【LNG冷能利用方案设计案例4700字】

1LNG冷能利用方案设计案例1.1燃气蒸汽循环中利用的方案设计以定子水冷却器为例进行实例分析。由于水冷的冷却效果是氢冷的50倍，国内外大容量发电机组发电机普遍采用水冷冷却。水内冷绕组的导体既是导电回路又是通水回路，定子绕组内部的空心导体里通水，水带走发电机运行过程中产生的热以哈电-东芝1000MW汽轮发电机为例。哈电1000MW汽轮发电机采用闭式循环水冷却。和多数汽轮发电机一样，定子绕组采用水冷，转子绕组采用氢冷。定子循环水系统为汽轮发电机定子绕组提供冷却水，保证定子绕组不会超温从而影响发电机发电效率。除此之外，汽轮机定子循环水定子冷却水系统的技术参数冷却水入口温度冷取水出口温冷却水压力冷却水流量P定子循环冷却水定性温度Tm为：T1为冷却水入口温度(℃);T₂为冷却水出口温度(℃)。根据定子循环冷却水定性温度Tm和冷却时压力P查得冷却水物性参数定压比热容cp=1.18467kJ/(kg·k)。根据第二章LNG冷能冷量计算可知LNG蕴含最大冷量理论值Q为811.2kJ/kg,可以计算得出使用LNG冷能进行冷却每分钟所需要的理论质量M:2哈电-东芝1000MW汽轮发电机冷却水系统的定子水冷却器为板式冷却器，其本节将设计利用LNG冷能的换热方案。通过查阅文献提供了以下几种可供利用a.循环水直接和冷媒进行换换热器此种方案图如上图所示。LNG和冷媒通过换热设备进行换热(这里以立式换热设备为例),LNG和冷媒经过立式换热设备进行逆流换热，LNG吸热降温，冷媒放热降温。LNG从立式换热设备的底部进入，和冷媒换热后依靠重力自然换热设备底部排出。降温后的冷媒通过换热器直接与定子水循环系统的循环冷却水3进行热量交换。和定子循环水系统的循环冷却水交换热量后的冷媒经过冷媒泵重新打入立式换热设备顶部，从而实现冷媒循环。此方案换热效率会比较高。使定子循环冷却水直接和冷媒进行热量交换，这样可以显著提高换热效率。同时因为设备减少，此方案成本也较上一方案低。但是由于此方案循环水和冷媒直接进行热交换，对换热器设备要求很高，需要重点预防冷媒泄露进汽轮机发电机。冷媒一般对金属会有强腐蚀性，如果冷媒泄露进水冷发电机会铜导线经过冷媒腐蚀后会产生铜离子，铜离子会使冷却水的导电性能提升，绝缘性能下降，会导致发电效率下降。为了解决这一问题，要对管道进行设计，保证管道的密闭性，防止冷媒泄露。还有应该避免设计过度复杂的管道，冷媒管道应该便于检修而且耐冷媒腐蚀。除此之外，还要求工人定期检修，监测循环冷却水量，偏离正常值时应该及时检修，避免发电机铜导线的腐蚀。发电机内冷水水质直接影响了发电机的安全稳定运行，所以冷媒泄漏是此方案的一大缺点。b.循环水间接和冷媒进行换热冷却水进口冷却水进口中间隔板冷却水出口循环水出口循环水进口换热器此种方案图如上图所示。此方案相比上一方案是在定子水冷却器的基础上进行升级改造，水冷发电机循环水通过板式冷却器和冷却水进行热量交换。此方案可以很好的解决上一方案冷媒泄露的问题。因为水冷发电机循环水并未直接和冷媒直接接触，循环水通过冷却水间接和冷媒进行换热。如果发生冷媒泄露也不会污染到水冷发电机内的循环水。但是因为多了一个换热设备，此方案效率较上一方案会比较下面将讨论上述方案设计图中与冷媒进行热量交换的换热器类型选择。如今常见的换热器类型有管壳式换热器和板式换热器。通过比较管壳式换热器和板式换热器优缺点，一般选择板式换热器，主要原因分析如下。a.传热系数高管壳式换热器相较于板式换热器传热系数比较低因为比起板式换热器，管壳式换热器换热面积更小。由传热学的知识可知，换热面壳体封头换热管折流板管板壳体封头b.占地面积小板式换热器结构更加紧凑，同时换热面积也大于管壳式换热器，在换热量相同板式换热器也有许多缺点，比如不能在高压(2.5Mpa以上)、高温(250℃以上)条件下稳定工作。但冷媒压力一般稳定在0.4Mpa即可进行合适的热交换，此外冷媒、循环水及冷却水温度远远达不到250℃,所以板式换热器是最佳选择。5LNG和冷媒进行热交换的换热器设计也是需要考虑的重点。除去之前介绍的立式换热设备(系统如下图所示),下面会分析两种一体化换热设备，它们各有优缺立式立式换热设备年能用户冷媒泵媒冷冷媒1进行换热，冷媒1吸热液化依靠重力作用落入U型槽。在U型槽内，冷媒1和冷媒2进行换热。冷媒1换热升温气化，上升到换热设备顶部再次和LNG换热，以此完成冷媒1和LNG的热量交换循环。冷媒2和冷媒1换热后降温。至此，LNG冷能传递至冷媒2,由冷媒2将冷量提供给冷能用户。B型一体化换热设备结构如图所示。B型换热设备不采取A型换热设备的U型槽，而是让冷媒2和LNG一样在管道内流动。通过隔板将LNG管道和冷媒2管道隔开。隔板上有小孔以便于冷媒1的流动，和LNG换热降温液化后通过小孔和冷媒2换热。LNG进入换热设备和冷媒1进行换热。换热后，冷媒1降温液化，通过隔板的小孔流经换热设备下部的冷媒2管道，和冷媒2进行换热。换热后，冷媒2放热降温，冷媒1吸热升温变为气体，再次通过隔板的小孔升到换热设备的顶部和LNG换热，这样完成冷媒1和LNG的换热循环。至此，LNG冷能传递至冷媒2,由冷媒2将冷能传递给冷能用户。冷媒1冷媒2冷能用户结合上文分析，两类新型换热设备的差异在于换热设备的结构不同导致冷媒系统、制造难度及系统操作等特点不同。可以得出：7(1)立式换热设备采用了立式安装形式，高度比较高，安装不方便。立式换热设备只使用一种冷媒，冷媒直接和LNG进行换热，所以设备结构比较简单，造价成本低，也减轻了运行费用。但是由于使用乙二醇水溶LNG温差很大，可能会是冷媒降温到凝固，堵塞传热设备，使换热循环中断。此(2)A型换热设备和B型换热设备使用两种冷媒。A型和B型换热设备冷媒2一般也会选取乙二醇水溶液。冷媒1作为LNG和乙二醇水溶液的换热介质。冷媒1在换热过程中需要在液态和气态两种状态转化，液态时依靠重力不需要其他动力下落与乙二醇水溶液换热，气态时依靠自身的升力和LNG换热，不需要其他的动力设借助冷媒系统储存冷能，可以将供气高峰期过剩的冷能储存在冷媒系统。当供气量不足使得LNG的气化量降低时，冷用户急需的冷能可以从储存的冷媒系统中获冷媒循环系统主要由低温储罐(包含相变储能材料)、高温储罐、冷媒与天然气换热器、低温冷媒与高温冷媒换热器等四部分组成，这四部分构成了连接LNG气化(1)冷媒在释放冷量的过程并不是稳定，通过设置冷媒系统可以很好地解决这一问题。利用冷媒系统的冷媒常温储蓄罐和冷媒低温储蓄罐，可以稳定冷媒释放冷量的过程。当和冷媒进行换热的冷却设备需要的冷量波动时，冷媒系统可以根据这(2)冷媒换热要考虑两件事。首先是冷媒的冷能利用，保证冷媒可以满足冷能用户的需求。另一件需要考虑的事是提供冷能给冷能用户后，如何回收冷媒。冷媒不是一次性的，如果不考虑回收冷能，就会增加冷媒冷能交换的成本。所以利用冷媒系统的另一大作用就是及时高效地回收冷媒，保证冷媒的运营成本。此外，还能保证LNG的气化过程和冷能回收过程可以依照下游用户的需(3)LNG直接和冷能用户进行热量交换具有很高的效率，但是LNG和冷能用户必须在高压的条件下才可以进行高效地热量交换。引入低换热条件，LNG不需要再很高的压力下8换热，然后通过冷媒和冷能用户进行换热。这样可以极大地减少成本，管线运输材料也有了更多经济的选择；(4)所接收LNG冷能的冷能用户并不单一，LNG冷能可以应用在很多地方。就比如上一章所提到的对汽轮机的排汽进行冷却还可以进行冷能发电。不同冷能用户所需要的冷能水平标准是不一样的，建立冷媒系统，可以更好地分级利用LNG冷能。从而最大化利用LNG冷能；(1)理想冷媒特性分析理想冷媒应该满足蒸发潜热大、冷凝压力低、凝固温度低、蒸发压力高、临界温度高的物理特性，此外对于气态冷媒其比容积小，液态冷媒其密度要高并且可以溶于冷冻油等特点。理想冷媒应该满足化学性质稳定、对环境无污染性、没有腐蚀性、没有毒性的化学特性。除了上诉物理特性和化学特性的要求外，近年来对环境是否有污染性、全球变暖潜等新指标也值得引起重视。a.氟利昂氟利昂是一种无色，无味、无毒、无腐蚀性的气体。它已有60多年的使用历史。氟利昂因为其液化特性很好，所以是目前市面上绝多大数致冷剂都使用氟利昂。全世界曾经广泛使用氟利昂12作为制冷剂，尤其在空调制冷上广泛使用。现在氟利昂仍然是我国和大多数国家在制冷剂选取上的首选。然而氟利昂也有诸多缺点。氟利昂11和氟利昂12尤甚，它们都具有很强的渗透能力，非常容易泄露，而且不容易被发现。氟利昂气体遇到明火，可能会迅速地分解为带有毒性的氟化氢和氯化氢，并且随之释放出有毒性的光气。更严重的问题就是这种气体逸散到环境中对于臭氧层具有很强大的破坏性，造成臭氧层的空洞现象。如今虽然国际上已经禁止将氟利昂11和氟利昂12作为致冷剂来使用，但并未禁止使用氟利昂22作为制冷剂。b.乙二醇水溶液乙二醇是一种没有颜色没有臭味有一点粘度的液体，沸点为197.4℃,冰点是-11.6℃。乙二醇可以与水以任意比例掺混。混合后冷却水的蒸气压会发生改变，在一般范围内其降低程度随着乙二醇的含量增加而降低，并且凝固点也会明显降低，当乙二醇的含量值是72%时，冰点温度可以降低到-72℃。如果超出这个临界值，冰点不会按预期中下降反而会上升。但是乙二醇水溶液的比热容比较低而且相对密度9比较高，传热性能不如水，所以需要更大的换热面积。在使用过程中，乙二醇水溶液具有很好的氧化性，所以很容易发生酸碱中和反应从而生成酸性物质，所以要避免乙二醇溶液和金属接触，以免腐蚀金属。氨冷媒几乎完全具有冷媒必要的优点。氨的制作工艺经过多年发展已经很成熟了，所以制备氨很容易。而且氨不会破坏臭氧层，所以不会导致温室效应。在冷凝器和蒸发器中的压力适中。尤其以潜热大、价格低廉及不会破坏环境最为显著的特性而成为最适合做冷媒物质的一种。但也有诸多缺点。氨制冷剂易燃、有毒性，遇水后对青铜合金、铜和锌具有强腐蚀性。此外还有强烈的刺鼻气味。使用氨做制冷剂的制冷系统要满足两个