[发明专利]一种提高液化天然气冷能发电效率的集成优化方法

说明书

技术领域

本发明属于液化天然气(LNG)冷能发电领域，特别涉及一种提高液化 天然气(LNG)冷能发电效率的集成方法。

背景技术

天然气是实现中国能源供应优质化、多元化的重要能源资源。根据国家 的能源战略规划，2010年前将在长三角、环渤海地区、泛珠三角地区建设 10个左右的LNG接收站，来提高我国能源消费结构中天然气的比例。为了 便于大量储存和远洋输送，天然气开采出来后通常要去除杂质，在低温下 液化，变成液态天然气，以提高运输和储存的效率。常压下LNG是一种温 度低至-162.0℃的液体，由于天然气供气压力要求较高，在供应给下游用户 利用之前，必须在接收站将其在液态状态时利用泵将LNG加压到管网输送 压力，一般在70～90kg/cm²(表压，下文出现的压力均为表压)，然后加 热汽化至0.0℃以上进入管网供给下游用户使用。

LNG在高压下汽化过程中放出大量的冷能，其值约为830～860kJ/kg。 同时下游用户使用天然气时需调压至所需压力，如供给燃气电厂发电时，管 网压力需要调压到15～20kg/cm²进燃气轮机，下游用户在降压过程中会释 放大量的压力能，当80kg/cm²的高压天然气调压至20kg/cm²作为天然气发 电利用时，高压管网可回收的压力能达200kJ/kg。

LNG接收站每年进口数百万吨的液化天然气，其携带的冷量非常巨大， 但在接收站部分冷能通常在天然气汽化器中随海水或空气被舍弃了，同时高 压天然气在输送至接收站电厂等下游用户使用前，那部分宝贵的压力能在调 压过程中也白白浪费掉了，导致LNG冷能的利用效率大大降低。

LNG冷能发电是LNG冷能利用中较成熟的工艺，利用LNG汽化为气体 状态过程中释放的冷能及管网下游用户调压过程中释放的压力能进行发电， 不仅可以缓解沿海地区存在的电力供应紧张的状况，还可以提高冷量利用 率，降低LNG汽化成本和汽化过程中对环境造成的污染。

目前，关于利用LNG冷能发电的技术主要有利用LNG低温冷量的冷媒 循环的朗肯发电、利用LNG压力能的直接膨胀发电以及综合这两种技术的 联合法发电。

1、直接膨胀法。

直接膨胀法是利用LNG的压力能发电的一种方式。如图1所示储罐中 常压的LNG经泵加压至管网输送压力，在蒸发器加热汽化后利用高压天然 气直接驱动透平膨胀机，带动发电机发电。蒸发器热源可采用海水，也可使 用其它热源。

例如日本东京电力公司的利用LNG压差发电站，即直接膨胀法发电。 LNG首先经泵加压提高压力，然后通过蒸发器加热汽化，接着进入透平机 膨胀做功。直接膨胀法发电方式系统简单、投资低，但是效率不高，发电功 率较小，每吨LNG的发电量在25.0～30.0kWh左右，有效能利用率约为 26～31％。

2、中间热载体的朗肯循环法。

中间热载体的朗肯循环法是利用LNG低温冷量发电的方式，其过程是 将LNG通过冷凝器把冷量转化到某一冷媒上，利用LNG与环境之间的温差， 推动冷媒进行蒸汽动力循环，从而对外做功发电，如图2所示。其中朗肯循 环法发电存在单工质朗肯循环系统、混合工质的朗肯循环系统，通常以低沸 点的R12、R13、R22或乙烷、丙烷或者多组分烃类的混合物为冷媒，以海 水为热源，以LNG为冷源，进行有机工质朗肯循环发电。

美国专利US006089028A中是以50％-50％甲烷-乙烷为工质进行朗肯循 环发电。LNG通过冷凝50％-50％甲烷-乙烷气体，将冷量传递给50％-50％甲 烷-乙烷，被冷凝的50％-50％甲烷-乙烷液体混合工质经泵加压，然后通过海 水加热后汽化，汽化的工质再驱动蒸汽机发电。用LNG冷凝从蒸汽机排出 的汽化介质，使LNG部分气化而工质液化，升温的LNG进一步用海水加热 后送到分配系统。朗肯循环发电的效率也较低，每吨LNG的发电量在20.0～ 24.0kWh左右，有效能利用率21～25％。

3、联合法。

联合法综合了直接膨胀法与朗肯循环法，其流程如图3所示。LNG首 先被提高压力，然后通过冷凝器将冷量释放给冷媒，推动冷媒进行朗肯循环 对外做功，而气化的天然气再通过透平膨胀做功，每吨LNG发电量在 40.0～45.0kw左右，有效能利用率为41.8～47.0％。