸發器繼續與LNG進行熱交換，并再次進入混合工質增壓泵提升循環壓力；混合工質蒸發器的熱媒為海水，將海水溫度和LNG的氣化量作為自變量，首先設定混合工質增壓泵輸出的混合工質壓力值恒定，然后建立各種參數變量的約束關系，計算獲得混合工質的流量、溫度；

⑵單工質朗肯循環發電：低壓單工質在換熱器中被混合工質液化成低壓液相單工質，低壓液相單工質進入單工質增壓泵，增壓至0.49±0.1Mpa后，進入單工質蒸發器與熱媒進行熱交換，實現完全氣化，升溫后的單工質進入單工質膨脹機，膨脹做功發電，使得單工質降壓降溫后變成0.13Mpa的低壓單工質，低壓單工質進入換熱器繼續與混合工質進行熱交換，并再次進入單工質增壓泵提升循環壓力；單工質蒸發器的熱媒為海水，海水溫度和LNG的氣化量作為自變量，首先設定單工質增壓泵輸出的單工質壓力值恒定，然后建立各種參數變量的約束關系，計算獲得單工質的流量、溫度；參數的約束關系建立及計算混合工質、單工質的流量、溫度具體方法如下：

a、設定混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器和第二天然氣過熱器的進口處海水溫度為T_海水進口，出口處海水溫度為T _海水出口，當進入混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器和第二天然氣過熱器的海水溫度T_海水進口已知時，混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器和第二天然氣過熱器的出口處的溫度約束為：T_海水出口＝T_海水進口－5℃，那么被海水加熱的混合工質、單工質和天然氣溫度分別約束為：

T₁₀₅＝T_海水進口－2℃

T₂₀₃＝T_海水進口－2℃

T₃₀₃＝T_海水進口－2℃

T_{管網天然氣}＝T_海水進口－2℃

其中T₁₀₅為混合工質蒸發器輸出的混合工質溫度，T₂₀₃為單工質蒸發器輸出的單工質溫度，T₃₀₃為第一天然氣過熱器輸出的天然氣溫度，T_{管網天然氣}為第二天然氣過熱器輸出的天然氣溫度；轉至b；

b、設混合工質增壓泵輸出的混合工質恒定壓力值為P_{混合工質恒定壓力}，混合工質恒定壓力是根據全年最低海水溫度時混合工質蒸發器輸出的混合工質溫度所對應的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：

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

其中T_{全年最低海水進口}為全年最低的混合工質蒸發器進口處海水溫度，P_{混合工質飽和蒸汽壓}為當混合工質蒸發器進口處海水溫度為全年最低時，混合工質蒸發器輸出的混合工質的飽和蒸汽壓；轉至c；

c、設定液化天然氣蒸發器和換熱器的最小接近溫度差為5℃，當系統中混合工質溫度發生變化時，可以通過不斷調整混合工質的流量使其匹配設定的最小接近溫度，從而獲得混合工質的流量和溫度；轉至d；

d、設單工質增壓泵輸出的單工質恒定壓力值為P_{單工質恒定壓力}，單工質恒定壓力是根據全年最低海水溫度時單工質蒸發器輸出的單工質溫度所對應的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：

P_{單工質恒定壓力}＝P_{單工質飽和蒸汽壓}@(T_{全年最低海水進口}－2℃)

其中T_{全年最低海水進口}為全年最低的單工質蒸發器進口處海水溫度，P _{單工質飽和蒸汽壓}為當單工質蒸發器進口處海水溫度為全年最低時，單工質蒸發器輸出的單工質的飽和蒸汽壓；轉至e；

e、當系統中單工質溫度發生變化時，可以通過不斷調整單工質的流量使其匹配設定的最小接近溫度，從而獲得單工質的流量和溫度；

⑶制冰：LNG在液化天然氣蒸發器中被低壓混合工質加熱，蒸發成高壓天然氣，高壓天然氣進入天然氣加熱器與來自制冷機組的制冷劑進行熱交換，制冷劑經高壓天然氣降溫后冷凝成液體并返回制冷機組，為制冰子系統提供冷量；

⑷直接膨脹發電：高壓天然氣在天然氣加熱器中經制冷劑加熱后，進入第一天然氣過熱器與熱媒進行熱交換，高壓天然氣繼續升溫，然后進入天然氣膨脹機，膨脹做功發電，使得天然氣經降溫降壓，降溫降壓后的天然氣進入第二天然氣過熱器與熱媒進行換熱升溫，獲得符合天然氣管網壓力、溫度要求的天然氣。