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，已成為本世紀主要的能源之一，并日益呈現(xiàn)增大的趨勢。但是由于天然氣地區(qū)分布的不均，推動了世界LNG市場的繁榮。從我國目益嚴峻的能源需求和長遠的能源安全角度考慮，我國在沿海地區(qū)陸續(xù)建設了一批LNG接收站。由于LNG在利用的過程中，本身氣化并釋放大量的冷能，構建合理的循環(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LNG低溫朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)展開研究，主要內(nèi)容如下：
　　 查閱、研究并總結

2、了大量的國內(nèi)外文獻，了解了國內(nèi)外關于LNG冷能利用現(xiàn)狀，針對冷能發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)方式和工質(zhì)選擇以及系統(tǒng)優(yōu)化過程中遇到的一些問題展開研究，分析并總結出目前尚未解決的問題，并在此基礎上確立主要的研究內(nèi)容。
　　 在對LNG熱物性進行計算的基礎上，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，并以單級低溫朗肯動力循環(huán)為基礎展開分析。通過對不同循環(huán)方式進行分析表明，亞臨界飽和循環(huán)發(fā)電方式是LNG冷能構建朗肯循環(huán)

3、的最佳選擇方式；通過對亞臨界飽和循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)進行分析表明，循環(huán)工質(zhì)的冷凝溫度基于LNG側溫度和壓力參數(shù)來確定，對于不同工質(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，還應考慮熱源的溫度應該低于工質(zhì)的臨界溫度，以期能夠構建亞臨界朗肯循環(huán)；同時還應考慮工質(zhì)在冷凝器中的飽和冷凝壓力不應低于常壓，以減少維持真空度而增

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

5、溫度介于二者之間時，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)流程及其每個設備的（火用）損失，并提出改善的重點環(huán)節(jié)，但它無法給出按照改進方向所建立的不同流程方案之間的優(yōu)劣，而窄點分析法可以彌補（火用）分析法的不足，進而可以有方向有目的的對系統(tǒng)進行改進，并對不同的方案作出評價。本文將兩種方法的優(yōu)勢相結合，提出T-Ω-H圖的綜合評價分析方法。在基本朗肯循環(huán)（火用）分析的基礎上，結合LNG的冷

6、能利用分段模型，提出了三種優(yōu)化改進方案，并通過T-Ω-H圖進行評價分析，最終確定了最優(yōu)的兩級帶抽氣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，通過對不同的海水溫度對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；本文同時針對小型LNG氣化衛(wèi)星站提出以太陽能熱水為熱源構建的低溫冷能發(fā)電及冷凍水制備的復合系統(tǒng)，分析綜合考慮了冷源和熱源的綜合價值，結果表明系統(tǒng)（火用）效