本發(fā)明屬于液化天然氣冷能直接利用領域，具體涉及一種利用有機朗肯循環(huán)進行高效冷能發(fā)電的系統(tǒng)及其發(fā)電方法。

背景技術：

1、液化天然氣(liquefied?natural?gas,lng)在-162℃下運輸、儲存，使用前需將低溫lng氣化為常溫天然氣(natural?gas,ng)，氣化過程釋放約830kj/kg冷量?，F(xiàn)階段，我國大型lng接收站無一例外采用開架式海水氣化器(open?rack?vaporizer，orv)利用海水作為熱源氣化lng，在lng氣化過程中釋放大量冷能對周邊海洋生態(tài)環(huán)境帶來的危害已引起社會關注。同時，天然氣作為達成我國“碳達峰、碳中和”雙碳目標的中繼能源，在未來的數(shù)十年內具有難以替代的地位。我國天然氣需求保持增長勢頭，目前國內自產(chǎn)氣和進口管道氣供應無法滿足下游需求，只能大幅增加lng現(xiàn)貨進口。2021年我國lng進口量約為7893萬噸，按50％?lng冷能回收利用計算，2021年我國lng冷能可利用量約80億kwh。如將lng冷能有效回收，能夠達到節(jié)能環(huán)保的效果，同時可以取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2、冷能發(fā)電是lng冷能直接利用的一種方式，該方法發(fā)出的電可直接供接收站或周邊企業(yè)使用，與其他冷能利用方法相比無原料限制，無產(chǎn)品銷售壓力，是一種經(jīng)濟、高效、環(huán)保的能量回收方式。大型lng接收站冷量巨大，要根據(jù)lng用途制定不同的發(fā)電方案。用作長輸管道燃氣的lng氣化壓力高，可利用低溫朗肯循環(huán)在lng氣化階段回收冷量，在城市調壓站調壓時回收壓力。直接供給電廠發(fā)電的氣化壓力較低，可以在氣化階段使用聯(lián)合法同時回收冷量和壓力?，F(xiàn)階段，我國lng接收站多用于城市燃氣的調峰站，氣化壓力在6～10mpa，工作壓力高，需要尋求一種更適合的冷能發(fā)電方式，以便高效回收lng冷能。

3、中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01210445501.1)公開了一種梯級利用液化天然氣冷能發(fā)電的方法，該方法包括天然氣介質朗肯循環(huán)和冷媒介質朗肯循環(huán)兩個部分。其中天然氣介質朗肯循環(huán)又包括天然氣介質吸收冷能液化和膨脹做功等步驟。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?02011567411.0)公開了一種有機朗肯循環(huán)和布雷頓循環(huán)相結合的冷能發(fā)電方式，該方法將燃氣輪機出口煙氣再作為超臨界co2再壓縮布雷頓循環(huán)的熱源，實現(xiàn)bog和lng冷能的高效互補利用，提高了發(fā)電系統(tǒng)的熱效率和發(fā)電效率。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?02022482601.4)公開了一種包含輔熱單元的冷能發(fā)電方法，該方法通過輔熱單元對復熱介質進行加熱，彌補了冬季復熱介質溫度偏低時對復熱效果影響，該方法降低了部環(huán)境因素對發(fā)電系統(tǒng)的影響。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于結合我國接收站工作特點，提供一種利用有機朗肯循環(huán)進行高效冷能發(fā)電的系統(tǒng)及其發(fā)電方法。本發(fā)明主要工作原理為低溫工質通過朗肯循環(huán)對外做功，與常見的高溫蒸汽朗肯循環(huán)相比，本發(fā)明用lng作為朗肯循環(huán)的低溫端，海水作為朗肯循環(huán)的高溫端。本發(fā)明所述的發(fā)電系統(tǒng)，利用有機朗肯循環(huán)對外做功，三段法發(fā)電綜合回收lng氣化時釋放冷能，經(jīng)測算本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法每噸lng發(fā)電42kwh。

2、本發(fā)明的實現(xiàn)過程如下：

3、一種利用有機朗肯循環(huán)進行高效冷能發(fā)電的系統(tǒng)，包括主換熱器、朗肯循環(huán)冷媒增壓泵、ng調溫器、①號換熱器、②號換熱器、③號換熱器、①號朗肯循環(huán)透平、②號朗肯循環(huán)透平、②號朗肯循環(huán)透平和發(fā)電機；來自接收站的lng通過管道與主換熱器的第一通道連接，主換熱器的第一通道與ng調溫器，lng在主換熱器氣化為氣體，經(jīng)調溫器調溫進入管網(wǎng)外輸去用戶；③號朗肯循環(huán)透平與主換熱器的第二通道通過管道連接，主換熱器的第二通道與冷媒增壓泵通過冷媒管道連接，冷媒增壓泵與主換熱器的第三通道通過冷媒管道連接，主換熱器的第三通道與①號換熱器通過冷媒管道連接，①號換熱器與①號透平通過冷媒管道連接，①號透平與②號換熱器通過冷媒管道連接，②號換熱器與③號透平通過冷媒管道連接，①號透平、②號透平、③號透平做功帶動同軸發(fā)電機發(fā)電。

4、進一步，所述主換熱器采用多通道高壓板翅式換熱器，可以實現(xiàn)多股物流同時高效換熱；所述冷媒增壓泵采用潛液泵。

5、進一步，所述①號換熱器、②號換熱器、③號換熱器均采用開架式氣化器。

6、進一步，所述①號透平、②號透平、③號透平均采用同軸向心透平膨脹機。

7、進一步，所述發(fā)電機采用同步發(fā)電機，與①號透平、②號透平、③號透平同軸。

8、進一步，發(fā)電系統(tǒng)的冷媒選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質。

9、上述利用有機朗肯循環(huán)進行高效冷能發(fā)電的系統(tǒng)的發(fā)電方法，包括如下步驟：

10、(1)常壓低溫儲存的lng經(jīng)高壓泵升壓，升壓后的lng通過管道進入主換熱器的第一通道，在主換熱器中與主換熱器的第二通道中氣態(tài)冷媒換熱，換熱后的lng轉化為ng，通過管道進入ng調溫器，復溫至0℃以上，進入管網(wǎng)外輸去用戶；

11、(2)氣態(tài)冷媒在主換熱器的第二通道中與第一通道的lng換熱冷凝成液態(tài)冷媒；

12、(3)液態(tài)冷媒通過管道進入冷媒增壓泵進行加壓，壓力升高后的液態(tài)冷媒進入主換熱器的第三通道，與主換熱器第二通道中氣態(tài)冷媒換熱后，少量冷媒氣化；

13、(4)完成步驟(3)后，冷媒通過管道進入①號換熱器進行換熱，該步驟冷媒全部氣化，溫度升高；

14、(5)升溫后的氣態(tài)冷媒通過管道進入①號透平進行第一次膨脹做功，做功后的氣態(tài)冷媒溫度降低；

15、(6)第一次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒通過管道進入②號換熱器進行換熱復溫；

16、(7)復溫后的氣態(tài)冷媒通過管道進入②號透平進行第二次膨脹做功；

17、(8)第二次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒通過管道進入③號換熱器進行換熱復溫；

18、(9)復溫后的氣態(tài)冷媒通過管道進入③號透平進行第三次膨脹做功；

19、(10)第三次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒通過管道進入主換熱器的第二通道，形成冷媒循環(huán)過程；

20、(11)①號透平、②號透平和③號透平對外輸出動力，帶動同軸發(fā)電機發(fā)電，實現(xiàn)將lng冷能轉化為電能，發(fā)電機產(chǎn)生的電能可接入接收站電氣母線供接收站使用。

21、進一步，步驟(1)中高段熱源選用海水也可選用浸沒式燃燒氣化器。步驟(4)(6)(8)中高段熱源選用海水做低溫朗肯循環(huán)高溫段熱源，也可選用工業(yè)廢熱如熱排水、廢蒸氣或采用浸沒式燃燒氣化器等做高段熱源，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。

22、進一步，步驟(3)中壓力升高后的液態(tài)冷媒的壓力為22bar；第一次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒的壓力為16bar；第二次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒的壓力為10bar，第三次膨脹做功后的氣態(tài)冷媒的壓力為4bar。

23、進一步，氣態(tài)冷媒或液態(tài)冷媒選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質，摩爾百分比分別為32％、28％、40％。

24、本發(fā)明的積極效果：

25、(1)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法選用甲烷、乙烯、丙烷組成的混合工質做冷能冷媒，該混合工質工作曲線與lng的氣化曲線基本一致，從而提高冷量回收效率。

26、(2)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法選用海水做低溫朗肯循環(huán)高溫段熱源，也可選用工業(yè)廢熱如熱排水、廢蒸氣或采用浸沒式燃燒氣化器等做高段熱源，提高系統(tǒng)發(fā)電量及效率。

27、(3)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法采用了低溫有機朗肯循環(huán)三段法發(fā)電，中間設置復溫工藝，提高系統(tǒng)發(fā)電效率。三段法發(fā)電采用同軸向心透平膨脹機做功，帶動同軸發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機采用同步發(fā)電機。

28、(4)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法的主換熱器采用多通道高壓板翅式換熱器，可以實現(xiàn)多股物流同時高效換熱；天然氣換熱器和冷媒換熱器采用大型lng接收站常用的開架式氣化器，冷媒增壓泵采用潛液泵。

29、(5)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法，結合了我國lng氣化特點，適用于我國現(xiàn)階段大型lng接收站的冷能發(fā)電。根據(jù)測算，本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法每噸lng發(fā)電42kwh。

30、(6)本發(fā)明所述系統(tǒng)及方法的工藝流程簡單、可靠性高。