[發(fā)明專利]一種LNG冷能CO2

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910342318.0
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN111852601A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊豫森;崔華;陳輝
• 申請（專利權(quán)）人: 赫普能源環(huán)境科技有限公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K11/02;F01K27/00;F01K27/02;F01D15/10;F17C9/04
• 代理公司: 北京市中聯(lián)創(chuàng)和知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11364
• 代理人: 劉瀟;劉亞竹

1.一種LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括LNG儲罐(1)、LNG氣液管道(13)、LNG加熱器(6)及冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電裝置(11)，所述LNG儲罐(1)的出口通過LNG氣液管道(13)與LNG加熱器(6)相連，所述LNG加熱器(6)與加熱熱源相連，所述LNG加熱器(6)的輸出端連通于天然氣的傳送端，所述冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電裝置(11)內(nèi)設(shè)有冷凝器(2)及第一加熱器(3)，所述LNG氣液管道(13)與所述冷凝器(2)耦合實現(xiàn)CO₂工質(zhì)的冷卻收縮，所述第一加熱器(3)與加熱熱源相連以實現(xiàn)CO₂工質(zhì)的加熱膨脹。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述LNG加熱器(6)包括第二加熱器(7)、第三加熱器(8)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)還設(shè)有膨脹機(jī)(9)、發(fā)電機(jī)(10)，第三加熱器(8)與所述膨脹機(jī)(9)及第二加熱器(7)依次串聯(lián)設(shè)置，所述膨脹機(jī)(9)通過LNG冷能的膨脹做功以帶動相連的發(fā)電機(jī)(10)發(fā)電。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電裝置(11)還包括工質(zhì)泵(12)、渦輪機(jī)(4)、第一發(fā)電機(jī)(5)，所述冷凝器(2)、工質(zhì)泵(12)、第一加熱器(3)、渦輪機(jī)(4)依次相連用以形成CO₂工質(zhì)的朗肯循環(huán)，所述渦輪機(jī)(4)通過工質(zhì)CO₂的沖擊以帶動相連的第一發(fā)電機(jī)(5)發(fā)電。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱熱源為室外空氣、海水、河水、地下水、煙氣余熱、工業(yè)余熱中的任意一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣余熱為煤粉鍋爐排放煙氣、燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)排放煙氣、燃?xì)廨啓C(jī)余熱鍋爐排放煙氣的任意一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)余熱為汽輪機(jī)排汽或抽汽、凝汽器循環(huán)水余熱、內(nèi)燃機(jī)缸套水余熱、煤粉鍋爐生產(chǎn)的蒸汽余熱的任意一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述CO₂工質(zhì)在第一加熱器(3)內(nèi)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為過熱態(tài)，并進(jìn)入所述渦輪機(jī)(4)內(nèi)做功，做功后的CO₂工質(zhì)在冷凝器(2)內(nèi)與LNG冷能換熱后轉(zhuǎn)化為液態(tài)進(jìn)行循環(huán)。

9.一種LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法，其特征在于，所述發(fā)電方法通過對CO₂工質(zhì)的溫度、壓力的精確控制和能量平衡來實現(xiàn)，其中CO₂的溫度、壓力控制包括：

S1、根據(jù)LNG進(jìn)入冷凝器(2)內(nèi)的溫度T_LNG，設(shè)置冷凝器(2)內(nèi)的絕對壓力P_CO2，確保CO₂工質(zhì)經(jīng)冷凝器(2)換熱后轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，而不會變?yōu)楣虘B(tài)干冰；

S2、冷凝器出口的液態(tài)CO₂經(jīng)過工質(zhì)泵(12)進(jìn)行升壓至超臨界壓力7.390Mpa以上；

S3、液態(tài)CO₂進(jìn)入第一加熱器(3)吸熱升溫，溫度升至超臨界溫度31.06℃以上，以超臨界過熱狀態(tài)進(jìn)入渦輪機(jī)(4)膨脹做功發(fā)電。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種LNG冷能CO₂工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法，其特征在于，所述的發(fā)電方法相關(guān)計算式包括：

1)冷能利用及損失能量平衡式：

Q_總＝Q_LNG潛熱+Q_氣升溫＝F_LNG*q_LNG潛熱+F_LNG*(T_供-T₁)*C_p氣＝Q_Rankine+Q_Heater，

Q_Rankine＝F_LNG*(T₃-T₂)*C_pLNG

Q_Heater＝Q₁+Q₂+…+Q_n

其中：Q_總為可利用冷能的總能量，kJ/h；Q_LNG潛熱為LNG潛在可用冷能量，kJ/h；Q_氣升溫為LNG氣化升溫的能量，kJ/h；F_LNG為LNG流量kg/h；q_LNG潛熱為LNG的氣化潛熱kJ/kg；C_p氣單位為天然氣的比熱容kJ/kg℃；T_供為對外供天然氣的溫度，℃；T₁為LNG氣化后的溫度，℃；T₃為LNG流出冷凝器的溫度，℃，T₂為LNG進(jìn)入冷凝器(2)的溫度，℃；Q_Rankine為CO₂工質(zhì)朗肯循環(huán)冷能利用總量，kJ/h；Q_Heater為LNG加熱器(6)吸收熱量，kJ/h；Q₁為第1加熱熱源提供的熱量，kJ/h；Q₂為第2加熱熱源提供的熱量，kJ/h；Q_n為第n加熱熱源提供的熱量，kJ/h；C_pLNG單位為液態(tài)LNG的比熱容kJ/kg℃；

2)CO₂工質(zhì)在第一加熱器(3)內(nèi)的吸熱量：

Q_吸熱＝F_空氣*(T_進(jìn)-T_出)*C_p空氣＝F_海水*(T_進(jìn)-T_出)*C_p海水

＝F_煙氣*(T_進(jìn)-T_出)*C_p煙氣＝F_{循環(huán)水}*(T_進(jìn)-T_出)*C_{p循環(huán)水}

Q_吸熱為CO₂工質(zhì)在第一加熱器(3)內(nèi)的吸熱量，kJ/h，F(xiàn)_空氣、F_海水、F_煙氣、F_{循環(huán)水}分別為空氣、海水、煙氣、循環(huán)水在第一加熱器(3)內(nèi)的循環(huán)流量，kg/h；C_p空氣、C_p海水、C_p煙氣、C_{p循環(huán)水}分別為空氣、海水、煙氣、循環(huán)水的比熱容，kJ/kg℃；T_進(jìn)為第一加熱器(3)中加熱熱源的進(jìn)口溫度，℃；T_出為第一加熱器(3)中加熱熱源的出口溫度，℃；

3)CO₂工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電量：

P_Rankine＝F_CO2*Q_吸熱*η_R*η_e

＝F_CO2*Q_吸熱*(1-T_4’/T_5’)*η_e

式中，P_Rankine為CO₂工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電量，kw；F_CO2為CO₂工質(zhì)循環(huán)流量，kg/h；η_R為CO₂工質(zhì)朗肯循環(huán)熱效率，η_e為發(fā)電機(jī)效率，Q_吸熱為CO₂工質(zhì)在第一加熱器(3)內(nèi)的吸熱量，kJ/h，T_5’為平均吸熱溫度，℃，T_4’為平均放熱溫度，℃，T_5’由CO₂工質(zhì)在第一加熱器(3)內(nèi)的吸熱量Q_吸熱決定，T_4’由朗肯循環(huán)冷能利用總量Q_Rankine決定。