CN120007384A - 利用lng冷凝朗肯循环排汽的发电系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明明属于朗肯循环发电技术领域，公开了利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统及工作方法，本发明系统通过利用液化天然气（LNG）作为冷源，显著提高了冷凝过程中的热交换效率。液化天然气的低温特性可以有效地提高冷凝器的冷却效果，相比传统的空冷机组，能够更高效地去除废热。本发明使用LNG作为冷源能够降低冷却过程中的能源消耗。传统空冷系统需要依赖大量的外部环境空气，且在高温天气条件下，效率降低。而LNG系统不受外部环境温度的影响，能够在各种气候条件下保持较高的制冷效率。

Description

利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统及工作方法

技术领域

本发明属于朗肯循环发电技术领域，具体涉及利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统及工作方法。

背景技术

朗肯循环是指以水蒸气作为工质的一种理想循环过程，主要包括等熵压缩、等压加热、等熵膨胀、以及一个等压冷凝过程，用于蒸汽装置动力循环。简单的蒸汽动力循环由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器四个主要装置组成，水在水泵中被压缩升压；然后进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀作功，作功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷却凝结成水，再回到水泵中，完成一个循环。蒸汽动力循环系统常见的冷凝方式为湿冷和空冷，其中湿冷是采用水冷式制冷，通过水冷却器将热量传递给水，再通过冷却塔排放废热，湿冷制冷方式效果好、运行稳定、节能环保，但需要充足的水源和冷却塔；空冷是利用空气冷却方式，通过风扇或风机将热量传递给外界空气。空冷机组的制冷效率较低，噪音较大，但使用方便，不需要水源，只需通风口即可。

LNG是液化天然气（Liquefied Natural Gas）的缩写，是天然气在超低温条件下液化形成的，主要由天然气经过净化之后，通过压缩升温，冷却移走热量，再节流膨胀而得到。LNG具有低温的物体特性，其在约零下162℃以液态形式存在，主要成分为甲烷，体积是同质量天然气的1/625。LNG增加了天然气储运和利用的灵活性，扩大了天然气的应用范围，作为清洁能源是传统能源的有效替代。LNG蕴含着大量冷能，需气化为5℃以上的气态天然气运送至管网，最终作为燃料进入燃气轮机的燃烧室，产生高温高压的混合气体，进入透平做功发电。传统气化方式直接将冷能释放到环境中，造成了极大的能量浪费，回收冷能并加以利用已经成为研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述空冷机组的制冷效率较低的不足，提供利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统及工作方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统，包括换热器，换热器的冷源入口通入液化天然气，换热器的冷源出口为天热气，换热器的循环水出口连接冷凝器的循环水入口，冷凝器的循环水出口连接换热器的循环水入口。

本发明进一步的改进在于，换热器的循环水出口与冷凝器的循环水入口的连接管路上设置有循环水泵。

本发明进一步的改进在于，冷凝器的给水入口连接汽轮机的给水出口。

本发明进一步的改进在于，冷凝器的冷凝水出口连接锅炉的给水入口。

本发明进一步的改进在于，冷凝器的冷凝水出口与锅炉的给水入口的连接管路上设置有给水泵。

本发明进一步的改进在于，锅炉的给水出口连接汽轮机的给水入口。

第二方面，本发明提供利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统的工作方法，包括以下步骤：

液化天然气通过换热器的冷源入口流入换热器中，液化天然气在换热器中气化释放冷能，气化后的天然气通过换热器的冷源出口排出；

冷能与换热器中的循环水进行换热，对循环水进行降温，降温后的循环水送入冷凝器中对给水进行换热冷凝，换热后的循环水通过冷凝器的循环水出口送入换热器中。

本发明进一步的改进在于，降温后的循环水通过循环水泵加压后，送入冷凝器中对给水进行换热降温。

本发明进一步的改进在于，汽轮机排出给水到冷凝器中，降温后的循环水送入冷凝器中对给水进行换热冷凝，形成冷凝水送入锅炉中。

本发明进一步的改进在于，冷凝器的冷凝水通过给水泵升压后送入锅炉中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明系统通过利用液化天然气（LNG）作为冷源，显著提高了冷凝过程中的热交换效率。液化天然气的低温特性可以有效地提高冷凝器的冷却效果，相比传统的空冷机组，能够更高效地去除废热。本发明使用LNG作为冷源能够降低冷却过程中的能源消耗。传统空冷系统需要依赖大量的外部环境空气，且在高温天气条件下，效率降低。而LNG系统不受外部环境温度的影响，能够在各种气候条件下保持较高的制冷效率。本发明与传统的水冷系统相比，LNG冷凝系统通过换热器循环水的闭路设计，不直接消耗大量水资源。这样不仅减少了水资源的依赖，同时避免了水冷系统可能带来的环境负担。由于LNG冷凝系统的冷源温度稳定，系统能够在不同负荷情况下保持较为稳定的工作状态，避免了空冷系统因气候变化（如高温、低湿等）导致的冷却效率波动，从而提升了整体系统的稳定性和可靠性。现有的空冷系统通常需要大量的风机来推动空气流动，可能会产生较高的噪音，而LNG冷凝系统通过循环水和换热器的方式进行冷却，能够大大降低系统运行的噪音水平。本发明通过有效的冷凝过程，LNG冷凝系统能够降低蒸汽压力和温度，从而提高朗肯循环的热效率，间接提升了发电机组的整体发电效率。

附图说明

图1为本发明的系统图；

图2为本发明的流程图；

其中，1、换热器；2、冷凝器；3、循环水泵；4、汽轮机；5、锅炉；6、给水泵。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

参见图1，利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统，包括换热器1，换热器1的冷源入口通入液化天然气，换热器1的冷源出口为天热气，换热器1的循环水出口连接冷凝器2的循环水入口，冷凝器2的循环水出口连接换热器1的循环水入口。

参见图2，利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统的工作方法，包括以下步骤：

S1，液化天然气通过换热器1的冷源入口流入换热器1中，液化天然气在换热器1中气化释放冷能，气化后的天然气通过换热器1的冷源出口排出。

S2，冷能与换热器1中的循环水进行换热，对循环水进行降温，降温后的循环水送入冷凝器2中对给水进行换热冷凝，换热后的循环水通过冷凝器2的循环水出口送入换热器1中。

本发明的LNG在气化过程中释放的冷能通过换热器1被有效利用，将冷能传递给循环水。这一过程减少了冷能的浪费，使得系统能够最大限度地利用LNG的冷能，提升了能源的整体利用效率。本发明通过LNG气化时产生的冷量进行能量回收，可以为系统提供额外的动力输出或者用于其它环节，从而提高整体系统的能效。

液化天然气在换热器中的气化过程为循环水提供了降温作用，降低了循环水的温度。降温后的循环水能够更有效地在冷凝器中进行热交换，增强了整个热交换系统的效率。降温后的循环水送入冷凝器中对给水进行换热冷凝，这不仅优化了冷凝器的运行效果，还保证了热能回收的最大化，减少了能量损失。

本发明通过循环水在换热器和冷凝器之间的循环，冷凝器能够更有效地冷却排汽并进行热交换。这一过程能有效降低排汽的温度，提高冷凝器的工作效率，从而提高系统的热效率。高效的冷凝效果能够减少排放的热能损失，保证系统更好地回收热量并转化为有用能量，避免不必要的浪费。

由于LNG冷能在气化过程中有效地降温循环水，系统减少了对外部冷却源（如冷却塔或冷却水系统）的依赖，降低了运行成本。通过直接利用LNG冷能来冷却循环水，节省了能源消耗并降低了运行成本。通过闭环的冷却水循环系统，避免了过度的水资源消耗，同时降低了冷却水的处理和排放成本。

LNG冷能通过换热器有效地将冷量传递给循环水，进而提升冷凝器的热交换效率。较低温度的循环水进入冷凝器后，能够更高效地将热量传递给排汽，从而提高热交换的效率，提升整个发电系统的热效率。通过冷凝器和换热器的优化，系统能够实现更高效的蒸汽循环，增强朗肯循环的整体效益，从而提高发电效率。

由于冷凝效率的提升，系统能够更高效地回收热能并减少废热排放。这不仅有助于提高整体系统效率，还能减少温室气体的排放，符合环境保护的要求。通过利用LNG冷能和优化冷却系统，减少了对外部冷却水的需求，有助于节约水资源，降低对环境的影响。

冷源通过换热器1与循环水的高效热交换，确保系统在不同负载下都能保持较稳定的冷却效果，避免因温度波动导致的设备过热或效率下降。高效的冷却和热交换减少了设备的负担，降低了因过热造成的磨损和故障，从而延长了设备的使用寿命。

本发明通过LNG冷能的引入，系统可以灵活调整冷却水流量和温度，以适应不同负荷和环境条件的变化，保证系统在各种工况下的高效运行。系统能够根据LNG的供给情况以及运行负荷动态调整热交换和冷却策略，提供更大的灵活性和适应性。

终上所述，本发明不仅提高了循环水的冷却效率，还增强了系统的热效率、环保性能和经济性。减少了对外部冷源的需求，降低了运行成本，并提高了系统的稳定性、可靠性和灵活性。这一优化方案有效提升了整个发电系统的整体效能，既能降低能源消耗，又能提升运行效率，是一种既环保又经济的能源利用策略。

实施例1：

本实施例在换热器1与冷凝器2的连接管路上增加了增压装置，具体为，换热器1的循环水出口与冷凝器2的循环水入口的连接管路上设置有循环水泵3。降温后的循环水通过循环水泵3加压后，送入冷凝器2中对给水进行换热降温。

本实施例的循环水泵3的加入能够确保冷却水在系统中的流动更加平稳和持续，避免因流动不均或温度变化导致的换热效果下降。泵的作用是保证循环水在换热器1和冷凝器2之间的流动，使系统能够在任何负载下保持高效的热交换。循环水泵3的作用有助于提高循环水的流速，增加冷却水与换热器及冷凝器之间的接触面积，进一步优化热交换效果，确保冷却水能够在较短时间内吸收更多的冷能。

本实施例通过增加循环水泵，冷却水的流动更加快速和均匀，这使得冷却水能够更有效地吸收来自LNG气化过程的冷量，并将其带入冷凝器2进行热交换。换热效果得以提升，能够有效降低冷凝器内给水的温度，提高整个系统的热效率。循环水泵保证了冷却水在换热器和冷凝器之间的稳定流动，避免因冷却水流动不畅或温差过大而导致的热交换效率降低，从而保持系统稳定高效运行。

终上所述本实施例增加了循环水泵3，可以确保冷却水的稳定流动，优化换热和冷凝过程，提高热效率，降低能源消耗和运行成本，同时增强系统的稳定性、灵活性和可靠性。通过这一设计，系统能够更加高效地利用LNG冷能，提升发电效率，减少故障风险，并延长设备寿命，从而实现更高的经济性和可持续性。

实施例2：

本实施例的对冷凝器的出入口进行了进一步限定，具体为，冷凝器2的给水入口连接汽轮机4的给水出口，冷凝器2的冷凝水出口连接锅炉5的给水入口。汽轮机4排出给水到冷凝器2中，降温后的循环水送入冷凝器2中对给水进行换热冷凝，形成冷凝水送入锅炉5中。

本实施例中冷凝器2的给水入口连接汽轮机4的给水出口，意味着汽轮机4排出的热蒸汽经过冷凝后，冷凝水被送入冷凝器进行进一步的冷却和热交换。然后，这些冷凝水作为给水进入锅炉5，重新参与蒸汽生成过程。通过这种方式，系统有效回收了汽轮机排放的废热，提高了整个系统的热能利用效率。冷凝水通过这一回路重新进入锅炉，不仅使锅炉的水源更加高效，减少了热能损失，还优化了能源流动，进一步提升了整个发电过程的热效率。

本实施例中将冷凝水直接送入锅炉5，能够降低锅炉对外部热源（如燃料）的依赖，从而减少燃料消耗。在锅炉5中，冷凝水已经是温热的，进入锅炉后无需加热到过高的温度，这样能显著降低锅炉的加热负担，从而提升锅炉的运行效率，减少额外的能量消耗。由于冷凝水的回收利用，系统不需要额外依赖大量外部水源进行补给，减少了水资源消耗。这有助于降低运营成本，尤其是在水资源较为紧张的地区，进一步提升了系统的可持续性。

终上所述，本实施例通过将冷凝器2的给水入口与汽轮机4的给水出口连接，并将冷凝水送入锅炉5，系统实现了热能的回收与再利用，显著提高了整个系统的热效率。该设计优化了锅炉和汽轮机的工作条件，减少了燃料消耗、外部冷却水需求和废水排放，同时降低了运营成本。整体系统变得更加稳定、可靠和经济，具有更高的能源利用效率和可持续性。

实施例3：

本实施例对锅炉系统进行了进一步限定，具体为：冷凝器2的冷凝水出口与锅炉5的给水入口的连接管路上设置有给水泵6，锅炉5的给水出口连接汽轮机4的给水入口。汽轮机4排出给水到冷凝器2中，降温后的循环水送入冷凝器2中对给水进行换热冷凝，形成冷凝水送入锅炉5中，冷凝器2的冷凝水通过给水泵6升压后送入锅炉5中。

本实施例的给水泵6能够确保冷凝水从冷凝器2顺利进入锅炉5，并提供稳定的给水流量。泵的加入能够确保给水流动的压力和流速稳定，避免由于水流不畅导致的热交换效率下降，从而保持锅炉和汽轮机系统的高效运行。本实施例通过给水泵6，冷凝水能够更快地进入锅炉进行加热，提供给汽轮机更高效的蒸汽。这有助于增强锅炉的热交换效果，使汽轮机4能够更高效地利用蒸汽进行发电，进一步提升系统的整体能效。

本实施例的给水泵6确保锅炉的给水量足够且稳定，避免了因水流不足导致锅炉蒸汽产量下降的问题。稳定的水流量使得锅炉能够维持恒定的工作压力和温度，提高了锅炉的热效率，减少了能源浪费。由于冷凝水通过泵稳定进入锅炉，锅炉能够稳定加热水源，避免了进水温度波动过大引起的锅炉工作不稳定，从而减少了温度变化带来的系统负担，提升锅炉的热交换效率。

终上所述，本实施例通过增加给水泵6，冷凝水能够更高效地从冷凝器2送入锅炉5，再通过锅炉5进入汽轮机4，提升了系统的热效率和能效。泵的加入确保了系统给水的稳定性和流动性，提高了锅炉、汽轮机的工作效率，增强了系统的稳定性和可靠性，减少了能源和水资源的消耗，降低了运行成本。整体而言，该设计使得系统运行更加高效、经济和环保，提升了整个发电系统的综合效能。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统，其特征在于，包括换热器（1），换热器（1）的冷源入口通入液化天然气，换热器（1）的冷源出口为天热气，换热器（1）的循环水出口连接冷凝器（2）的循环水入口，冷凝器（2）的循环水出口连接换热器（1）的循环水入口。

2.根据权利要求1所述的利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统，其特征在于，换热器（1）的循环水出口与冷凝器（2）的循环水入口的连接管路上设置有循环水泵（3）。

3.根据权利要求1所述的利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统，其特征在于，冷凝器（2）的给水入口连接汽轮机（4）的给水出口。

4.根据权利要求1所述的利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统，其特征在于，冷凝器（2）的冷凝水出口连接锅炉（5）的给水入口。

5.根据权利要求4所述的利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统，其特征在于，冷凝器（2）的冷凝水出口与锅炉（5）的给水入口的连接管路上设置有给水泵（6）。

6.根据权利要求4所述的利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统，其特征在于，锅炉（5）的给水出口连接汽轮机（4）的给水入口。

7.利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

液化天然气通过换热器（1）的冷源入口流入换热器（1）中，液化天然气在换热器（1）中气化释放冷能，气化后的天然气通过换热器（1）的冷源出口排出；

冷能与换热器（1）中的循环水进行换热，对循环水进行降温，降温后的循环水送入冷凝器（2）中对给水进行换热冷凝，换热后的循环水通过冷凝器（2）的循环水出口送入换热器（1）中。

8.根据权利要求7所述的利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统的工作方法，其特征在于，降温后的循环水通过循环水泵（3）加压后，送入冷凝器（2）中对给水进行换热降温。

9.根据权利要求7所述的利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统的工作方法，其特征在于，汽轮机（4）排出给水到冷凝器（2）中，降温后的循环水送入冷凝器（2）中对给水进行换热冷凝，形成冷凝水送入锅炉（5）中。

10.根据权利要求9所述的利用LNG冷凝朗肯循环排汽的发电系统的工作方法，其特征在于，冷凝器（2）的冷凝水通过给水泵（6）升压后送入锅炉（5）中。