1.一种FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统,其特征在于:包括发电系统、海水淡化系统以及一个BOG气体处理系统
所述发电系统包括一LNG增压泵、一海水泵,还包括横向并列分布的
一级发电单元,所述一级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的一级工质蒸发器、一级透平膨胀机、一级分流器、一级LNG蒸发器、一级混合器和一级工质泵,其中,一级工质蒸发器两端均具有一个一级热源输入端和一个一级热源输出端,其一端的其中一个一级热源输入端与一级工质泵相连,另一端对应的一级热源输出端与一级透平膨胀机相连,所述一级分流器具有三个热源输出端与一个热源输入端,其热源输入端与一级透平膨胀机相连,所述一级LNG蒸发器的两端分别具有两个一级热源输入端和两个一级热源输出端,其一端的一个一级热源输入端与一级分流器其中一个输出端相连,另一个一级热源输入端与LNG增压泵相连,所述一级混合器具有三个热源输入端,一个热源输出端,其中的一个热源输入端与一级LNG蒸发器其中的一个热源输出端相连,其输出端与一级工质泵相连;
二级发电单元,所述二级发电单元包括依次通过管道连接形成闭环回路的二级工质蒸发器二级透平膨胀机、二级分流器、二级LNG蒸发器、二级混合器和二级工质泵,其中,二级工质蒸发器两端均具有一个热源输入端和一个热源输出端,其一端的其中一个二级热源输入端与二级工质泵相连,另一端对应的二级热源输出端与二级透平膨胀机相连,所述二级分流器具有两个热源输出端与一个热源输入端,其热源输入端与二级透平膨胀机相连,所述二级LNG蒸发器的两端分别具有三个二级热源输入端和三个二级热源输出端,其一端的一个二级热源输入端与二级分流器其中一个输出端相连,另一个二级热源输入端与一级分流器的其中一个热源输出端相连,另一端对应的二级热源输出端与一级混合器其中一个热源输入端相连,二级LNG蒸发器剩下的一个二级热源输入端与一级LNG蒸发器中与一级混合器相连一端的一级热源输出端相连,所述二级混合器具有两个热源输入端,一个热源输出端,其中的一个热源输入端与二级LNG蒸发器中与二级分流器相连一端所对应的二级热源输出相连,其输出端与二级工质泵相连一纵向分布在一级发电单元及二级发电单元下方的三级发电单元,所述三级发电单元包括三级工质蒸发器、三级透平膨胀机、三级分流器、三级混合器、三级工质泵、三级LNG蒸发器、海水淡化换热器及三级发电工质,所述三级工质蒸发器两端均具有一个三级热源输出端与一个三级热源输入端,其中的一个三级热源输出端与三级透平膨胀机相连,同侧的三级热源输入端与海水泵相连,所述三级分流器具有一个输入端和三个输出端,其输入端与三级透平膨胀机相连,其中一个热源输出端与一级工质蒸发器剩下的一个热源输入端相连,另一个输出端与二级工质蒸发器剩下的一个热源输入端相连,所述三级LNG蒸发器的一端具有两个三级热源输入端和一个三级热源输出端,其三级热源输出端与二级发电单元中的二级混合器剩下的一个热源输入端相连,其中一个输入端与三级分流器中剩下的一个热源输出端相连,所述三级LNG蒸发器的另一端具有两个三级热源输出端和一个三级热源输入端,其三级热源输入端与二级发电单元中的二级分流器剩下的一个热源输出端相连,所述的三级混合器具有三个热源输入端与一个热源输出端,其中的一个输入端与一级发电单元中的一级工质蒸发器剩下的一个一级热源输出端相连,另一个输入端与二级发电单元中二级工质蒸发器剩下的一个二级热源输出端相连,三级混合器剩下的一个输入端与三级LNG蒸发器中的一个三级热源输出端相连,三级混合器的输出端与三级工质泵相连,所述海水淡化换热器的一端具有两个三级热源输入端,其中的一个三级热源输入端与三级工质泵相连,另一端具有两个三级热源输出端,其中的一个三级热源输出端与三级工质蒸发器剩下的一个热源输入端相连;
所述海水淡化系统包括海水淡化热换器、海水淡化工质泵,海水泵,四级LNG蒸发器、结晶器、洗涤器、融化器、抽盐水泵、海水淡化工质分流器和海水淡化工质混合器;所述海水淡化热换器串联设置在三级工质泵和三级工质蒸发器之间,海水淡化换热器还具有一个输入端和输出端,所述结晶器一侧壁和底部中心分别具有输入端,结晶器上端中心与另一侧壁上具有输出端,四级LNG蒸发器的输出端与结晶器侧壁的输入端相连,且该相连的管道上还串联设置有海水淡化工质混合器和海水淡化工质泵;结晶器顶部的输出端与四级LNG蒸发器的输入端相连,且该相连的管道上串联设置有海水淡化工质分流器;结晶器侧壁的输出端与洗涤器底部相连,所述四级LNG蒸发器具有输入端和输出端,所述海水淡化工质分流器的输出端与四级LNG蒸发器的输入端相连,四级LNG蒸发器对应的输出端与海水淡化工质混合器的输入端相连;
在结晶器与洗涤器之间还串联设置有抽盐水泵,融化器与洗涤器之间串联设置有抽水泵,洗涤器还具有一冰晶输出端和浓盐水输出端,所述冰晶输出端与融化器相连设置,融化器底部还具有两输出端,一输出端与结晶器底部中心的输入端相连,另一输出端与抽海水泵相连;
所述BOG处理系统包括过热器、压气机、预冷器、深冷器、调节阀、分离器、增压泵,所述过热器的一端具有两个热源输入端,另一端具有两个热源输出端,其中的一个热源输出端与一级发电单元中一级混合器剩下的一个热源输入端相连,另一个热源输出端与压气机相连,所述预冷器两端分别具有两个热源输入端和两个热源输出端,其中一个热源输入端与压气机相连,所述深冷器的两端均具有一个热源入端和一个热源输出端,其中一个热源输入端与预冷器其中一个热源输出端相连,另一端对应的热源输出端与调节阀相连,所述分离器侧壁上有一个输入端,顶端与底端均有一个输出端,其侧壁上的输入端与调节阀相连,底端的输出端与增压泵相连;
发电系统与BOG处理系统的连接:发电系统与BOG处理系统的连接包括,第一控制阀,第二控制阀,第三控制阀,LNG第一分流器,LNG第一混合器,LNG第二分流器,LNG第二混合器,所述LNG第一分流器有一个输入端和两个输出端,其中一个输出端与第一控制阀相连,第一控制阀同时与深冷器剩下的一个热源输入端相连;所述LNG第一混合器具有两个输入端与一个输出端,其中一个输入端与深冷器中与预冷器相连一端的热源输出端相连,另一个输入端与LNG第一分流器中剩下的一个输出端相连,一级发电单元中,一级分流器剩下的一个输出端与所述第二控制阀相连,此第二控制阀同时与过热器其中一端的热源输入端相连,另一端对应的热源输出端与一级混合器剩下的一个输入端相连;二级发电单元中的二级LNG蒸发器剩下的一个热源输出端与所述LNG第二分流器的输入端相连,所述LNG第二分流器还具有两个输出端,其中一个输出端与第三控制阀相连,第三控制阀同时与BOG处理系统的预冷器中剩下的一个热源输入端相连,所述LNG第二混合器具有一个输出端与两个输入端,其中一个输入端与预冷器中与深冷器相连一端的的热源输出端相连,另一个输入端与LNG第二分流器的剩下的一个输出端相连,LNG第二混合器的输出端与三级发电单元中的三级LNG蒸发器剩下的一个热源输入端相连。
2.根据权利要求1所述的FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统,其特征在于:所述一级发电工质为R1150。
3.根据权利要求1所述的FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统,其特征在于:所述二级发电工质为R23。
4.根据权利要求1所述的FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统,其特征在于:所述三级发电工质为R290。
5.根据权利要求1所述的FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统,其特征在于:所述海水淡化工质为异丁烷。
6.一种实现权利要求1所述的FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统的综合利用方法,其特征在于:所述综合利用方法其有两种工作模式:
当开启BOG处理系统时:一部分从LNG液罐里流出的LNG进入超临界分流式混合三级发电单元发电系统将高品位LNG冷能转换为电能;在此过程中,从二级发电单元出口流出的LNG一部分进入直接进入三级发电单元,另一部分先进入BOG处理系统给BOG处理系统提供冷能,再进入三级发电单元;然后利用冷媒同时吸收发电工艺完成后LNG与第三级发电工质中的冷能,再将冷媒送入海水淡化系统的结晶器与海水直接换热,并完成海水淡化过程;于此同时将第一级发电循环工质,以及不同状态的原料LNG送入BOG液化系统,用于液化BOG气体;
当关闭BOG处理系统时:从LNG液罐里流出的LNG全部进入超临界分流式混合三级发电单元发电系统将高品位LNG冷能转换为电能,然后利用冷媒同时吸收发电工艺完成后LNG与第三级发电工质中的冷能,再将冷媒送入海水淡化系统的结晶器与海水直接换热,并完成海水淡化过程。
7.根据权利要求6所述的FSRU上LNG冷能发电与海水淡化系统的综合利用方法,其特征在于:所述综合利用方法具体包括如下步骤:
当开启BOG处理系统时:
a)LNG流动过程:LNG从储罐流出后被分流器分成两股,一股带有大量高品位冷能,经过控制阀后直接进入BOG处理系统提供部分高品位冷能,完成这一过程后,与没有进入BOG处理系统的另一股LNG混合,一起进入发电系统中的第一二级分流式发电单元中,此时LNG被加压至8MPa,经过第一,二级分流式发电单元发电后的LNG又被分为两股,
其中一股经过控制阀进入BOG处理系统给此系统提供预冷器所需的冷能,完成这一过程后,与另一股没有给预冷器提供冷能的LNG直接混合,依次进入发电系统的第三级发电单元系统与海水淡化系统;
b)发电单元发电:在一级发电单元中,液化后的发电工质R1150经过工质泵增压至
1.2MPa,进入一级工质蒸发器中与三级发电工质R290换热,升温,然后进入一级透平膨胀机中膨胀做功,并带动发电机组发电;膨胀后的发电工质蒸汽被分为三股,其中一股进入一级LNG蒸发器中与LNG换热,另一股进入二级LNG蒸发器中与LNG和二级发电工质R23同时换热,最后一股进入BOG处理系统中的过热器与BOG换热,最后将这三股工质混合,送入工质泵中增压,完成一个循环;
在二级发电单元中,液化后的发电工质R23经过工质泵增压至0.57MPa,进入二级工质蒸发器中与三级发电工质R290换热,升温,然后进入二级透平膨胀机中膨胀做功,并带动发电机组发电;膨胀后的发电工质蒸汽被分为两股,其中一股进入二级LNG蒸发器中与LNG,一级发电工质R1150同时换热,另一股进入三级LNG蒸发器中与LNG,三级发电工质R290同时换热,当这两股工质达到相同的温度压力时(-82.53℃,0.11MPa),将这两股工质混合,送入工质泵中增压,完成一个循环;
在第三级发电单元中,液化后的发电工质R290经过工质泵增压至0.73MPa,进入换热器与海水淡化工质换热,发电工质释放出冷能后,再利用热源海水在三级工质蒸发器中升温,然后进入透平膨胀机中膨胀做功,并带动发电机组发电;膨胀后的气态发电工质分成三股,分别进入两个工质蒸发器与一个LNG蒸发器中吸收第一,二工质与LNG的冷能,变为液态后经过混合器重新混合成一股物流,重新进入工质泵增压完成一个循环;
c)第三级发电工质与完成发电工艺后的LNG同时供冷海水淡化系统:在海水淡化换热器中吸收了第三级发电工质冷能的海水淡化工质与在四级LNG蒸发器中吸收了发电工艺后LNG冷能的海水淡化工质混合形成一股物流,在工质泵增压后进入结晶器,工质将冷能传递给海水后,从结晶器流出,被分成两股物流,一股进入换热器吸收第三级发电工质冷能,另一股进入四级LNG蒸发器中吸收发电工艺后LNG冷能,完成一个循环;
d)海水淡化过程:海水淡化工质吸收了LNG与第三级发电工质中的冷能后,使自身温度降低,随后在结晶器中与预冷过的海水混合,此时海水放热结冰,变成冰盐水,海水淡化工质吸热气化变为蒸汽,完成这一过程后,海水与海水淡化工质自动分离,气化后的海水淡化工质被分成两股,分别进入四级LNG蒸发器与换热器中吸收LNG冷能完成一个循环;冰盐水则经过泵送入洗涤塔分离成冰晶和浓盐水,冰晶最后再进入融化器吸热融合,最终变成淡水;
e)BOG气体处理过程:BOG气体先进入过热器与一级发电系统中的第一级发电工质换热升温,然后进入压气机,压力升高到0.6MPa,再进入预冷器,与完成二级发电系统后流出的部分LNG换热温度降低,然后进入深冷器,吸收直接从LNG储罐里流出的部分LNG的高品位冷能,此时温度降至-140℃,再进入节流阀,节流降温形成气液共存的LNG,最终进入分离器将液态LNG与气态LNG分离。