液化天然氣(LNG)冷能發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化研究.pdf

1、天然氣以其高效、清潔的性能和廣泛的用途，已成為本世紀(jì)主要的能源之一，并日益呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。但是由于天然氣地區(qū)分布的不均，推動(dòng)了世界LNG市場(chǎng)的繁榮。從我國(guó)目益嚴(yán)峻的能源需求和長(zhǎng)遠(yuǎn)的能源安全角度考慮，我國(guó)在沿海地區(qū)陸續(xù)建設(shè)了一批LNG接收站。由于LNG在利用的過(guò)程中，本身氣化并釋放大量的冷能，構(gòu)建合理的循環(huán)電站是高效利用LNG冷能的最有效方式之一，本文據(jù)此對(duì)LNG低溫朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)展開(kāi)研究，主要內(nèi)容如下：
　　 查閱、研究并總結(jié)

2、了大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，了解了國(guó)內(nèi)外關(guān)于LNG冷能利用現(xiàn)狀，針對(duì)冷能發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)方式和工質(zhì)選擇以及系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題展開(kāi)研究，分析并總結(jié)出目前尚未解決的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上確立主要的研究?jī)?nèi)容。
　　 在對(duì)LNG熱物性進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)上，提出LNG液相區(qū)、近似常溫潛熱區(qū)、變溫潛熱區(qū)和氣相區(qū)四段冷能利用分段模型，并以單級(jí)低溫朗肯動(dòng)力循環(huán)為基礎(chǔ)展開(kāi)分析。通過(guò)對(duì)不同循環(huán)方式進(jìn)行分析表明，亞臨界飽和循環(huán)發(fā)電方式是LNG冷能構(gòu)建朗肯循環(huán)

3、的最佳選擇方式；通過(guò)對(duì)亞臨界飽和循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行分析表明，循環(huán)工質(zhì)的冷凝溫度基于LNG側(cè)溫度和壓力參數(shù)來(lái)確定，對(duì)于不同工質(zhì)，均存在最佳蒸發(fā)溫度使得系統(tǒng)凈發(fā)電量最大。
　　 利用LNG冷能構(gòu)建亞臨界飽和朗肯循環(huán)，其工質(zhì)的選擇除了要考慮工質(zhì)的系統(tǒng)凈發(fā)電量、安全性、GWP值等通用性原則外，還應(yīng)考慮熱源的溫度應(yīng)該低于工質(zhì)的臨界溫度，以期能夠構(gòu)建亞臨界朗肯循環(huán)；同時(shí)還應(yīng)考慮工質(zhì)在冷凝器中的飽和冷凝壓力不應(yīng)低于常壓，以減少維持真空度而增

4、加的額外投資和運(yùn)行功耗，提高凈發(fā)電量?；谝陨显瓌t，本文從文獻(xiàn)中篩選出R152a、R407C、R600、R1270、R600a、R290、R134a、R143a、R404A、R410A、R507A、Kr、R50、R1150、R170等工質(zhì)進(jìn)行分析，以系統(tǒng)凈發(fā)電量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)果表明：當(dāng)冷凝溫度較低，小于-45℃時(shí)，可選擇R1150、R170等作為備選工質(zhì)；當(dāng)冷凝溫度較高，大于-25℃時(shí)，可選擇R152a、R407C等作為備選工質(zhì)；當(dāng)冷凝

5、溫度介于二者之間時(shí)，可選擇R1270、R290等作為備選工質(zhì)。
　　 傳統(tǒng)的（火用）分析方法能夠指明循環(huán)流程及其每個(gè)設(shè)備的（火用）損失，并提出改善的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，但它無(wú)法給出按照改進(jìn)方向所建立的不同流程方案之間的優(yōu)劣，而窄點(diǎn)分析法可以彌補(bǔ)（火用）分析法的不足，進(jìn)而可以有方向有目的的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)不同的方案作出評(píng)價(jià)。本文將兩種方法的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，提出T-Ω-H圖的綜合評(píng)價(jià)分析方法。在基本朗肯循環(huán)（火用）分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合LNG的冷

6、能利用分段模型，提出了三種優(yōu)化改進(jìn)方案，并通過(guò)T-Ω-H圖進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，最終確定了最優(yōu)的兩級(jí)帶抽氣LNG冷能發(fā)電方案。
　　 海水熱源容易受到地域和季節(jié)的影響，通過(guò)對(duì)不同的海水溫度對(duì)LNG冷能發(fā)電系統(tǒng)的影響分析表明，熱源溫度越高，循環(huán)系統(tǒng)最佳蒸發(fā)溫度越高，系統(tǒng)的凈發(fā)電景也越大；本文同時(shí)針對(duì)小型LNG氣化衛(wèi)星站提出以太陽(yáng)能熱水為熱源構(gòu)建的低溫冷能發(fā)電及冷凍水制備的復(fù)合系統(tǒng)，分析綜合考慮了冷源和熱源的綜合價(jià)值，結(jié)果表明系統(tǒng)（火用）效