【LNG冷能利用的概述4600字】

致谢XIILNG冷能利用的概述目录TOC\o"1-3"\h\u19288LNG冷能利用的概述 -1-246301.1LNG冷能目前的利用方式 -2-154361.1.1LNG冷能发电工艺 -2-121961.1.2LNG冷能用于天然气轻烃回收工艺 -5-161181.1.3LNG冷能用于低温冷库工艺 -6-202251.2LNG冷能冷量的计算 -7-1.1LNG冷能目前的利用方式1.1.1LNG冷能发电工艺液化天然气进口站每年进口数百万吨液化天然气，它们携带的冷能很大。在当前的许多回收LNG冷却能的方法中，将LNG冷却能用于发电是最广泛使用和技术成熟的方法。当前，世界上已经有许多LNG冷却和加热电厂。LNG冷能利用LNG冷能发电技术转化为电能。这部分电力通常具有以下用途：（1）就液化天然气接收站本身的电力而言，例如液化天然气增压泵和照明设备，当前我国深圳燃气接收站使用的电力中约有56％来自冷能发电，这一比例非常高；（2）由于由LNG冷却能量产生的电力接收元件不仅产生电力，而且还将多余的电力通过电网传送给用户，因此可以减轻沿海电站周围的电力短缺。LNG冷能发电是目前LNG冷能利用中最成熟的技术。本节主要介绍三种目前主流的LNG冷能发电形式。它们分别是直接膨胀方式发电、低温朗肯循环方式发电和结合上述两种工艺的联合法发电。直接膨胀方式发电LNG直接膨胀方式发电是目前LNG冷能发电的主流形式。直接膨胀方式发电流程简单，设备数量少，是目前主流的LNG冷能发电形式。直接膨胀方式发电工艺图如图2-1所示。LNG经LNG泵升压进入蒸发器。LNG在蒸发器中和热源换热，加热汽化。热源可以采用空气也可以采用湖水进行对LNG汽化加热。吸热变成气体的LNG进入透平进行膨胀做功，之后透平会带动发电机发电，完成能量转换。做完功后的天然气经过加热器加热至下游用户可以使用的天然气要求，送往下游用户使用。直接膨胀法虽然流程简答，设备数量少便于维修，但是直接膨胀法效率低，发电效率也不高。图2-1直接膨胀方式发电工艺图朗肯循环法发电与直接膨胀发电相比，朗肯循环法使用LNG和冷媒换热，LNG作为冷源和作为热源的冷媒在冷凝器换热，冷媒在透平做功，带动发电机发电。冷媒主要是甲烷、乙烷，其工艺流程图如图2-2所示。图2-2朗肯循环法发电工艺图朗肯循环法发电主要由如下四个主要过程组成：冷媒在透平内膨胀做功，做完功后的冷媒通过凝汽器和LNG换热，冷媒放热冷凝液化；凝结成为液体的冷媒通过泵升压；在加热器中，通过泵升高压力的冷媒进一步加热成为一定量的高压蒸汽；高处于压蒸汽状态的冷媒进入透平膨胀做功，透平会带动发电机转换成电力。要明确想进一步提高朗肯循环发电方法的运行效率,需要在各种冷媒中尽量选择适当的混合冷媒,一般都会建议我们选取一种混合汽化冷媒,因为它有可能和LNG相匹配，这样我们才能保证使得混合冷媒过程中的冷凝温度曲线和LNG的混合汽化冷凝曲线能够有较好的匹配性。联合法结合了直接膨胀法和朗肯循环法的联合法是目前多数国家使用的LNG冷能发电方法。联合法发电工艺图如图2-3所示。LNG首先经过凝汽器和作完功后的冷媒气体进行换热,使得冷媒凝聚成为一种液体。这样就可以使用LNG冷能减少蒸汽涡轮机中的凝汽温度,提高了发电的效率。使得冷媒凝结后的LNG再通过换热器和低温的热源进行换热,成为一种气体后再次进入透平膨胀做功,带动发电机生产电力。联合法发电更为稳定很少会因为过程故障而导致停电事故，整个发电过程也很环保。图2-3联合法发电工艺图选择冷媒是联合法发电的关键。冷媒在凝汽器和LNG换热，放热凝结成液体。合适的冷媒要保证和LNG换热后不能凝固，要具有一定的流动性，不能凝结堵塞管道，断掉发电循环。在全世界，日本是冷能发电最多的国家。日本的装机容量在全世界也处在前列。我国在发展LNG冷能发电过程中，可以向日本学习更好地发展LNG冷能发电。1.1.2LNG冷能用于天然气轻烃回收工艺国外1960年取得了从液化天然气中分离碳氢化合物的技术专利，而中国的液化天然气工业刚刚起步，现在国内并没有产业化的液化天然气轻碳氢化合物分离技术。我国近年来也开始大力发展分离轻烃的工艺。美日等先发国近些年来已经登记和注册了很多轻烃分离的工艺。我们在在开发这项技术时，可以参照美日等先发国家的研究和发展路径，来为探索我国轻烃分离技术发展道路提供一个指导意义。美国通过从LNG中分离C2+轻烃来控制和调节天然气的加热量和温度，使其达到美国的燃气标准。这种方法已经成为了美国调节天然气热值的一种主要方法。在氢分离工作中，例如有美国专利us66040380b1、us690752b2、us6941771b2、us698626b2、s7069743b2等。从碳氢化合物中分离出来的沼气压力从压缩气体中上升，用LNG原料的冷能将沼气从高压力中液化，用LNG泵向管道输送基准提高压力，汽化后进入天然气高压管道。解决了天然气的外部消费高的问题。我国的LNG轻烃回收工艺经过几年时间的探索和发展已经取得了一定的研究成果，上海交通大学的高婷等人所研究出来的利用LNG冷能进行轻烃分离流程，其工艺流程见图2-4。图2-4LNG冷能的轻烃分离高压流程目前国内现有研究利用LNG冷能的新型轻烃及其生产流程大部分均认为是由于将LNG的含煤富气中分离出来的新型轻烃,而经过深冷分离生产出来的大型城市含煤燃气中分离出来的新型轻烃及其生产工艺，目前却尚无具体报道。目前,我国大部分已经商品化的天然气仅采用浅冷臭氧分离处理工艺而未进行臭氧处理,C2组分的臭氧含量相对比较高。这些材料C2的主要组分都认为是一种可以通过加工制制成新型清洁能源板的原材料,可以给当代我国人民带来一种新的清洁能源,具备很高的社会经济利用价值。1.1.3LNG冷能用于低温冷库工艺根据不同的目的，冷藏可以分为生产冷藏、分配冷藏和广泛的冷藏。根据冷藏的大小，冷藏可以分为大规模冷藏、中型冷藏、小型冷藏。根据冷藏温度，冷藏可以分为冷冻储存、冷冻仓库、冷藏。冷冻仓库也可以分为水果、被称为蔬菜等食品储藏所。储藏中的温度一般调节维持在约0℃的食物汁的冷冻温度。冷冻仓库也被称为低温冷藏。一般来说仓库的温度为-20℃～30℃，肉类料理的冷冻可以通过冷风扇或特殊冷冻装置实现冷冻室或冷冻食品的储存，根据温度冷藏的房间和冷冻室为了短期或长期保管，会根据温度保管冷的食物和冷冻食品。冷藏是冷冻产业发展和冷链的重要部分基础，冷藏几乎完全不会浪费LNG的冷却能量，冰箱不需要节省大量的投资和作业经费。根据LNG的温度带，为了有效利用LNG的冷媒体，冷媒体被用作冷却用，被送到冰箱（-35）℃，冷冻储存（不到0℃）水果和蔬菜的冷冻储存（0～10℃).与现有的冷藏相比，LNG的冷热冷藏保管土地占有率越低，投资率越高，温度经度越高，维持越方便。回收LNG的冷能提供给冷库,这是一种很好的利用冷能的途径。据初步估计,我国的制冷类产品的用电量约为全世界平均每年的20%。LNG自身本身就具有大量的冷能,如果只要把LNG的冷能广泛应用于对冷能要求量较大且相对比较集中的各类制冷设备行业,例如冷库等,既能够节省因为压缩机使用而带来的大量能源消耗,又同时还能够降低设备的投资。LNG和制冷剂是通过低温热交换器换热，制冷剂经冷却后携带具有的冷能通过管道进入需要制冷的空间，通过冷却弯折的管道和冷却空间换热，实现冷冻和冷藏。这样的冰箱不仅节省了大量的投资费用和运营成本，还节省了三分之一以上的电能。LNG冷能用于冷库技术的一般通用流程见图。从图2-5可以看出，利用LNG冷能的冷库系统包含LNG供冷循环和冷库用冷2个循环、乙二醇水溶液和液氨2种冷媒。根据实际情况的不同，可以适当调整循环系统的个数及所用冷媒的种类。另外，我国开展LNG冷能用于冷库技术研究的单位和学者还有华南理工大学的杜琳琳等，上海海事大学的盛青青等，集美大学的吴集迎等。图2-5LNG冷能用于冷库技术通用流程图LNG冷能在目前我国实际应用以及冷库管理技术流程中的一般常用技术流程设计如图见下图。从上图图2-5中我们已经可以清楚地明显看出,利用所有LNG冷能的一次冷库供热系统主要由LNG冷库供冷一个循环和一次冷库用冷2个冷能循环、乙二醇液氨水溶液和乙醇液氨2种不同冷媒形式组成。按照实际现场应用环境情况的不同,可以合理地控制调整各种循环系统的箱体个数和所需要使用大型冷媒炉的体积。另外,我国目前正在积极开展的将LNG冷能技术应用于中小型物流仓储企业。冷库管理相关关键技术课题研究的多家企事业法人单位和专家学者主要成员有中国华南理工大学的杜琳琳等,上海海事大学的盛青青等,集美大学的吴集迎等。本文主要将LNG用于提高热力系统发电效率。将LNG冷能用于冷却空气压缩机入口空气，降低空压机的压缩功耗；以及将LNG冷能用于电厂余热的梯级利用过程，提高系统发电效率。1.2LNG冷能冷量的计算1.1.1LNG冷量火用分析由于LNG气化过程中不仅有能量的释放，还对外界做了有用功，为了综合分析，本研究采用分析法，能有效分析能量的变化与对外界做功的情况。即系统与环境温度达到平衡在条件下能够获得的最大有用功．低于环境温度时，系统温度所做的最大有用功被称为冷量。从卡诺循环中可以得知，在热源放热的同时，冷源也在吸热，这是就做功的过程．可用能随温度如图2-6所示。图2-6卡诺循环做工图进行热吸收时，工质温度从T1状态不断上升至T2状态，根据计算得出在此过程中的最大有用能为：其中：δＷmax为温变过程最大有用能(kJ/kg);δq为温变过程总吸收冷量（kJ／kg）；Ｔ0为环境温度（Ｋ）；Ｔ为系统温度（Ｋ）。对式（１）进行积分，推算出吸热过程有用能为:为了方便进行计算，可以将系统视为稳定流动工况。可得每单位质量的工质由初始温度上升到系统温度时，其冷量火用为：其中：ｅx,h为冷量（kJ／kg）；ｈ为平衡焓值（kJ／kg）；ｈ0为初始焓值（kJ／kg）；ｓ平衡熵（kJ／(kg·K）)；ｓ0为初始熵值（kJ／(kg·K）)。由热力学知，理想气体的焓是关于温度的函数：其中：ｃｐ为比热（kJ／(kg·K）)；Ｒ为热力学常数（kJ／(kg·K）)；P为环境平衡压强(Pa);P0为初始压强(Pa)。综上可得：由上述公式可知：冷量火用是由压力火用及低温火用共同构成，这些火用是压力变化及温度变化所引起的。气化器中LNG在进行换热时有着相变潜热r,所对应的相变潜热火用为，同时在吸热过程中的天热气显热火用为则得出LNG的低温火用ex,p:其中：ex,t为低温火用（kJ/kg）LNG压力火用ex,p为：其中：ex,p为低温火用（kJ/kg）LNG并不是纯净物，物性参数具有不确定性。LNG中甲烷含量为80%-85%，为了简化计算，采用甲烷的物性参数进行计算，则有：1.1.1LNG冷量火用影响因素LNG组成稳定，因此对LNG冷量影响相对较大的有系统压强和所处环境的温度两个因素。环境温度系统压强P一定时，LNG火用主要与环境温度T0有关，其影响如图2-7所示。图2-7LNG火用随温度变化图由图得知：LNG的压力以缓慢趋势随着环境温度T0的增高而增大，而低温以较快趋势随着环境温度的增大而上升．因此得出以下结论：随着环境温度温度的升高，LNG冷量不断增大。系统压强P在环境温度T0保持不变时，系统压强P是影响LNG的主要因素，其影响如图2-8所示。图2-8LNG火用随压力变化图分析图2-8可得：随着压力的增大，一开始占据LNG火用绝大多数的低温火用会慢慢减少，而压力火用所占LNG火用的比例逐步提高。对于一个LNG冷能回收系统来说，低温火用所占比例越大，越有利于冷能回收。当LNG系统压力维持在1MPa以下时，低温火用占更大的比列，这意味着低压条件下更有利于LNG冷能的回收利用。1.1.1小型LNG气化站冷能释放量分析LNG并不是一种纯净的物质，LNG是一种低温有机混合物。为了分析方便