天然气冷能回收发电的工艺流程模拟

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1、万方数据节能E]^咂RGYCONSERVATION2011年第5期(总第346期)液化天然气冷能回收发电的工艺流程模拟卢涛。钟桦(北京化工大学机电工程学院，北京100029)摘要：根据勃雷登燃气动力循环和朗肯循环原理，提出一种液化天然气冷能回收发电的工艺流程，并利用ASPENPLUS软件对该流程进行了模拟，获得了流程各物流的压力、温度、流量等状态参数，各．热力过程的热功等过程参数，以及各循环热效率．总热效率等热力学性能参数，为建立高效的液化天然气冷能发电系统提供理论支持。关键词：液化天然气；冷能；发电；模拟中图分类号：TM619文献标识码：A文章编号：1004—

2、7948(2011)05—0014—03doi：103969／j．issn．1004—7948．2011．05．004引言天然气(NaturalGas，NG)作为一种环境友好型能源日益受到关注，其消费速度快速增长。天然气在常压条件下，温度降至约一1620c时液化，体积骤缩到约1／600，这为陆运槽车和远洋运输提供了可能。天然气的液化过程，需要消耗大量的压缩机轴功，要消耗大量的电能；当液化天然气(LiquefiedNaturalGas，LNG)到达用户终端时，需要将液化天然气进行气化，气化过程要释放大量的冷能(约为830kJ／kg)。天然气液化过程消耗电能，而液化

3、天然气冷能利用实际上是对天然气液化过程消耗的电能进行回收。高效合理地利用LNG冷能，可以节约能源，带来可观的经济效益和社会效益。我国的LNG冷能回收利用尚处于起步阶段，但日本、美国等发达国家非常重视LNG冷能的回收利用，他们认为，如果仅将LNG作为燃料的使用，而忽略对其冷能的利用，是莫大的资源浪费‘1

4、。国内外液化天然气冷能的利用方式，可以分为直接利用和间接利用两大类：直接利用包括发电、低温空分、冷冻仓库、液化二氧化碳、海水淡化、空调和低温养殖、栽培等；间接利用包括用空分后得到的液氮、液氧、液氩来进行低温破碎、冷冻干燥、低温干燥、水和污染物处理及冷冻食品等旧J。

5、根据各种冷量利用工艺对LNG冷量温位的需求不同，熊永强旧1等提出按照“温度对口、梯级利用”的原则逐级利用LNG的冷量，从而提高冷量的利用效率。但是，目前世界上采用这种原则对LNG冷能进行回收利用的多户集成项目非常少，大多数还是LNG冷能单一利用的项目。因而LNG冷能的利用效率非常低，许多用户需求的温位与LNG提供的冷能温度不匹配，使得LNG冷能利用存在大量浪费现象。LNG冷能发电系统是LNG冷能回收利用的一个重要方面。在LNG冷能发电系统中，用LNG燃烧或海水作为高温源，用LNG冷能作为低温源形成热量循环。一部分由高温源带入的热量产生电力，其他的热量释放给低温源

6、，用作LNG蒸发的用量M1。利用LNG冷能发电的工艺技术主要有3种：直接膨胀法、二次媒体法和联合法。其中，综合了直接膨胀法和二次媒体法的联合法对LNG冷能的回收效率最高∞J。现阶段，液化天然气冷能的利用价值日益受到重视，LNG冷能利用的研究也在国内外开展起来。本文提出一种液化天然气冷能回收发电的工艺流程，通过对该流程进行模拟，获得该系统的状态参数、过程参数和性能参数，为建立高效率的LNG冷能发电系统提供一定的理论支持。1冷能回收发电流程(见图1)通过复叠式混合动力循环，对存储在液化天然气中的冷能进行回收利用。液化天然气气化冷能回收的工艺流程包括3个循环：开口LN

7、G循环万方数据2011年第5期节能(总筚346期)ENERGYCONSERVAllONt5一rI—-PI··2--MHXI—r3—-MHX2—-4—·TI——5—-SPLITI一6)．勃雷登燃气动力循环(8一COMPI一9—-MIXl—-10——FURNACE—11—-1"2—-12一MHX2—13)，氪一水朗肯循环(16一B一17一MHXI一14一I)2—15一HEATER一16)。圈I液化夭持气气化琦麓圄收世电的工艺瀛箍田I)汗nLNO循环。液化天然气I进入到{疰化天然气泵P1中进行加压．从2通过LNG换热器MHXI吸热，从而蒸发由液态变成气卷3，随后进入到

8、LNG换热器MHX2-I，+If趺加热，获得r温度较高的天然气4，由于透平Tl对其进行做功发电，天然气的体君{膨胀，而压力和温度有所骅低。分流器SPLITI将做功后的天然气5分成阿部分．绝大部分走然气6提供给_}}i户输出．剩余的小部分天然气7作为燃烧炉中燃烧反应的燃料进入到勃雷髓燃气动力循环中来。2)勃雷叠燃气动力循环。常温常压下的空气8进人到压缩机COMPI中加压；g到具毒较高压力的夺气9，夺气9在物流混合器MIXI中与燃气动力循环的燃书}天然气7丰日遇井相混合，随后lO进^到燃烧炉FURNACE巾，天然气与空气住燃烧炉巾发生剧烈的燃烧反应．释放出巨大的能罱

9、．其中一部分热鼾进人到期