第12章液化天然气冷能利用讲解备课讲稿.docx
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第12章液化天然气冷能利用讲解备课讲稿
第12章液化天然气的冷能利用李兆慈
中国石油大学（北京
LNG使用时需重新转化为常温气体,温度由-162℃复温至常温,大量的可用冷能释放出来,其值大约是837kJ/kg。
经换热重新气化在论上利的冷量约为1吨LNG经换热重新气化在理论上可利用的冷量约为250kW.h。
对于一座年接收能力为300万吨LNG的接收终端,年可利用冷能达7.5亿kW.h。
如何合理利用这些制冷量是一个影响
如何合理利用这些制冷量是个影响经济效益的重要问题。
大型LNG接收终端在LNG气化时若不采取冷能回收措施,则需要通过大量的海水进行热交换,低温海水向海中排放,还会影响到局部海域的生态平衡,造成冷污染。
利用LNG冷能的方法可分为直接利用和间接利用
1LNG低温联合发电技术
1.LNG低温联合发电技术
利用LNG冷能发电在应用领域中使用较多,技术比较成熟
技术比较成熟。
●天然气直接膨胀发电
●朗肯循环发电
●LNG燃气轮机冷量综合利用发电系统
●组合利用冷量的发电系统
1天然气直接膨胀发电
直接膨胀发电是其中一种重要方式。
过程中所作天然气从（p1,T1等熵膨胀至（p2,T2过程中,所作的功为
LNG储罐中的LNG经低温泵加压后,在气化器中受热气化为高压天然气,然后把LNG的物理火用在高压气化时转化成压力火用直接驱动膨胀机在高压气化时转化成压力火用,直接驱动膨胀机,
带动发电机发电。
这种方法原理简单,但是效率不高,发电功率较小,冷能回收效率仅为24%。
2朗肯循环发电
通过朗肯循环利用LNG冷能发电是采用较多的一种方式
方式。
通过冷凝器把冷能转化到某通过朗肯循环将LNG通过冷凝器把冷能转化到某一冷媒上,利用LNG与环境之间的温差,推动冷媒进行蒸气动力循环,从而对外做功。
最基本的蒸气动力循环为朗肯循环,见图7-11。
朗肯循环由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵组成。
锅
图7-11朗肯循环
炉
a流程图b『-s图
图朗肯循环a流程图bT-s图
中水在锅炉和过热器中定压吸热由未饱和水变为过热在过程4-1中,水在锅炉和过热器中定压吸热,由未饱和水变为过热蒸气;在过程1-2中,过热蒸气在汽轮机中膨胀,对外作功;在过程2-3中,作功后的乏气在冷凝器中定压放热,凝结为饱和水;在过程3-4中,水泵消耗外功,将凝结水压力提高,再次送入锅炉。
朗肯循环的对外净功为汽轮机作功w
T
与水泵耗
功w
p
之差,后者相对来说很小
朗肯循环的效率为循环净功与从锅炉的吸热量之比
通常,冷凝器采用冷却水作为冷源。
这样,循环的最低温度就限制为环境温度。
LNG的汽化温度很低（-162℃,秋冬季由于海水本身温度较低在海水汽化器大量放热有结冰季由于海水本身温度较低,在海水汽化器大量放热,有结冰
的危险。
另一方面,蒸汽轮机排出的水蒸气在冷凝器中由冷媒水冷却,这部分冷媒水吸收热量后,温度有了明显升高。
因此,对于LNG汽化来说,可以利用冷媒水汽化LNG,既避免了结冰的危险,又降低了汽化费用。
低温朗肯循环发电装置流程图
1—2—3—4—
1涡轮机2减速器3发电机4天然气加热器5—丙烷蒸发器6—丙烷泵7—LNG蒸发器
根据中间媒质的不同有单工质混合工质
根据中间媒质的不同,有单工质、混合工质的朗肯循环系统之分。
单工质朗肯循环系统一般使用纯的甲烷或乙烯,其实用装置冷能回收量大约为18%。
混合工质朗肯循环系统工质为碳氢化合物的混合物,工质冷凝器采用多流体换热器,在换热器中LNG利用工质自身的显然和潜入进行预热或部分气化,然后在蒸发器中全部气化进入输气管线。
采用此系统只用了一级朗肯循环就可得到相当多的动力,整个系统效率约为36%。
目前使用较多的是膨胀发电和郎肯循环方式的结合,结合使用的能量利用率比两个单独的系统要高,但冷热能的回收效率也只能达到36%。
复合朗肯循环发电
3LNG燃气轮机冷量综合利用发电系统
最简单的燃气轮机装置主要由
压气机燃烧室燃气轮机组成
压气机、燃烧室、燃气轮机组成,其循环近似简化为如图所示的燃气
轮机定压机热循环（布雷顿循环。
理想的布雷顿循环由定熵压缩过
程1-2i定压加热过程2i-3、定熵膨胀
过程3-4i,和定压放热过程4i-1组成。
实际循环中定熵过程实际上不可
实际循环中,定熵过程实际上不可能达到,在图中,点2i和4i,分别变
化为点2和4。
燃气轮机入口的空气温度对燃气透平的工作效率有明显影响,可以利用LNG冷量预冷空气,以提高机组效率增加发电量
效率,增加发电量。
这是由于随着温度的降低空气密度变大相同这是由于随着温度的降低,空气密度变大,相同体积下进入燃气轮机空压机的空气量随之增加,燃烧效果更佳。
由于
LNG的汽化温度较低,空气的冷却是以LNG作为冷源,用一种乙二醇溶液作为中间载冷剂,将冷量由LNG传递给空气,易挥发的物质（醇溶液作为中间载冷剂将冷量由传递给空气如图所示。
冷却温度必须严格控制在0℃以上,以防止水蒸气冻结在冷却器表面。
在冷却装置以后,应设置汽水分离装置,以防止水滴进入压缩机。
如果直径大于40pm的水滴进入压缩机,对压缩机叶片有潜在的液体冲击腐蚀的可能水滴冲击金属表面能导致金属表面微裂纹的发展产冲击腐蚀的可能,水滴冲击金属表面能导致金属表面微裂纹的发展,产生表面疤痕,并可能导致轴系振动加大。
以LNG为动力的燃气轮机还可以采取其它形式利用冷量。
图7-18示出一个综合采用低温朗肯循环、两级天然气-162直接膨胀等冷量利用方式的燃气轮机系统。
状态为162℃、
5.3MPa的LNG的低温冷量通过三级设备得到利用。
第一级是用于丙烷朗肯循环的冷凝器,循环以海水作为热源。
通过冷凝器后,LNG-35℃、5.0MPa
为热源通过冷凝器后汽化为的天然气,先后通过两个膨胀机膨胀作功后,进入燃气轮机作为燃料在膨胀机前后共有个海水换热器来升高天然气为燃料,在膨胀机前后共有三个海水换热器来升高天然气温度。
这样的设计充分利用了LNG的冷量,但设备增加较多,应按热经济学方式分析具体运用对象以确定其合理性应按热经济学方式分析具体运用对象,以确定其合理性。
是种新型发电技术天然LNG燃气轮机联合循环发电是一种新型发电技术,天然气燃烧驱动燃气透平发电,燃气透平排出的大量高温废气进入余热锅炉回收热量,产生蒸汽驱动蒸汽透平发电。
该循环热效率高达55%。
综合利用LNG冷量与燃气轮机联合循环中的废热,可以有效提高燃气轮机联合循环整个系统的热效率,降低了燃气发电的成本。
其中LNG冷能主要的可利用方式为:
①燃气轮机入口空气的冷却②蒸汽余热汽化LNG③蒸汽余热作为分离塔再沸器的热源。
的热源
4组合利用冷量的发电系统
图7-24是一个更为复杂的组合利用LNG冷量的联合循环系统基本联合循环由以天然气为燃料的台燃气轮机环系统。
基本联合循环由以天然气为燃料的一台燃气轮机
（GAS-T和一台蒸汽轮机（ST-T构成,并配有用于回收蒸汽轮机乏汽冷凝潜热以及燃气轮机排气显热的一台采用氟利（FRT
昂混合制冷剂朗肯循环的透平（FR-T和天然气膨胀透平（NG-HT和NG-LT。
分析表明,在以3.6MPa供给天然气时,每蒸发1t液化天然气可发电400kW·h,其中包括回收LNG冷60kW·h蒸发出来的天然气大部分在经过循环后重新量的60kWh。
蒸发出来的天然气大部分在经过循环后重新被液化,只有小部分作为燃料消耗掉。
2G
2LNG轻烃回收
LNG接收终端接收不同来源的LNG。
通常情况下接收终端接收的热值较高而向下游供气的LNG热值较高,而向下游供气的
天然气产品却要求热值较低。
烃脱除法是LNG热值调整的主要方法。
通过处理设备,将LNG中一部分较重的高热值的组分（等除去以降低较重的、高热值的组分（C2、C3等除去,以降低天然气中重组分的含量及其热值。
在接收终端进行LNG轻烃回收,可以利用LNG的冷能。
利用LNG冷量进行轻烃回收流程简图
组分的分析可以从
根据LNG组分的分析,可以从C2+提取出大量的LPG-丙烷和丁烷,供应本地市场;另一方面C2+含有大量的C2、C3烷烃和主要由C3、C4构成的凝析油,都是乙烯工业的极好原料
都是乙烯工业的极好原料。
研究表明,LNG的冷能用于C2+分离、和裂解制乙烯装置中的裂解产物深冷分离,是LNG冷量利用的最佳途径在利用冷能进行轻烃分离的同时还最佳途径。
在利用LNG冷能进行轻烃分离的同时,还可以实现轻烃分离与发电集成优化,进一步扩大能源的集约效益。
1冷量利用
1冷量利用
2调整热值
3提高经济效益3提高经济效益
3液化空气及干冰生产
空分工厂在制造液氮、液氧和液氩时,通常低温环境由电力驱动的机械制冷产生,液化1m3空气大约需要的冷能产生这些冷能需要大量的电力
2700kJ的冷能,产生这些冷能需要大量的电力。
空分装置属于高能耗设备,通常的低温环境都是由电力驱动的机械制冷产生的。
由制冷原理可知,随着温度的降低其消耗的电能将急剧增加,因此空分装置不但需要的冷量大而且所需的冷量的品位要求更高
需要的冷量大,而且所需的冷量的品位要求更高。
利用LNG汽化时提供的冷能来冷却空气,不但使所需能耗大幅度降低,而且使空分系统的流程简化,设备减少。
可以减少能耗30%~5%,减少冷却水30%左右。
空分装置中利用LNG冷能是技术上最合理的方式。
空气液化装置流程图
1—过滤器;2—压缩机;3—净化器;4、10—换热器;5—主精馏塔;6—氩净化器;7—氢罐;8—氩塔;9—循环氮压缩机;11—天然气加热器;12—液氩贮槽;13—液氮贮槽;14—液氧贮槽。
的冷能很容易获得冷却和液化利用LNG的冷能,很容易获得冷却和液化CO所需要的低温。
与传统的CO液化工艺相2所需要低传2液比,制冷设备的负荷大为减少,电耗也降为原来的30%~40%。
44LNGLNG汽车冷能回收
1LNG1LNG冷藏运输车冷能回收
LNG冷能回收用于汽车冷藏车示意图
1-气体发动机;2-加热器;3-控制阀;4-LNG储液罐;5-冷冻货物;6-热交换器
2LNG
2LNG汽车空调
利用LNG冷量供给空调系统,是回收LNG汽车冷量的新型方式。
空调环境必须保证一定的温度和湿度,利用LNG的潜热或显热直接与空气进行换热显然是不可行的,容易造成空气中水蒸气、CO2等气体的冻结,使换热器流道阻塞,无法正常工作
法正常工作。
此外,汽车空调负荷是变化的,保证空调制冷量的调节也是非常重要的。
将LNG冷能回收用于汽车空调面临如何降LNG
低与空气之间的换热温差、如何保证供冷调节等技术难题。
小轿车、公交车、重型卡车
5区域冷、热、电联供
LNG冷能可作为区域冷、热系统中大型中央空调系统的冷源,供气系统通过换热将LNG气化供城市工
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