以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统
技术领域
1.本实用新型涉及lng冷能利用技术领域，特别是涉及一种以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统。
背景技术：
2.lng是由天然气经过脱酸、脱水处理，通过低温工艺冷冻液化而成的低温(-162℃)液体混合物。储存在储罐内的lng要经过气化才能供给下游燃气用户使用。生产1吨lng需要消耗的电能约850kwh，气化1吨lng会释放830兆至860兆焦耳的冷能。理论上，1吨lng气化可利用的冷量为230kwh。通常情况下，lng在气化过程中并没有回收冷能而是被直接被废弃了，那样不仅造成大量能源的浪费，还会造成周边环境的污染。
3.lng冷能利用方式有多种，包括冷能空分、冷能发电、冷能制干冰等。在冷能发电方面，国内外lng接收站采用的lng冷能发电模式为基于中间介质气化器(ifv气化器)的冷能发电循环，该发电循环通常选择丙烷作为中间介质(冷媒)。整个冷能发电工艺流程为，中间介质气态丙烷吸收lng冷能后，由气态变为液态，再通过丙烷泵进行加压形成高压的丙烷液体，经海水加热被液态丙烷为气态丙烷，带压的气态丙烷通过涡轮发动机膨胀做功而驱动发电机，从而实现lng冷能的发电。这种lng冷能发电模式要借助ifv气化器，此外基于ifv气化器的lng冷能发电量不能与接收站lng气化规模波动有效匹配，造成lng冷能的大量浪费，从而影响到lng冷能发电项目的经济性。
技术实现要素：
4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够解决lng冷量波动问题、提高冷能利用效率、减少环境污染的以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统。
5.本实用新型一种以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统，包括lng冷能蓄冷子系统和lng发电子系统，lng冷能蓄冷子系统和lng发电子系统通过二氧化碳蓄冷储液罐进行连接，
6.lng冷能蓄冷子系统包括二氧化碳冷凝器和二氧化碳蓄冷储液罐，二氧化碳冷凝器中的lng进口与lng气源连接，二氧化碳冷凝器中的lng出口与第一气化器的进口相连，二氧化碳冷凝器中的气态二氧化碳进口与二氧化碳蓄冷储液罐的气态二氧化碳出口相连，二氧化碳冷凝器中的液态二氧化碳出口与二氧化碳蓄冷储液罐的液态二氧化碳进口相连，第一气化器连接有水循环通道；
7.lng冷能发电子系统也包括所述二氧化碳蓄冷储液罐，二氧化碳蓄冷储液罐的液态二氧化碳出口连接第二气化器的液态二氧化碳进口，第二气化器的液态二氧化碳出口连接第三气化器的液态二氧化碳进口，第二气化器的气态二氧化碳出口连接二氧化碳蓄冷储液罐的气态二氧化碳进口，第三气化器连接有换热通道，第三气化器的气态二氧化碳出口连接涡轮发动机的进口，涡轮发动机的出口连接第二气化器的气态二氧化碳进口，涡轮发动机与发电机相连。
8.本实用新型以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统，其中所述水循环通道内的循环水为海水，第一气化器为开架式海水气化器。
9.本实用新型以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统，其中所述二氧化碳冷凝器中的lng进口与高压泵的出口相连，高压泵的进口连接lng储罐。
10.本实用新型以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统，其中所述二氧化碳蓄冷储液罐的液态二氧化碳出口连接循环泵的进口，循环泵的出口连接第二气化器的液态二氧化碳进口。
11.本实用新型以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统，其中所述第三气化器包括废热进口和废热出口，废热进口和废热出口之间为换热通道。
12.本实用新型以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统，其中所述换热通道内的废热为生产废气、生活废水或工业废水中的一种。
13.本实用新型以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统与现有技术不同之处在于，本实用新型以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统将二氧化碳作为冷媒实现了二氧化碳的回收利用，采用二氧化碳蓄冷储液罐解决了储罐lng气化量随下游用气波动而造成lng冷量波动的问题，能够有效利用接收站lng的冷能，还能提高lng冷能项目的冷能回收效率，提高冷能项目的经济效率，减少lng冷能直接排放的环境污染问题，可以有效解决现有技术中lng接收站中存在的lng冷能回收率不高的问题。
14.下面结合附图对本实用新型的以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统作进一步说明。
附图说明
15.图1为本实用新型以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统的结构示意图；
16.图中标记示意为：1-lng储罐；2-高压泵；3-第一气化器；4-发电机；5-涡轮发动机；6-第三气化器；7-第二气化器；8-循环泵；9-二氧化碳蓄冷储液罐；10-二氧化碳冷凝器。
具体实施方式
17.以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
18.实施例1
19.如图1所示，本实用新型以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统包括lng冷能蓄冷子系统和发电子系统。lng冷能蓄冷子系统和发电子系统通过二氧化碳蓄冷储液罐9进行连接。
20.lng冷能蓄冷子系统包括二氧化碳冷凝器10和二氧化碳蓄冷储液罐9。二氧化碳冷凝器10包括两个进口和两个出口，分别为lng进口和气态二氧化碳进口，lng出口和液态二氧化碳出口。二氧化碳冷凝器10中的lng进口与高压泵2的出口相连，高压泵2的进口连接lng储罐1；lng出口与第一气化器3的进口相连；气态二氧化碳进口与二氧化碳蓄冷储液罐9的气态二氧化碳出口相连；液态二氧化碳出口与二氧化碳蓄冷储液罐9的液态二氧化碳进口相连。第一气化器3另外连接有水循环通道。本实施例中的循环水为海水，第一气化器3为开架式海水气化器(orv)。
21.从lng储罐1出来的液化天然气经高压泵2加压到一定压力(4.0mpa或10.0mpa)后，
进入二氧化碳冷凝器10；在二氧化碳冷凝器10中，lng与二氧化碳进行热量交换，二氧化碳吸收低温lng释放的冷能由气态变为液态，低温lng吸收气态二氧化碳的热量后温度得到升高；从二氧化碳冷凝器10中出来的lng进入第一气化器3，与进入第一气化器3的海水进行热量交换后，lng被气化为天然气，并达到进入天然气管道输往下游燃气用户所要求的温度；带有一定压力的气态二氧化碳从二氧化碳蓄冷储液罐9中的气态二氧化碳出口流出，进入二氧化碳冷凝器10，在二氧化碳冷凝器10中与低温lng进行热量交换后，由气态二氧化碳成液态二氧化碳，被储存在二氧化碳蓄冷储液罐9中。
22.lng冷能发电子系统包括二氧化碳蓄冷储液罐9。二氧化碳蓄冷储液罐9还包括气态二氧化碳进口和液态二氧化碳出口。二氧化碳蓄冷储液罐9的液态二氧化碳出口连接循环泵8的进口，循环泵8的出口连接第二气化器7的液态二氧化碳进口。第二气化器7有两个通道，两个通道中的介质分别为温度不同二氧化碳。具体来说，第二气化器7包括液态二氧化碳进口、液态二氧化碳出口、气态二氧化碳进口和气态二氧化碳出口。第二气化器7的液态二氧化碳出口连接第三气化器6的液态二氧化碳进口。第二气化器7的气态二氧化碳出口连接二氧化碳蓄冷储液罐9的气态二氧化碳进口。第三气化器6有两个通道，一个通道为换热通道，通道中的介质为废热，废热可以是生产废气也可以是生活废水或工业废水，另一个通道中的介质为二氧化碳。具体来说，第三气化器6包括废热进口、废热出口、液态二氧化碳进口和气态二氧化碳出口。第三气化器6的气态二氧化碳出口连接发电设备的进口，本实施例中发电设备包括涡轮发动机5和发电机4。第三气化器6的气态二氧化碳出口连接涡轮发动机5的进口，涡轮发动机5的出口连接第二气化器7的气态二氧化碳进口。涡轮发动机5与发电机4相连，带动发电机4发电。
23.二氧化碳蓄冷储液罐9中的液态二氧化碳被循环泵8吸出并加压到较高压力后，进入第二气化器7，在第二气化器7中与涡轮发动机5流出的带有一定温度和压力的气态二氧化碳进行热量交换，从循环泵8加压后的液态二氧化碳吸热后温度得到升高；从第二气化器7出来的加压后的液态二氧化碳进入第三气化器6中，在第三气化器6中吸收废热的热量后，形成较高压力和温度的气态二氧化碳，进入涡轮发动机5膨胀做功带动发电机4进行发电，从涡轮发动机5排出的气态二氧化碳仍具有一定的压力和温度；从涡轮发动机5流出的带有一定温度和压力的气态二氧化碳进入第二气化器7，在第二气化器7中与循环泵8排出的液态二氧化碳进行热量交换，温度得到降低的气态二氧化碳进入二氧化碳蓄冷储液罐9中。
24.实施例2
25.本实用新型以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合方法，采用实施例1中的以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统，包括以下步骤：
26.从lng储罐1出来的液化天然气经高压泵2加压到一定压力(4.0mpa或10.0mpa)后，进入二氧化碳冷凝器10；在二氧化碳冷凝器10中，lng与二氧化碳进行热量交换，二氧化碳吸收低温lng释放的冷能由气态变为液态，低温lng吸收气态二氧化碳的热量后温度得到升高；从二氧化碳冷凝器10中出来的lng进入第一气化器3，第一气化器3可以是接收站已建的开架式海水气化器(orv)，进入第一气化器3的lng与进入第一气化器3的海水进行热量交换后，lng被气化为天然气，并达到进入天然气管道输往下游燃气用户所要求的温度。
27.其中，方法还包括：带有一定压力的气态二氧化碳从二氧化碳蓄冷储液罐9中的气态二氧化碳流出，进入二氧化碳冷凝器10，在二氧化碳冷凝器10中与低温lng进行热量交换
后，由气态二氧化碳成液态二氧化碳，被储存在二氧化碳蓄冷储液罐9中。
28.其中，方法还包括：二氧化碳蓄冷储液罐9中的液态二氧化碳被循环泵8吸出并加压到较高压力后，进入第二气化器7，在第二气化器7中与涡轮发动机5流出的带有一定温度和压力的气态二氧化碳进行热量交换，从循环泵8加压后的液态二氧化碳吸热后温度得到升高；从第二气化器7出来的加压后的液态二氧化碳进入第三气化器6中，在第三气化器6中吸收废热的热量后，形成较高压力和温度的气态二氧化碳，进入涡轮发动机5膨胀做功带动发电机4进行发电，从涡轮发动机5排出的气态二氧化碳仍具有一定的压力和温度；从涡轮发动机5流出的带有一定温度和压力的气态二氧化碳进入第二气化器7，在第二气化器7中与循环泵8排出的液态二氧化碳进行热量交换，温度得到降低的气态二氧化碳进入二氧化碳蓄冷储液罐9中。
29.由此可见，通过本实用新型提供的以二氧化碳为冷媒的lng冷能蓄冷发电耦合系统将二氧化碳作为冷媒实现了二氧化碳的回收利用，采用二氧化碳蓄冷储液罐解决了储罐lng气化量随下游用气波动而造成lng冷量波动的问题，因此，本实施例能有效利用接收站lng的冷能，还能提高lng冷能项目的冷能回收效率，提高冷能项目的经济效率，减少lng冷能直接排放的环境污染问题。可以有效解决现有技术中lng接收站中存在的lng冷能回收率不高的问题。
30.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。