本發明屬于低溫熱能回收利用領域，涉及一種基于液化天然氣冷能利用的發電和制冰系統及基于該系統的發電、制冰方法，尤其涉及一種液化天然氣冷能綜合利用系統及方法。
背景技術：
液化天然氣（LNG）是在低溫下以液態形式存在的天然氣（NG），其儲存溫度約在-160℃，較NG更加方便儲存與運輸，然而LNG通常需要重新汽化為NG才能獲得廣泛應用，LNG汽化時釋放的冷能大約為840kJ/kg，因此LNG蘊藏的冷能十分巨大，回收這部分冷能具有可觀的經濟和社會效益，反之，如果不回收利用，這部分冷能通常在LNG汽化器中被海水或空氣帶走，無形中造成了巨大的浪費，有鑒于此，國家發展與改革委員會早在2005年就提出了要研究LNG接收站的冷能綜合利用問題。
我國的煤炭資源分布躲在西北、山西和內蒙古等邊遠省份，不僅加劇了運輸壓力，也增加了能源消耗和環境污染物排放總量，因此，LNG發電可以起到改變電能格局、減少環境污染、緩解電力峰谷差矛盾的作用，而在國外LNG發電的成功案例已有很多，作為LNG最大的進口國，日本早在1970年就在南橫濱電廠的1、2號350MW機組實現LNG發電，截止到1996年日本已經運行的LNG電廠共23座，燃用LNG的機組107臺，LNG已成為該國替代石油的最主要能源。LNG發電根據原理不同主要分為直接膨脹法、朗肯循環法、氣體動力循環法、燃氣-蒸汽聯合循環法等。
朗肯循環法中要有效利用LNG的冷量，朗肯循環工質的選擇十分重要，朗肯循環工質通常為甲烷、乙烷、單工質等單組份，或者采用有機混合工質，由于LNG是多組分的混合物，其沸點范圍廣，采用合理的混合工質組分可以使LNG的汽化曲線與工作媒體的冷凝曲線盡可能保持一致，從而提高LNG汽化器的熱效率。
LNG冷能除了可用于發電，還可用于空氣分離、輕烴回收、低溫粉碎、海水淡化、冷凍、干冰制造等領域。隨著冷能利用技術的不斷成熟，各種各樣的冷能利用方案已經被提出并實施，例如直接膨脹法發電、低溫朗肯循環法、直接膨脹法＋空分、梯級朗肯法、朗肯循環＋直接膨脹法、復合朗肯循環法等，其中公開號為CN103968640A的中國專利公開了一種利用天然氣壓差發電冷能的空氣分離系統，該系統采用直接膨脹法＋空分，利用天然氣的壓力火用使膨脹機發電，并將出膨脹機后的冷能用于空分；公開號為CN103075250A的中國專利公開了一種梯級利用液化天然氣冷能發電的方法，利用液化天然氣的低溫火用使朗肯循環中的膨脹機發電，并且NG段部分冷能提供給煙氣，使煙氣降溫后，進入膨脹機發電，降溫、降壓后繼續吸收LNG冷量實現朗肯循環，該方法采用兩個單獨的朗肯循環，至少需要兩臺加熱器和兩臺冷卻器；公開號為104373165A的中國專利公開了一種利用液化天然氣冷能發電的系統，該系統以天然氣、冷媒作工質設計了兩種介質的朗肯循環，逐級利用LNG冷能；公開號為103953405A的中國專利申請公開了一種利用有機朗肯循環的余熱發電系統，該系統利用溫度低于200℃的余熱進行發電；公開號為104018901A的中國專利公開了一種天然氣壓能冷能聯合發電系統，該系統采用直接膨脹法＋空氣或海水為熱源的朗肯循環進行聯合發電。
由上可知，雖然液化天然氣的冷能利用方案很多，但是現有的方案一般會存在利用效率不高等問題，使得冷能不能得到充分有效的利用，仍然有不少冷能被白白浪費掉。
經檢索發現，公開號為CN101806293A的中國專利公開了一種提高液化天然氣冷能發電效率的集成優化方法，LNG從朗肯循環發電系統中進入直接膨脹發電系統，其溫度為-43℃，然后直接被海水加熱，冷量浪費。該方法還包括冰水系統：將降溫后的冰水回水由冰水槽經泵輸送至液化天然氣接收站區域的建筑內，與空調送風和壓縮機機間冷卻器做熱交換，換熱后冰水回水溫度升高，然后返回至冷媒/冰水換熱器中，與高壓冷媒工質進行換熱，降溫后的冰水回水再返回回水槽。這樣制冰所需的冷量完全由朗肯循環中的工質所提供，當制冰市場需求減小后制冰循環就會停止，導致朗肯循環也不能正常工作。朗肯循環為混合工質的單循環，較混合工質朗肯循環復合單工質朗肯循環的發電效率低10～20%。公開號為104989473A的中國專利提供了一種發電系統以及基于該系統的發電方法，該方法僅利用LNG-162～-51℃的冷能及可能存在的壓力能，-51℃以上的冷能由于海水溫度的限制無法利用被海水帶走，同時該方法中提到第9物流的壓力溫度都隨海水溫度的不同發生變化，然而現有的膨脹機對介質壓力有嚴格要求，壓力的不停大幅波動，（0.5～2MPa）無法使膨脹機長期穩定運行，因此該方法未考慮不同工況下膨脹機的承受能力；另外在說明書第0030-0032段提到“海水換熱器3出口的NG溫度為28℃（第三物流Ⅲ）（隨季節變化，海水溫度不同）、壓力為10MPa…經丙烷工質泵10增壓至1.0MPa（第十二物流Ⅻ），增壓泵耗功40.32kW，進入海水汽化器11換熱蒸發為28℃的蒸汽”，在說明書第0037-0039段提到“海水換熱器3出口的NG溫度為5℃（第三物流Ⅲ）（隨季節變化，海水溫度不同）、壓力為10MPa…經丙烷工質泵10增壓至0.49MPa（第十二物流Ⅻ），增壓泵耗功21.75kW，進入海水汽化器11換熱蒸發為5℃的蒸汽”由此可知，壓力差變化大，膨脹機不能實現做功。
技術實現要素：
為了克服現有現有技術存在的缺陷，本發明提出一種液化天然氣冷能綜合利用系統，同時給出了一種液化天然氣冷能綜合利用方法，該系統包括直接膨脹發電、制冰及復合朗肯發電3個子系統，在充分提高液化天然氣冷量利用率的同時，還能保證液化天然氣汽化功能的穩定運行，不受制冰、發電功能的干擾，同時通過調整朗肯循環中部分參數的設定以實現系統中壓力值不隨海水溫度的變化而變化，導致進入膨脹機的工質恒壓，進而保證膨脹機正常穩定工作。
本發明解決其技術問題的技術方案是：一種液化天然氣冷能綜合利用系統，包括復合朗肯循環發電子系統、制冰子系統和直接膨脹發電子系統，所述復合朗肯循環發電子系統包括液化天然氣蒸發器，混合工質增壓泵，換熱器，混合工質加熱器，混合工質蒸發器，混合工質膨脹機，單工質增壓泵，單工質蒸發器和單工質膨脹機；其中所述液化天然氣蒸發器包括第一殼體和布置在第一殼體內的第一換熱管，所述第一殼體具有LNG進口和第一NG出口，所述第一換熱管具有第一混合工質入口和第一混合工質出口，所述LNG進口與LNG儲罐連通，所述第一混合工質入口經管道與混合工質膨脹機連通，所述第一混合工質出口經管道與混合工質增壓泵連通；所述換熱器包括第二殼體和布置在第二殼體內的第二換熱管，所述第二殼體具有第二混合工質入口和第二混合工質出口，第二混合工質入口經管道與混合工質增壓泵連通，所述第二換熱管具有第一單工質入口和第一單工質出口，所述第一單工質入口經管道與單工質膨脹機連接，所述第一單工質出口經管道與單工質增壓泵連接，所述單工質增壓泵經單工質蒸發器與單工質膨脹機連接；所述混合工質加熱器包括第三殼體和布置在第三殼體內的第三換熱管，所述第三換熱管具有第一進口和第一出口，所述第三殼體具有第三混合工質入口和第三混合工質出口，所述第三混合工質入口經管道與換熱器的第二混合工質出口連通，所述第三混合工質出口經管道與混合工質蒸發器連通，所述混合工質蒸發器與混合工質膨脹機連接；
所述制冰子系統包括第一天然氣過熱器，制冰機組和天然氣加熱器，所述天然氣加熱器包括第四殼體和布置在第四殼體內的第四換熱管，所述第四殼體具有NG進口和第二NG出口，所述NG進口經管道與液化天然氣蒸發器的第一NG出口連通，所述第二NG出口經管道與第一天然氣過熱器連通，所述第四換熱管具有第二進口和第二出口；所述制冷機組具有第一、第二制冷劑入口和第一、第二制冷劑出口，所述第一制冷劑入口經管道與混合工質加熱器的第一出口相連通，所述第一制冷劑出口經管道與混合工質加熱器的第一進口相連通，所述第二制冷劑入口經管道與天然氣加熱器的第二出口相連通，所述第二制冷劑出口經管道與天然氣加熱器的第二進口相連通；
所述直接膨脹發電子系統包括天然氣膨脹機和第二天然氣過熱器，所述天然氣膨脹機的蒸汽進口與第一天然氣過熱器的高壓氣體出口相連通，所述天然氣膨脹機的乏汽出口與第二天然氣過熱器相連通。
本發明采用制冰機組輸出的溫度為-15℃的制冷劑吸收LNG冷能發電的部分冷量和NG過熱釋放的部分冷量，并將吸收的冷能用于制冰子系統，使得本發明的系統充分利用LNG氣化釋放的-162℃到-10℃的冷量，LNG氣化釋放的冷量只有極少部分被海水帶走，大部分被用于制冰、發電，實現了不增加工藝流程難度的情況下LNG冷量的最充分綜合利用，同時由于本發明的系統中保留了海水熱源，在制冷劑加熱的混合工質加熱器后設置海水加熱的混合工質蒸發器，并在制冷劑加熱的天然氣加熱器后設置海水加熱的第一天然氣過熱器，當不需要制冰功能時，可以通過增加進入混合工質蒸發器和第一天然氣過熱器的海水流量來保證該系統的發電和氣化功能不受影響。另外，本發明的制冰子系統較傳統的制冰工藝節省了制冷機組，大大降低了制冰成本。
優選地，所述混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器、第二天然氣過熱器均采用海水作為熱媒進行換熱，所述混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器、第二天然氣過熱器上設置海水流量控制閥，使得海水進入混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器、第二天然氣過熱器的流量根據實際需要可控。
進一步優選地，所述混合工質膨脹機、單工質膨脹機、天然氣膨脹機分別連接發電機。
本發明還提供了一種液化天然氣冷能綜合利用方法，該方法包括以下步驟：
⑴混合工質朗肯循環發電：將來自混合工質膨脹機的低壓混合工質與LNG在液化天然氣蒸發器中進行熱交換，熱交換后的低壓混合工質被冷凝成溫度為-140℃的液態低壓混合工質，液態低壓混合工質進入混合工質增壓泵，增壓至1.5±0.3Mpa后進入換熱器，在換熱器中與低壓單工質進行熱交換，熱交換后的混合工質升溫至-28℃，然后依次進入混合工質加熱器、混合工質蒸發器，實現氣化升溫，混合工質以5.5～28℃、1.5±0.3Mpa的高壓氣體狀態進入混合工質膨脹機，混合工質膨脹機驅動發電機做工發電，使得混合工質經降溫降壓后變為-50℃、0.13Mpa的低壓混合工質，低壓混合工質進入液化天然氣蒸發器繼續與LNG進行熱交換，并再次進入混合工質增壓泵提升循環壓力；
⑵單工質朗肯循環發電：低壓單工質在換熱器中被混合工質液化成溫度為-39℃的低壓液相單工質，低壓液相單工質進入單工質增壓泵，增壓至0.49±0.1Mpa后，進入單工質蒸發器與熱媒進行熱交換，實現完全氣化并升溫至5.5～28℃，升溫后的單工質進入單工質膨脹機，膨脹做功發電，使得單工質降壓降溫后變成溫度-23℃、0.13Mpa的低壓單工質，低壓單工質進入換熱器繼續與混合工質進行熱交換，并再次進入單工質增壓泵提升循環壓力；
⑶制冰：LNG在液化天然氣蒸發器中被低壓混合工質加熱，蒸發成溫度為-56℃高壓天然氣，高壓天然氣進入天然氣加熱器與來自制冷機組的制冷劑進行熱交換，制冷劑經高壓天然氣降溫后冷凝成液體并返回制冷機組，為制冰子系統提供冷量；
⑷直接膨脹發電：高壓天然氣在天然氣加熱器中經制冷劑加熱后，進入第一天然氣過熱器與熱媒進行熱交換，高壓天然氣繼續升溫至5℃，然后進入天然氣膨脹機，膨脹做功發電，使得天然氣經降溫降壓，降溫降壓后的天然氣進入第二天然氣過熱器與熱媒進行換熱升溫，獲得符合天然氣管網壓力、溫度要求的天然氣。
液化天然氣與低壓混合工質在液化天然氣蒸發器中進行熱交換時，混合工質將液化天然氣-162℃～-56℃的冷能帶走，且低壓混合工質吸收冷能液化為液體，液化天然氣的-162℃～-56℃的冷能主要通過復合低溫有機朗肯循環＋直接膨脹法用于發電，復合低溫有機朗肯循環包括混合工質朗肯循環和單工質朗肯循環，發電效率高；高壓天然氣與制冷劑在天然氣加熱器中進行熱交換，制冷劑做為熱源，能將天然氣-56℃～-10℃的冷能帶走，導致制冷劑吸收冷能液化成液體，液化天然氣的-56℃～-10℃的冷能通過制冰子系統中制冷劑帶走進入制冰機組用于制冰，同時混合工質朗肯循環中的混合工質也為制冷劑提供冷量，制冷劑進入制冰機組用于制冰，這樣就減少了另一熱源-海水的使用量，上述方法為提取液化天然氣的低溫火用。第一天然氣過熱器輸出的過熱天然氣經天然氣膨脹機膨脹做功后壓力降至天然氣管網所需的壓力，由于膨脹做功后天然氣還會降溫，膨脹做功后的天然氣經第二天然氣過熱器換熱升溫，最終達到天然氣管網所需的溫度，上述操作為提取高壓天然氣的壓力火用。由上可知，天然氣的潛熱被混合工質帶走，高溫顯熱被制冰子系統帶走用于制冰，而混合工質與單工質形成復合朗肯循環將LNG冷能用于發電。
優選地，所述步驟⑴中混合工質在混合工質加熱器中被制冷劑加熱至-10℃，混合工質在混合工質蒸發器中被海水加熱至5.5～28℃。
優選地，所述步驟⑷中天然氣經天然氣膨脹機后壓力降至6～8Mpa，溫度降至-45℃，6～8Mpa符合天然氣管網壓力要求。
優選地，步驟⑶還包括如下操作：來自制冰機組的制冷劑在混合工質加熱器中與混合工質換熱，制冷劑經混合工質降溫后冷凝成液體并返回制冰機組，為制冰子系統提供冷量。
優選地，所述混合工質由甲烷、乙烯和丙烷組成，單工質為丙烷。
優選地，所述制冰機組輸出的制冷劑為氣態，其溫度為-15℃。
優選地，所述步驟⑴中，混合工質蒸發器的熱媒為海水，將海水溫度和LNG的氣化量作為自變量，首先設定混合工質增壓泵輸出的混合工質壓力值恒定（壓力值設定為1.5±0.3MPa），然后建立各種參數變量的約束關系，計算獲得混合工質的流量、溫度等因變量；所述步驟⑵中，單工質蒸發器的熱媒為海水，海水溫度和LNG的氣化量作為自變量，首先設定單工質增壓泵輸出的單工質壓力值恒定（壓力值設定為0.49±0.1MPa），然后建立各種參數變量的約束關系，計算獲得單工質的流量、溫度等因變量。
參數的約束關系建立及計算混合工質、單工質的流量、溫度具體方法如下：
a、設定混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器和第二天然氣過熱器的進口處海水溫度為T海水進口，出口處海水溫度為T海水出口，當進入混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器和第二天然氣過熱器的海水溫度T海水進口已知時，混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器和第二天然氣過熱器的出口處的溫度約束為：T海水出口＝T海水進口－5℃，那么被海水加熱的混合工質、單工質和天然氣溫度分別約束為：
T105＝T海水進口－2℃
T203＝T海水進口－2℃
T303＝T海水進口－2℃
T管網天然氣＝T海水進口－2℃
其中T105為混合工質蒸發器輸出的混合工質溫度，T203為單工質蒸發器輸出的單工質溫度，T303為第一天然氣過熱器輸出的天然氣溫度，T管網天然氣為第二天然氣過熱器輸出的天然氣溫度；轉至b；
b、設混合工質增壓泵輸出的混合工質恒定壓力值為P混合工質恒定壓力，混合工質恒定壓力是根據全年最低海水溫度時混合工質蒸發器輸出的混合工質溫度所對應的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：
P混合工質恒定壓力＝P混合工質飽和蒸汽壓@（T全年最低海水進口－2℃）
其中T全年最低海水進口為全年最低的混合工質蒸發器進口處海水溫度，P混合工質飽和蒸汽壓為當混合工質蒸發器進口處海水溫度為全年最低時，混合工質蒸發器輸出的混合工質的飽和蒸汽壓；轉至c；
c、設定液化天然氣蒸發器和換熱器的最小接近溫度差為5℃，當系統中混合工質溫度發生變化時，可以通過不斷調整混合工質的流量使其匹配設定的最小接近溫度，從而獲得混合工質的流量和溫度；轉至d；
d、設單工質增壓泵輸出的單工質恒定壓力值為P單工質恒定壓力，單工質恒定壓力是根據全年最低海水溫度時單工質蒸發器輸出的單工質溫度所對應的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：
P單工質恒定壓力＝P單工質飽和蒸汽壓@（T全年最低海水進口－2℃）
其中T全年最低海水進口為全年最低的單工質蒸發器進口處海水溫度，P單工質飽和蒸汽壓為當單工質蒸發器進口處海水溫度為全年最低時，單工質蒸發器輸出的單工質的飽和蒸汽壓；轉至e；
e、當系統中單工質溫度發生變化時，可以通過不斷調整單工質的流量使其匹配設定的最小接近溫度，從而獲得單工質的流量和溫度。
液化天然氣蒸發器和換熱器的最小接近溫度差能不僅能夠保證液化天然氣蒸發器和換熱器的熱效率，還能夠保證液化天然氣蒸發器和換熱器的尺寸不至于過大，造價過高。另外，混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器和第二天然氣過熱器的進口處海水溫度分別與被其加熱的混合工質蒸發器、單工質蒸發器、第一天然氣過熱器和第二天然氣過熱器的出口處混合工質或單工質溫度直接關聯，當海水溫度較高時，混合工質或單工質也相應被加熱到更高的溫度，然而混合工質或單工質的溫度變化會引起后續朗肯循環中各節點溫度的變化，由于換熱器中冷熱介質的熱交換量保持一致，需要調整混合工質或單工質的流量。
這樣就完成了工藝參數的優化，工藝參數優化的出發點有兩點：第一是保證保證膨脹機的正常運行，因此設定循環工質被工質泵增壓的恒定壓力值；第二是在保證膨脹機能夠穩定運行的前提下通過建立各種參數變量的約束關系實現系統的最大發電量。
本發明的優點是：
1.本發明由有機低溫復合朗肯循環發電機組、直接膨脹發電機組和制冰系統組成，而且復合朗肯循環中換熱器既可作為混合工質朗肯循環的加熱器，又可作為單工質循環的冷凝器，減少了設備投資，同時使得復合朗肯循環的流程控制更為方便，LNG冷能發電的部分冷量和NG過熱放出的部分冷量通過換熱設備由-15℃氣相R制冷劑帶走并用于制冰系統，使本發明充分利用了LNG-162℃到-10℃的冷量，只有極少部分冷量被海水帶走，在不增加工藝流程復雜程度的情況下實現了LNG冷量的最充分綜合利用；
2.本發明采用-160℃的液化天然氣作為介質，在其進行氣化的同時還可以進行發電，發電效率高，不僅解決了NG過熱及朗肯循環工質的熱源問題，還通過制冷劑實現制冰功能，節省了制冰工藝中的制冷機組的投資，實現LNG冷能發電和冷能制冰的有機結合；
3.本發明仍然保留海水作為熱源，在每一制冷劑加熱的加熱器后設置由海水加熱的加熱器，這樣通過調整海水流量能夠保證系統正常運行，保證汽化、發電功能不受影響；
4.由于海水溫度會隨著季節的變化不斷變化，而且LNG的氣化量也會根據站場情況出現波動，本發明設定朗肯循環中部分參數以保證壓力恒定，進而保證膨脹機正常穩定工作。
附圖說明
圖1為本發明一個實施例的系統及工作流程圖。
圖中：1.液化天然氣蒸發器，2.混合工質增壓泵，3.換熱器，4.混合工質加熱器，5.混合工質蒸發器，6.混合工質膨脹機，7.單工質增壓泵，8.單工質蒸發器，9.單工質膨脹機，10.第一天然氣過熱器，11.天然氣膨脹機，12.第二天然氣過熱器，13.制冰機組，14.天然氣加熱器。
相關物流作如下編號：LNG為高壓液化天然氣，NG為符合天然氣管網要求的天然氣，SW為海水，將制冷劑標記為R，其中Ri1為制冰機組輸出制冷劑，Ro1為與天然氣換熱冷凝后的制冷劑，Ri2為制冰機組輸出制冷劑，Ro2為與混合工質換熱冷凝后的制冷劑，101為帶走低溫LNG冷量的冷凝后液相混合工質，102為混合工質增壓泵增壓后的液相混合工質，103為被單工質加熱的高壓液相混合工質，104為被制冷劑加熱的高壓混合工質，105為被海水加熱的氣相高壓混合工質，106為被混合工質膨脹機降壓降溫后的低壓混合工質，201為被混合工質冷凝的液相單工質，202單工質增壓泵增壓后的液相單工質，203為被海水加熱的高壓氣相單工質，204為被單工質膨脹機降壓降溫后的低壓單工質，301為被混合工質加熱的高壓天然氣，302為被制冷劑加熱的高壓天然氣，303為被海水加熱的高壓天然氣，305為被天然氣膨脹機降壓降溫后的天然氣。
具體實施方式
實施例一
本實施例的液化天然氣冷能綜合利用系統，如圖1所示，包括復合朗肯循環發電子系統A、制冰子系統B和直接膨脹發電子系統C，其中復合朗肯循環發電子系統A包括液化天然氣蒸發器1，混合工質增壓泵2，換熱器3，混合工質加熱器4，混合工質蒸發器5，混合工質膨脹機6，單工質增壓泵7，單工質蒸發器8和單工質膨脹機9，混合工質膨脹機6和單工質膨脹機9分別連接發電機，液化天然氣蒸發器1包括第一殼體和布置在第一殼體內的第一換熱管，第一殼體具有LNG進口和第一NG出口，第一換熱管具有第一混合工質入口和第一混合工質出口，LNG進口與LNG儲罐連通，第一混合工質入口經管道與混合工質膨脹機6連通，第一混合工質出口經管道與混合工質增壓泵2連通。換熱器3包括第二殼體和布置在第二殼體內的第二換熱管，第二換熱管具有第一單工質入口和第一單工質出口，第二殼體具有第二混合工質入口和第二混合工質出口，第二混合工質入口經管道與混合工質增壓泵2連通。混合工質加熱器4包括第三殼體和布置在第三殼體內的第三換熱管，第三換熱管具有第一進口和第一出口，第三殼體具有第三混合工質入口和第三混合工質出口，第三混合工質入口經管道與換熱器3的第二混合工質出口連通，第三混合工質出口經管道與混合工質蒸發器5連通，混合工質蒸發器5與混合工質膨脹機6連接。另外，第一單工質入口經管道與單工質膨脹機9連接，第一單工質出口經管道與單工質增壓泵7連接，單工質增壓泵7經單工質蒸發器8與單工質膨脹機9連接。
制冰子系統B包括第一天然氣過熱器10，制冰機組13和天然氣加熱器14，天然氣加熱器14包括第四殼體和布置在第四殼體內的第四換熱管，第四殼體具有NG進口和第二NG出口，NG進口經管道與液化天然氣蒸發器1的第一NG出口相連通，第二NG出口經管道與第一天然氣過熱器10連通，第四換熱管具有第二進口和第二出口。制冷機組具有第一制冷劑入口、第一制冷劑出口以及第二制冷劑入口、第二制冷劑出口，第一制冷劑出口經管道與混合工質加熱器4的第一進口相連通，第一制冷劑入口經管道與混合工質加熱器4的第一出口相連通，第二制冷劑出口經管道與天然氣加熱器14的第二進口相連通，第二制冷劑入口經管道與天然氣加熱器14的第二出口相連通。
直接膨脹發電子系統C包括天然氣膨脹機11和第二天然氣過熱器12，天然氣膨脹機11連接發電機，天然氣膨脹機11的蒸汽進口與第一天然氣過熱器10的高壓氣體出口相連通，天然氣膨脹機11的乏汽出口與第二天然氣過熱器12相連通，第二天然氣過熱器12直接連接天然氣管網。
另外，混合工質蒸發器5、單工質蒸發器8、第一天然氣過熱器10、第二天然氣過熱器12均采用海水作為熱媒進行換熱，混合工質蒸發器5、單工質蒸發器8、第一天然氣過熱器10、第二天然氣過熱器12上均設置海水流量控制閥，使得海水流量根據實際需要可以調整。其中混合工質為三元混合工質，由甲烷、乙烯和丙烷組成，單工質為丙烷。制冰機組13輸出的制冷劑為溫度-15℃的氣相制冷劑（制冷劑型號為R22或R404A）。
由于海水溫度會隨季節的變化不斷變化，而且LNG氣化量根據站場情況也會出現波動，因此在系統工藝物料平衡計算中，將海水溫度和LNG氣化量作為自變量，首先合理設定循環工質被工質泵增壓的恒定壓力值，然后建立各種參數變量的約束關系，計算工質的流量、溫度等因變量。因此，設定循環工質被工質泵增壓的恒定壓力值就能夠保證保證膨脹機的正常運行，并且在保證膨脹機能夠穩定運行的前提下通過建立各種參數變量的約束關系實現系統的最大發電量。
實施例二
某液化天然氣接收站的液化天然氣參數如下：流量為150t/h，溫度為-160℃，壓力為10MPa，其組分（mol%）為99%CH4，1%C2H6。海水溫度為7℃～30℃。天然氣的入網要求如下：流量為150t/h，溫度為0℃，壓力為8.7MPa，其組分（mol%）為99%CH4，1%C2H6。
液化天然氣綜合利用過程包括混合工質朗肯循環發電、單工質朗肯循環發電、制冰和高壓天然氣直接膨脹發電4各部分，其具體步驟如下：
⑴混合工質朗肯循環發電：混合工質流量隨海水溫度變化，通過調整混合工質的流量來保證換熱器3的能量平衡，將來自混合工質膨脹機6的低壓混合工質106與LNG在液化天然氣蒸發器1中進行熱交換，熱交換后的低壓混合工質被冷凝成溫度為-140℃的液相混合工質101，液相混合工質101進入混合工質增壓泵2增壓至1.56Mpa后成為高壓液相混合工質102，其中混合工質增壓泵2輸出的壓力設為恒定值1.56Mpa，該壓力不隨海水溫度變化，保證混合工質膨脹機6正常運行，同時混合工質增壓泵2根據海水溫度調節混合工質的流量，保證朗肯循環發電量最大，高壓液相混合工質102進入換熱器3，在換熱器3中與低壓單工質204進行熱交換，熱交換后的高壓液相混合工質102升溫至-28℃成為高壓液相混合工質103，高壓液相混合工質103進入混合工質加熱器4被制冷劑加熱至-10℃成為高壓混合工質104，高壓混合工質104再進入混合工質蒸發器5被海水加熱至5.5～28℃成為高壓氣相混合工質105，高壓氣象混合工質105以5.5～28℃、1.5Mpa的高壓氣體狀態進入混合工質膨脹機6，混合工質膨脹機6驅動發電機做工發電，使得混合工質經降溫降壓后變為約-50℃、0.13Mpa的低壓混合工質106，低壓混合工質106進入液化天然氣蒸發器1繼續與LNG進行熱交換，并再次進入混合工質增壓泵2提升循環壓力。
⑵單工質朗肯循環發電：單工質流量隨海水溫度變化及混合工質流量的變化而變化，通過調整單工質的流量來保證換熱器3的能量平衡，低壓單工質204在換熱器3中被混合工質液化成溫度為-39℃的液相單工質201，液相單工質201進入單工質增壓泵7增壓至0.55Mpa后成為高壓液相單工質202，其中單工質增壓泵7壓力設為恒定值0.55Mpa，該壓力不隨海水溫度變化，保證單工質膨脹機9正常運行，同時單工質增壓泵7根據海水溫度調節單工質的流量，保證朗肯循環發電量最大，高壓液相單工質202進入單工質蒸發器8與海水進行熱交換，實現完全氣化并升溫至5.5～28℃，成為高壓氣相單工質203，高壓氣相單工質203進入單工質膨脹機9，膨脹做功發電，使得單工質降壓降溫后變成溫度-23℃、0.13Mpa的低壓單工質204，低壓單工質204進入換熱器3繼續與混合工質進行熱交換，并再次進入單工質增壓泵7提升循環壓力。
⑶制冰：LNG在液化天然氣蒸發器1中被低壓混合工質106加熱，蒸發成溫度為-56℃高壓氣相天然氣301，高壓氣相天然氣301進入天然氣加熱器14與來自制冷機組13的制冷劑Ri1進行熱交換，制冷劑Ri1經高壓氣相天然氣301降溫后冷凝成液體制冷劑Ro1并返回制冷機組13，為制冰子系統提供冷量；同時來自制冰機組13的制冷劑Ri2在混合工質加熱器4中與高壓液相混合工質103換熱，制冷劑Ri2經高壓液相混合工質103降溫后冷凝成液體制冷劑Ro2并返回制冰機組13，為制冰子系統提供冷量。
⑷直接膨脹發電：高壓氣相天然氣301在天然氣加熱器14中經制冷劑Ri1加熱后成為高壓氣相天然氣302，高壓氣相天然氣302進入第一天然氣過熱器10與海水進行熱交換，高壓氣相天然氣302繼續升溫至5℃成為高壓天然氣303，高壓天然氣303進入天然氣膨脹機11，膨脹做功發電，使得天然氣溫度降至-45℃，壓力降至6～8Mpa，成為中高壓天然氣305，中高壓天然氣305進入第二天然氣過熱器12與海水進行換熱升溫，獲得符合天然氣管網壓力、溫度要求的天然氣NG。
另外，混合工質和單工質的調節方法具體如下：
工藝流程計算采用HYSYS工藝流程計算軟件，里面有電子表格功能，通過電子表格輸入約束公式。
a、設定混合工質蒸發器5、單工質蒸發器8、第一天然氣過熱器10和第二天然氣過熱器12的進口處海水溫度為T海水進口，出口處海水溫度為T海水出口，當進入混合工質蒸發器5、單工質蒸發器8、第一天然氣過熱器10和第二天然氣過熱器12的海水溫度T海水進口已知時，混合工質蒸發器5、單工質蒸發器8、第一天然氣過熱器10和第二天然氣過熱器12的出口處的溫度約束為：T海水出口＝T海水進口－5℃，T海水出口＝T海水進口－5℃是環境環保條例中的強制規定，避免海水溫降過大會對地球生態產生影響，那么被海水加熱的混合工質、單工質和天然氣溫度分別約束為：
T105＝T海水進口－2℃
T203＝T海水進口－2℃
T303＝T海水進口－2℃
T管網天然氣＝T海水進口－2℃
其中T105為混合工質蒸發器5輸出的混合工質溫度，T203為單工質蒸發器8輸出的單工質溫度，T303為第一天然氣過熱器10輸出的天然氣溫度，T管網天然氣為第二天然氣過熱器12輸出的天然氣溫度；轉至b；
b、設混合工質增壓泵2輸出的混合工質恒定壓力值為P混合工質恒定壓力，混合工質恒定壓力是根據全年最低海水溫度時混合工質蒸發器5輸出的混合工質溫度所對應的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：
P混合工質恒定壓力＝P混合工質飽和蒸汽壓@（T全年最低海水進口－2℃）
其中T全年最低海水進口為全年最低的混合工質蒸發器5進口處海水溫度，P混合工質飽和蒸汽壓為當混合工質蒸發器5進口處海水溫度為全年最低時，混合工質蒸發器5輸出的混合工質的飽和蒸汽壓；故混合工質恒壓為1.5MPa；轉至c；
c、設定液化天然氣蒸發器1和換熱器3的最小接近溫度差為5℃，當系統中混合工質溫度發生變化時，可以通過使用HYSYS軟件的ADJUST計算模塊不斷調整混合工質的流量使其匹配設定的最小接近溫度，從而獲得混合工質的流量和溫度；轉至d；
d、設單工質增壓泵7輸出的單工質恒定壓力值為P單工質恒定壓力，單工質恒定壓力是根據全年最低海水溫度時單工質蒸發器8輸出的單工質溫度所對應的飽和蒸汽壓來確定的，約束為：
P單工質恒定壓力＝P單工質飽和蒸汽壓@（T全年最低海水進口－2℃）
其中T全年最低海水進口為全年最低的單工質蒸發器8進口處海水溫度，P單工質飽和蒸汽壓為當單工質蒸發器8進口處海水溫度為全年最低時，單工質蒸發器8輸出的單工質的飽和蒸汽壓，故單工質恒壓為0.49MPa；轉至e；
e、當系統中單工質溫度發生變化時，可以通過使用HYSYS軟件的ADJUST計算模塊不斷調整單工質的流量使其匹配設定的最小接近溫度，從而獲得單工質的流量和溫度。
綜上可知，LNG與低壓混合工質在液化天然氣蒸發器1中進行熱交換時，混合工質將LNG-160℃～-56℃的冷能帶走，高壓天然氣與制冷劑在天然氣加熱器14中進行熱交換，制冷劑將天然氣-56℃～-10℃的冷能帶走，液化天然氣的-56℃～-10℃的冷能通過制冰子系統中制冷劑Ri1帶走進入制冰機組用于制冰，同時混合工質朗肯循環中的混合工質也為制冷劑Ri2提供冷量，制冷劑Ri2進入制冰機組用于制冰，這樣就減少了海水的使用量。第一天然氣過熱器10輸出的過熱天然氣經天然氣膨脹機11膨脹做功后壓力降至天然氣管網所需的壓力，由于膨脹做功后天然氣還會降溫，膨脹做功后的天然氣經第二天然氣過熱器12換熱升溫，最終達到天然氣管網所需的溫度。
在循環過程中，制冷劑Ri1、Ri2作為工質分別與高壓氣相天然氣301、高壓液相混合工質103進行熱交換，使得制冷劑Ro1、Ro2帶走大量的冷能為制冰機組13提供冷量，制冰機組13采用制冷劑Ro1、Ro2直接冷卻制冰。設定制冰機組13的制冰量為M，其單位為t/d，則制冰機組13制冰量的計算公式如下：
其中，Q為制冰機組13中換熱器的熱交換量，其單位為KW，T為制冰用水的溫度，其單位為℃。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式，等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。