[发明专利]一种LNG冷能CO2

权利要求书

1.一种LNG冷能CO₂工质循环发电系统，其特征在于，包括LNG储罐(1)、LNG气液管道(13)、LNG加热器(6)及冷能CO₂工质循环发电装置(11)，所述LNG储罐(1)的出口通过LNG气液管道(13)与LNG加热器(6)相连，所述LNG加热器(6)与加热热源相连，所述LNG加热器(6)的输出端连通于天然气的传送端，所述冷能CO₂工质循环发电装置(11)内设有冷凝器(2)及第一加热器(3)，所述LNG气液管道(13)与所述冷凝器(2)耦合实现CO₂工质的冷却收缩，所述第一加热器(3)与加热热源相连以实现CO₂工质的加热膨胀。

2.根据权利要求1所述的一种LNG冷能CO₂工质循环发电系统，其特征在于，所述LNG加热器(6)包括第二加热器(7)、第三加热器(8)。

3.根据权利要求1所述的一种LNG冷能CO₂工质循环发电系统，其特征在于，所述LNG冷能CO₂工质循环发电系统还设有膨胀机(9)、发电机(10)，第三加热器(8)与所述膨胀机(9)及第二加热器(7)依次串联设置，所述膨胀机(9)通过LNG冷能的膨胀做功以带动相连的发电机(10)发电。

4.根据权利要求1所述的一种LNG冷能CO₂工质循环发电系统，其特征在于，所述冷能CO₂工质循环发电装置(11)还包括工质泵(12)、涡轮机(4)、第一发电机(5)，所述冷凝器(2)、工质泵(12)、第一加热器(3)、涡轮机(4)依次相连用以形成CO₂工质的朗肯循环，所述涡轮机(4)通过工质CO₂的冲击以带动相连的第一发电机(5)发电。

5.根据权利要求1所述的一种LNG冷能CO₂工质循环发电系统，其特征在于，所述加热热源为室外空气、海水、河水、地下水、烟气余热、工业余热中的任意一种。

6.根据权利要求5所述的一种LNG冷能CO₂工质循环发电系统，其特征在于，所述烟气余热为煤粉锅炉排放烟气、燃气轮机或内燃机排放烟气、燃气轮机余热锅炉排放烟气的任意一种。

7.根据权利要求5所述的一种LNG冷能CO₂工质循环发电系统，其特征在于，所述工业余热为汽轮机排汽或抽汽、凝汽器循环水余热、内燃机缸套水余热、煤粉锅炉生产的蒸汽余热的任意一种。

8.根据权利要求4所述的一种LNG冷能CO₂工质循环发电系统，其特征在于，所述CO₂工质在第一加热器(3)内由液态转化为过热态，并进入所述涡轮机(4)内做功，做功后的CO₂工质在冷凝器(2)内与LNG冷能换热后转化为液态进行循环。

9.一种LNG冷能CO₂工质循环发电系统的发电方法，其特征在于，所述发电方法通过对CO₂工质的温度、压力的精确控制和能量平衡来实现，其中CO₂的温度、压力控制包括：

S1、根据LNG进入冷凝器(2)内的温度T_LNG，设置冷凝器(2)内的绝对压力P_CO2，确保CO₂工质经冷凝器(2)换热后转变为液态，而不会变为固态干冰；

S2、冷凝器出口的液态CO₂经过工质泵(12)进行升压至超临界压力7.390Mpa以上；

S3、液态CO₂进入第一加热器(3)吸热升温，温度升至超临界温度31.06℃以上，以超临界过热状态进入涡轮机(4)膨胀做功发电。

10.根据权利要求9所述的一种LNG冷能CO₂工质循环发电系统的发电方法，其特征在于，所述的发电方法相关计算式包括：

1)冷能利用及损失能量平衡式：

Q_总＝Q_LNG潜热+Q_气升温＝F_LNG*q_LNG潜热+F_LNG*(T_供-T₁)*C_p气＝Q_Rankine+Q_Heater，

Q_Rankine＝F_LNG*(T₃-T₂)*C_pLNG

Q_Heater＝Q₁+Q₂+…+Q_n

其中：Q_总为可利用冷能的总能量，kJ/h；Q_LNG潜热为LNG潜在可用冷能量，kJ/h；Q_气升温为LNG气化升温的能量，kJ/h；F_LNG为LNG流量kg/h；q_LNG潜热为LNG的气化潜热kJ/kg；C_p气单位为天然气的比热容kJ/kg℃；T_供为对外供天然气的温度，℃；T₁为LNG气化后的温度，℃；T₃为LNG流出冷凝器的温度，℃，T₂为LNG进入冷凝器(2)的温度，℃；Q_Rankine为CO₂工质朗肯循环冷能利用总量，kJ/h；Q_Heater为LNG加热器(6)吸收热量，kJ/h；Q₁为第1加热热源提供的热量，kJ/h；Q₂为第2加热热源提供的热量，kJ/h；Q_n为第n加热热源提供的热量，kJ/h；C_pLNG单位为液态LNG的比热容kJ/kg℃；

2)CO₂工质在第一加热器(3)内的吸热量：

Q_吸热＝F_空气*(T_进-T_出)*C_p空气＝F_海水*(T_进-T_出)*C_p海水

＝F_烟气*(T_进-T_出)*C_p烟气＝F_循环水*(T_进-T_出)*C_p循环水

Q_吸热为CO₂工质在第一加热器(3)内的吸热量，kJ/h，F_空气、F_海水、F_烟气、F_循环水分别为空气、海水、烟气、循环水在第一加热器(3)内的循环流量，kg/h；C_p空气、C_p海水、C_p烟气、C_p循环水分别为空气、海水、烟气、循环水的比热容，kJ/kg℃；T_进为第一加热器(3)中加热热源的进口温度，℃；T_出为第一加热器(3)中加热热源的出口温度，℃；

3)CO₂工质朗肯循环发电量：

P_Rankine＝F_CO2*Q_吸热*η_R*η_e

＝F_CO2*Q_吸热*(1-T_4’/T_5’)*η_e

式中，P_Rankine为CO₂工质朗肯循环发电量，kw；F_CO2为CO₂工质循环流量，kg/h；η_R为CO₂工质朗肯循环热效率，η_e为发电机效率，Q_吸热为CO₂工质在第一加热器(3)内的吸热量，kJ/h，T_5’为平均吸热温度，℃，T_4’为平均放热温度，℃，T_5’由CO₂工质在第一加热器(3)内的吸热量Q_吸热决定，T_4’由朗肯循环冷能利用总量Q_Rankine决定。