中小型LNG气化站冷能利用研究
发布时间：2022-01-22 09:21
目前天然气占国内能源消费的比重越来越大,由于管道气供应不足,我国进口了大量的液化天然气（LNG）。大型的LNG气化站冷能利用研究广泛,在气化站建设时就同期规划了冷能利用项目。中小型气化站冷能利用研究较少,常采用空浴式气化器进行气化,除了造成资源浪费,在站内也容易形成冷雾,会腐蚀站内设备,影响工作人员身体健康。对LNG冷能进行有效利用是保证LNG产业的可持续发展的前提。本文采用数值模拟与理论分析相结合的方法,对中小型LNG气化站冷能利用进行研究。本文基于中小型气化站的特点,研究并筛选出合适的冷能利用方式。根据气化站区位特点（周边有无工业余热）,提出不同的冷能利用方案。对于有工业余热可以利用的中小型气化站,以工业余热为热源,以LNG为冷源,提出了两种LNG冷能用于朗肯循环发电和CO2液化回收的新流程,并对流程进行了模拟和性能分析;对于无工业余热可以利用的中小型气化站,提出了一种LNG冷能与太阳能联合发电循环流程,并对其进行模拟和性能分析。得到的结论如下:对于周边有工业余热可利用的中小型气化站,提出的流程1和2?效率最高可达到49.70%和51.03%,对应的比功为23...
【文章来源】：长江大学湖北省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
009年～2016年我国LNG进口量Figure1-1ImportsofLNGinChinafrom2009to2016
第1章绪论21.2国内外研究现状为确保LNG产业的健康发展，多国都建设了冷能利用项目。日本冷能利用的历史悠长，迄今约为40年，冷能主要用于发电、空气分离和冷库等项目。法国、韩国、日本建设了冷能发电、空气分离、低温冷库等项目[5]。中国、美国和俄罗斯等国家也相继建设多种LNG冷能利用项目。直至2018年11月，中国、日本、美国等62个国家在全球约建设了298座LNG接收站。1.2.1冷能发电LNG冷能发电包括直接发电法和间接发电法。冷能直接发电包括直接膨胀法、朗肯循环法、联合循环法、布雷顿循环法等；间接发电法是利用冷能冷却燃气轮机的进口空气温度，从而增加燃气轮机的输出功。日本国内的LNG冷能约有70%用于发电，主要采用直接膨胀发电法和联合循环发电法，是世界上冷能利用率较高的国家。1.2.1.1直接发电法（1）直接膨胀法工艺流程如图1-2，通过低温泵将LNG增压至较高压力后经过换热器升温气化，气体通过透平膨胀机膨胀做功，将LNG压力能转化为电能，主要是利用了LNG的压力。使用多级膨胀流程可以改善系统的性能，提高系统的净发电量和效率[6]。直接膨胀法流程简单、占地面积小，但是冷能利用率较低，通常与其他发电方式结合使用。图1-2直接膨胀工艺流程图Figure1-2Flowchartofdirectexpansionprocess（2）朗肯循环法工艺流程如图1-3，利用低沸点的中间介质，以LNG冷源和自然热源（空气、太阳能、地热能）或是人工热源（工业中低温余热）的温差驱动二次冷媒的朗肯循环，将LNG的低温转化为电能，朗肯循环发电法是LNG冷能最常用的发电方式，发电效率高于直接膨胀发电法，但是流程较为复杂，另
第1章绪论3外LNG高于冷媒冷凝温度的那部分深冷没有得到利用，限制了LNG冷能的利用率。图1-3朗肯循环工艺流程图Figure1-3Rankinecycleprocessflowchart（3）联合循环法工艺流程如图1-4，经低温泵增压后的LNG与循环介质换热，液化后的低温介质经工质泵增压后与自然热源或是人工热源换热气化，气化后的介质经过透平膨胀机膨胀作功。换热后的LNG升温气化后经透平膨胀机膨胀作功。联合循环法可以较为充分利用LNG的压力和低温，冷能利用率高于单一的直接膨胀法和朗肯循环法，但是流程设备的复杂性较高。图1-4联合循环工艺流程图Figure1-4ProcessFlowChartofCombinedCycle（4）布雷顿循环法工艺流程如图1-5，LNG经低温泵增压后在换热器中与氮气换热，降温后的氮气经压缩机增压至较高压力在换热器中与工业余热换热升温，高温高压的氮气进入透平膨胀机作功，膨胀后的乏气被LNG冷却降温。与氮气换热后的LNG部分气化再与工业余热换热后变成高温气体后再进入膨胀机膨胀作功。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于太阳能和LNG冷能的朗肯循环系统热力学分析[J]. 杨键萍,潘振,张丽,张娜. 辽宁石油化工大学学报. 2019(02)
[2]一种天然气液化和CO2捕集相结合的余热回收发电系统[J]. 张丽,王文武,张智恩,刘培胜,文江波,董亮. 化工学报. 2019(01)
[3]基于混合工质的LNG冷能分段利用研究[J]. 薛倩,王晓霖,刘名瑞,李遵照. 工程热物理学报. 2018(06)
[4]二氧化碳开发干热岩技术展望[J]. 贺凯. 现代化工. 2018(06)
[5]有机朗肯循环发电系统设计及实验研究[J]. 黄理浩,陶乐仁,郑志皋,梁浩,王刚,申玲. 制冷学报. 2018(02)
[6]波动热源下ORC发电系统的动态运行特性[J]. 曹泷,张鸣,刘秀龙,徐进良. 热能动力工程. 2018(03)
[7]基于?分析方法的LNG冷能轻烃回收工艺优化[J]. 马国光,李雅娴,张晨. 油气储运. 2018(02)
[8]基于变压吸附制氮系统的BOG再冷凝工艺[J]. 薛鹏,张引弟,杨建平,伍丽娟,田磊,沈秋婉,史宝成,张兴凯. 天然气工业. 2017(12)
[9]利用LNG冷能与Brayton循环及ORC联合发电系统[J]. 梁莹,管延文,蔡磊,刘文斌,向艳蕾,韩逸骁. 煤气与热力. 2017(12)
[10]浅析我国膜法海水淡化技术应用研究进展[J]. 李江. 中国水利. 2017(13)
硕士论文
[1]LNG接收站冷能用于发电与制冰工艺研究及优化[D]. 龚美茹.华南理工大学 2018
[2]LNG卫星站冷热电联产工艺研究[D]. 张自波.西南石油大学 2016
[3]低温有机物朗肯循环实验研究[D]. 谢攀.华中科技大学 2016
[4]LNG冷能用于液体C02及干冰制备过程工艺开发及优化[D]. 赵建河.华南理工大学 2015
[5]LNG轻烃回收技术研究及其过程分析[D]. 何友祥.西安石油大学 2015
[6]LNG冷能用于冷库—冷水的联合技术开发及应用研究[D]. 杨春.华南理工大学 2014
[7]利用LNG冷能的朗肯循环系统改进研究[D]. 崔国彪.西南石油大学 2014
[8]液化天然气（LNG）冷能发电系统的优化研究[D]. 杨红昌.北京工业大学 2010
本文编号：3601941
【文章来源】：长江大学湖北省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
009年～2016年我国LNG进口量Figure1-1ImportsofLNGinChinafrom2009to2016
第1章绪论21.2国内外研究现状为确保LNG产业的健康发展，多国都建设了冷能利用项目。日本冷能利用的历史悠长，迄今约为40年，冷能主要用于发电、空气分离和冷库等项目。法国、韩国、日本建设了冷能发电、空气分离、低温冷库等项目[5]。中国、美国和俄罗斯等国家也相继建设多种LNG冷能利用项目。直至2018年11月，中国、日本、美国等62个国家在全球约建设了298座LNG接收站。1.2.1冷能发电LNG冷能发电包括直接发电法和间接发电法。冷能直接发电包括直接膨胀法、朗肯循环法、联合循环法、布雷顿循环法等；间接发电法是利用冷能冷却燃气轮机的进口空气温度，从而增加燃气轮机的输出功。日本国内的LNG冷能约有70%用于发电，主要采用直接膨胀发电法和联合循环发电法，是世界上冷能利用率较高的国家。1.2.1.1直接发电法（1）直接膨胀法工艺流程如图1-2，通过低温泵将LNG增压至较高压力后经过换热器升温气化，气体通过透平膨胀机膨胀做功，将LNG压力能转化为电能，主要是利用了LNG的压力。使用多级膨胀流程可以改善系统的性能，提高系统的净发电量和效率[6]。直接膨胀法流程简单、占地面积小，但是冷能利用率较低，通常与其他发电方式结合使用。图1-2直接膨胀工艺流程图Figure1-2Flowchartofdirectexpansionprocess（2）朗肯循环法工艺流程如图1-3，利用低沸点的中间介质，以LNG冷源和自然热源（空气、太阳能、地热能）或是人工热源（工业中低温余热）的温差驱动二次冷媒的朗肯循环，将LNG的低温转化为电能，朗肯循环发电法是LNG冷能最常用的发电方式，发电效率高于直接膨胀发电法，但是流程较为复杂，另
第1章绪论3外LNG高于冷媒冷凝温度的那部分深冷没有得到利用，限制了LNG冷能的利用率。图1-3朗肯循环工艺流程图Figure1-3Rankinecycleprocessflowchart（3）联合循环法工艺流程如图1-4，经低温泵增压后的LNG与循环介质换热，液化后的低温介质经工质泵增压后与自然热源或是人工热源换热气化，气化后的介质经过透平膨胀机膨胀作功。换热后的LNG升温气化后经透平膨胀机膨胀作功。联合循环法可以较为充分利用LNG的压力和低温，冷能利用率高于单一的直接膨胀法和朗肯循环法，但是流程设备的复杂性较高。图1-4联合循环工艺流程图Figure1-4ProcessFlowChartofCombinedCycle（4）布雷顿循环法工艺流程如图1-5，LNG经低温泵增压后在换热器中与氮气换热，降温后的氮气经压缩机增压至较高压力在换热器中与工业余热换热升温，高温高压的氮气进入透平膨胀机作功，膨胀后的乏气被LNG冷却降温。与氮气换热后的LNG部分气化再与工业余热换热后变成高温气体后再进入膨胀机膨胀作功。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于太阳能和LNG冷能的朗肯循环系统热力学分析[J]. 杨键萍,潘振,张丽,张娜. 辽宁石油化工大学学报. 2019(02)
[2]一种天然气液化和CO2捕集相结合的余热回收发电系统[J]. 张丽,王文武,张智恩,刘培胜,文江波,董亮. 化工学报. 2019(01)
[3]基于混合工质的LNG冷能分段利用研究[J]. 薛倩,王晓霖,刘名瑞,李遵照. 工程热物理学报. 2018(06)
[4]二氧化碳开发干热岩技术展望[J]. 贺凯. 现代化工. 2018(06)
[5]有机朗肯循环发电系统设计及实验研究[J]. 黄理浩,陶乐仁,郑志皋,梁浩,王刚,申玲. 制冷学报. 2018(02)
[6]波动热源下ORC发电系统的动态运行特性[J]. 曹泷,张鸣,刘秀龙,徐进良. 热能动力工程. 2018(03)
[7]基于?分析方法的LNG冷能轻烃回收工艺优化[J]. 马国光,李雅娴,张晨. 油气储运. 2018(02)
[8]基于变压吸附制氮系统的BOG再冷凝工艺[J]. 薛鹏,张引弟,杨建平,伍丽娟,田磊,沈秋婉,史宝成,张兴凯. 天然气工业. 2017(12)
[9]利用LNG冷能与Brayton循环及ORC联合发电系统[J]. 梁莹,管延文,蔡磊,刘文斌,向艳蕾,韩逸骁. 煤气与热力. 2017(12)
[10]浅析我国膜法海水淡化技术应用研究进展[J]. 李江. 中国水利. 2017(13)
硕士论文
[1]LNG接收站冷能用于发电与制冰工艺研究及优化[D]. 龚美茹.华南理工大学 2018
[2]LNG卫星站冷热电联产工艺研究[D]. 张自波.西南石油大学 2016
[3]低温有机物朗肯循环实验研究[D]. 谢攀.华中科技大学 2016
[4]LNG冷能用于液体C02及干冰制备过程工艺开发及优化[D]. 赵建河.华南理工大学 2015
[5]LNG轻烃回收技术研究及其过程分析[D]. 何友祥.西安石油大学 2015
[6]LNG冷能用于冷库—冷水的联合技术开发及应用研究[D]. 杨春.华南理工大学 2014
[7]利用LNG冷能的朗肯循环系统改进研究[D]. 崔国彪.西南石油大学 2014
[8]液化天然气（LNG）冷能发电系统的优化研究[D]. 杨红昌.北京工业大学 2010
本文编号：3601941
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