[發明專利]一種利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統及其方法

有效

• 申請號: 202010115909.7
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111365130B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 于澤庭;蘇瑞智;夏雷
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F02C6/00
• 分類號: F02C6/00;F02C6/18;F01K25/10;F01K11/02;F01K13/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

1.一種利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統，其特征在于，包括燃氣輪機子系統、超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統和跨臨界CO₂動力循環子系統；

所述燃氣輪機子系統通過分流閥與超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統和跨臨界CO₂動力循環子系統分別連通，所述超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統和跨臨界CO₂動力循環子系統串聯連接；所述分流閥用于根據燃氣輪機子系統的負荷值來控制切換燃氣輪機子系統的排煙通路；以LNG冷能作為跨臨界CO₂動力循環子系統的冷源；

當燃氣輪機子系統的負荷小于預設負荷閾值時，分流閥控制燃氣輪機子系統的排煙直接進入跨臨界CO₂動力循環子系統中進行回收；當燃氣輪機子系統的負荷大于或等于預設負荷閾值時，分流閥控制燃氣輪機子系統的排煙進入超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統中進行一級回收，然后再進入跨臨界CO₂動力循環子系統進行二級回收；

LNG經第二泵加壓到適于燃氣輪機燃燒的壓力狀態，先流經冷凝器作為跨臨界CO₂動力循環子系統的冷源，然后經過換熱器釋放冷能給常溫水轉變為適于燃氣輪機燃燒的溫度狀態，同時為用戶提供冷量；

所述換熱器出口的天然氣分為兩股：一股進入燃氣輪機燃燒室滿足燃燒需求；一股通入其他天然氣接收終端；

所述超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統，包括第一透平、高溫回熱器、低溫回熱器和第一加熱器；

第一透平乏汽依次流經高溫回熱器和低溫回熱器釋熱后分為兩股并進行預處理：一股先冷卻為低溫狀態，然后壓縮到預設高壓狀態，之后流經低溫回熱器吸收熱量；另一股直接壓縮；兩股預處理后的流體混合，再通過高溫回熱器進一步吸收熱量；高溫回熱器出口的高溫CO₂經過第一加熱器吸收所述燃氣輪機子系統排出的煙氣余熱后進一步升溫，然后進入第一透平膨脹做功，產生電力；

所述超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統，還包括冷卻器、主壓縮機和再壓縮機；

所述冷卻器用于冷卻所述第一透平乏汽依次流經高溫回熱器和低溫回熱器釋熱后的一股流體；

所述主壓縮機，用于將冷卻器冷卻成低溫狀態的流體壓縮到預設高壓狀態；

所述再壓縮機，用于直接壓縮所述第一透平乏汽依次流經高溫回熱器和低溫回熱器釋熱后的另一股流體。

2.如權利要求1所述的利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統，其特征在于，所述燃氣輪機子系統，包括空氣壓縮機、燃燒室、燃氣透平和發電機；

所述空氣壓縮機，用于將空氣壓縮至預設壓力狀態并傳送至燃燒室；

所述燃燒室內通入有天然氣并與壓縮后的空氣混合后燃燒釋放熱量，產生高溫煙氣；

所述燃氣透平，用于在高溫煙氣的驅動作用下高速旋轉并帶動發電機發電。

3.如權利要求1所述的利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統，其特征在于，所述跨臨界CO₂動力循環子系統，包括回熱器、第二透平、第二加熱器和冷凝器；

飽和液態CO₂壓縮到高壓狀態，然后流經回熱器吸收第二透平乏汽中的熱量，之后進入第二加熱器中回收所述燃氣輪機子系統的煙氣余熱轉變為高溫高壓狀態，高溫高壓的CO₂推動第二透平葉輪旋轉，產生電力；第二透平乏汽經回熱器流入冷凝器，釋放熱量給LNG后轉變為飽和液態完成循環。

4.一種如權利要求1-3中任一項所述的利用LNG冷能的燃氣輪機余熱利用系統的工作方法，其特征在于，包括：

將燃氣輪機子系統的負荷與預設負荷閾值比較，進而控制切換燃氣輪機子系統的排煙通路：

當燃氣輪機子系統的負荷小于預設負荷閾值時，燃氣輪機子系統的排煙直接進入跨臨界CO₂動力循環子系統中進行回收；

當燃氣輪機子系統的負荷大于或等于預設負荷閾值時，燃氣輪機子系統的排煙進入超臨界CO₂再壓縮動力循環子系統中進行一級回收，然后再進入跨臨界CO₂動力循環子系統進行二級回收。