LNG卫星站冷热电联产工艺研究

发布时间：2017-09-29 19:40

  本文关键词：LNG卫星站冷热电联产工艺研究

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【摘要】：近年来,我国年进口天然气量不断增大,液化天然气(LNG)得到快速发展,一大批的LNG气化站和LNG卫星站迅速建立起来,LNG冷能利用研究步伐不断加快。目前,LNG冷能利用研究主要是针对沿海大型LNG气化站,而针对LNG卫星站冷能利用的研究则相对较少。为了改善现有LNG卫星站冷能发电循环高温热源及LNG低品位冷能用于空调供冷循环所存在一些不足：常用高温热源对LNG卫星站选址要求过苛刻；而单以太阳能资源为高温热源时,工艺制热不稳定,太阳能集热板面积过大；LNG低品位冷能用于空调供冷循环中,工艺供热功能缺失。本文提出一种综合利用LNG冷能梯级回收利用技术、蒸汽动力发电循环技术、空气源热泵辅助式太阳能制热技术、蓄冷蓄热技术的新型LNG卫星站冷热电联产工艺。工艺主要创新点如下：1)将LNG冷能发电与太阳能热发电两种不同的发电技术有机整合,使太阳能与LNG冷能优势互补,从而大大提高发电效益；2)充分利用太阳能季节性变化规律与社会用电负荷季节性变化规律较一致的特点,利用夏季太阳能辐射强度大、环境温度高的优势来提高工艺夏季发电量,从而缓解夏季用电高峰压力；3)设置工质预热器和工质再热器,使环境空气热源和空气源热泵辅助式太阳能制热高温热源均能得到合理利用,降低了工艺制热成本,同时在冬季环境温度较低时可通过关闭工质再热器,来降低热泵制热能耗；4)根据环境温度的不同,分季设置工艺运行参数,提高了工艺控制灵活性。通过LNG冷炯特性及换热工质自身特性分析,并结合工艺要求,确定R1270为蒸汽动力发电循环换热工质,水作为蓄冷蓄热介质。根据环境温度的不同,将工艺一年的运行时段分为供冷季、低温季、过渡季。通过Aspen HYSYS软件对工艺参数的模拟优化分析发现,在蒸汽动力发电循环中,透平发电机组入口工质温度与压力对发电循环效益影响作用十分明显：在压力一定时,工质的温度越高,其发电效益越明显；在温度一定时,发电效益先随工质压力的增大而增大,当其达到对应温度下工质的露点压力时,发电效益最大,随后急剧降低。故工艺运行时,透平发电机组入口工质压力不宜超过对应温度下的露点压力,且应有一定的安全裕量。运用TRNSYS模拟分析了太阳能辐射强度和环境温度对太阳能制热效果的影响,结果显示：太阳能辐射强度越大、环境温度越高,太阳能保证率和集热器集热效率越大；当环境温度过低时,太阳能制热效果十分低下。为了充分利用夏季太阳能辐射强度大、环境温度高的优势,同时有效回避冬季太阳能辐射强度弱、环境温度低,热泵制热成本高的劣势,对工艺制热温度采取分季控制措施：适当提高工艺夏季制热温度,适当降低工艺冬季制热温度。考虑太阳能资源季节变化特点,设在供冷季、低温季、过渡季,空气源热泵制热量分别占对应工况下工艺用热需求总量的20%、60%、40%,以此计算空气源热泵制热能耗。通过对工艺发电效益、热泵制热成本的计算,得出各工况下工艺综合经济效益,结果显示：当LNG气化量为2、6、10、14、18、20x104Nm3·d-1时,在给定的工业用电单价基础上,工艺的年度净收益额分别约为12.11万元、36.60万元、60.69万元、85.01万元、109.25万元、121.34万元,工艺经济效益较明显。综上,此新型LNG卫星站冷热电联产工艺不但能很好弥补现有LNG卫星站冷能利用工艺所存在的不足,而且能充分利用我国丰富的太阳能资源,达到冷热电联产的目的,并取得较优的经济效益。
【关键词】：LNG卫星站 冷热电联产 Aspen HYSYS LNG冷(?) TRNSYS R1270 太阳能 空气源热泵
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83;TU996
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 研究背景10
• 1.2 相关研究内容概述10-16
• 1.2.1 LNG冷能利用11
• 1.2.2 太阳能资源11-13
• 1.2.3 新型热泵技术13-15
• 1.2.4 蓄冷蓄热技术15-16
• 1.3 相关内容研究现状16-21
• 1.3.1 LNG冷能利用及冷能发电高温热源研究16-20
• 1.3.2 空气耦合式太阳热泵研究20-21
• 1.4 本文研究内容及主要创新21-23
• 1.4.1 本文研究内容21
• 1.4.2 本文创新21-23
• 第2章 工艺设计及相关理论分析23-35
• 2.1 LNG卫星站冷热电联产工艺设计23-26
• 2.1.1 LNG卫星站23-24
• 2.1.2 新型LNG卫星站冷热电联产工艺设计24-26
• 2.2 相关理论分析26-34
• 2.2.1 LNG冷炯特性分析26-29
• 2.2.2 蒸汽动力循环29-31
• 2.2.3 太阳能热利用分析31-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第3章 工艺换热工质选取35-50
• 3.1 工艺相关换热参数预设35-38
• 3.1.1 LNG气化工艺流程参数设置35-38
• 3.1.2 高温热源端循环热水温度参数设置38
• 3.2 蒸汽动力发电循环工质选取38-46
• 3.2.1 换热循环工质选择原则38-40
• 3.2.2 常见循环工质及换热工质初选40-43
• 3.2.3 蒸汽动力发电循环工质确定43-46
• 3.3 空调蓄冷蓄热介质选取46-49
• 3.3.1 蓄冷技术46-47
• 3.3.2 蓄热技术47-48
• 3.3.3 工艺蓄冷蓄热介质确定48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 LNG冷能梯级回收利用工艺分析50-68
• 4.1 ASPEN HYSYS软件介绍50
• 4.2 工艺模型建立及参数设置50-52
• 4.2.1 工艺模型建立50-51
• 4.2.2 工艺物流组分及物性包确定51
• 4.2.3 工艺流体包选择51
• 4.2.4 工艺部件及物流参数设置51-52
• 4.3 工艺模拟分析52-56
• 4.3.1 工艺运行效益分析52-55
• 4.3.2 工质预热器预热效果分析55-56
• 4.4 工艺参数优化设置分析56-67
• 4.4.1 供冷季参数优化分析57-61
• 4.4.2 低温季参数优化分析61-63
• 4.4.3 过渡季参数优化分析63-66
• 4.4.4 工质加压泵最佳出口压力分析66
• 4.4.5 工艺用热需求分析66-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第5章 空气源热泵辅助式太阳能制热工艺分析68-79
• 5.1 TRNSYS软件介绍68
• 5.2 太阳能制热工艺模拟分析68-74
• 5.2.1 太阳能制热工艺模型68-69
• 5.2.2 工艺模型部件及参数设置69-70
• 5.2.3 工艺模拟分析70-74
• 5.3 空气源热泵制热分析74-78
• 5.3.1 空气源热泵经济性评价74
• 5.3.2 工艺空气源热泵制热效益分析74-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第6章 工艺运行经济效益79-88
• 6.1 LNG冷能梯级利用经济效益分析79-81
• 6.2 空气源热泵制热成本分析81-83
• 6.3 工艺运行综合经济效益分析83-85
• 6.4 工艺运行控制85-86
• 6.5 本章小结86-88
• 第7章 结论与展望88-90
• 7.1 结论88-89
• 7.2 展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-97
• 攻读学位期间发表的论文和参与的学术活动97

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本文编号：943907