LNG冷能的梯级利用

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1、万方数据14制冷技术2006年第3期LNG冷能的梯级利用葛轶群章学来赵兰刘剑宁(上海海事大学蓄冷技术研究所上海200135)【摘要】液化天然气(LNG)中蕴含大量的冷能，具有很高的经济价值，国内外许多专家学者和商业机构提出了种种回收方案，但这些方案多数没有考虑合理用能。本文主要从能量和能质匹配的角度，利用火甩的概念，探讨如何对LNG的冷能进行梯级利用，以期达到合理用能，使火甩损失尽量减少。【关键词】液化天然气(LNG)冷能梯级利用CaSCadeUti

2、izatiOnOfLNGCOIdenergy【Abstract】LNGcontainsalotofc

3、oldenergy，whichhavehigheconomicvalue．VariousmethodstorecyclethecoldeneI·gyhavebeenputforwardbymanydomesticandforeignexpensandscholarsaswellasbusinessestablishments．Butmostofthemethodsdidnotconsiderusingthecoldeneljgyreasonably．ThispaperdiscusseshowtouseLN(；coldenergyincascademo

4、deonthebasisofenergyandqualitymatching粕dmakeuseoftheconceptofexergy，soastousethecoldenergyreasonablyandtominimizetheexergyloss．【Keywords】LNG—liquefiednaturalgas；coldenergy；cascadeutilization．O引言．天然气因具有污染小、储量丰富、单位质量热值高等优点，在石油资源日益紧张的今天，已越发受到人们的重视。天然气的生产地和消费地往往不同，因此普遍采用将天然气在低温条件下液

5、化成LNG的方式进行长途运输。在此背景下，LNG的生产和销售发展迅速，世界LNG贸易量从1964年的8万吨发展到200_4年的13182万吨¨o。每生产一吨LNG所耗功因工艺不同而有所差别，但基本在1000kJ／蚝左右心J。而在LNG接收站，一般又需将LNG通过气化器气化使用，汽化时放出很大的冷量，其中潜热值约为522kJ／kg，气态天然气从储存温度升温到环境温度的显热值约315kJ／kg。这部分冷量如不加以利用，将造成巨大的浪费，为此国内外许多专家学者和商业机构对LNG冷能提出了许多回收方案，主要为利用LNG冷能进行发电、空气分离、干冰制取、工业破

6、碎、冷冻冷藏等。但上述研究成果的着眼点大多是对LNG冷能利用的某一方面进行研究和探讨，如研究LNG冷能发电则着眼于发电流程及如何提高冷能利用率，研究LNG冷能用于冷冻冷藏则着眼于如何设计系统，以期冷库能稳定运行。这些研究对LNG冷能的利用起了很大的推动作用，但忽略了一个问题，即LNG的气化温度很低(约一162℃)，其能量品位很高，若我们将其直接应用于不需如此低温的领域(如食品冷冻冷藏)，在换热过程中必然造成大量的炯损失，这从能量有效利用的角度来看是不合理的。因此，探讨LN冷能的梯级利用，减小炯损失就显得尤为重要。1LNG冷毹梯级利用的理论依据如上所述

7、，若将LNG冷能直接用于不需如此低温的领域，在换热过程中的大温差将造成大量炯损失，但火用损失的程度如何以及和哪些方面有关，则需要我们从理论层面加以探讨。实际上，无论LNG冷能应用于何领域，其基本一环都是在温差作用下冷量的传递，所以我们探讨一下有限温差换热条件下，LNG冷能利用过程的炯损失。图1有限温差换热过程的炯损失图1表示接触的高、低温物体组成的一个绝热系万方数据2006年第3期制冷技术15统。高温物体的温度为％，低温物体的温度为F，，两物体相接触时，热量自发地由高温物体传人低温物体，当系统发生微元传热6Q时，高温物体的热量火用T．8EQH=(1一

8、≠)8Q，低温物体的热量炯8EQL=(1—1HT．孑)6Q，所以系统的炯损失可表示为1L18EI=8EQH一6EQL=To(}一蔷一)8Q-L1HT—T．=To({而})8Q(1)工HlL式中，Tn一环境温度。由上式可知，有限温差条件下传热炯损失不仅与温差(TH—T。．)成正比，而且与高低温物体绝对温度的乘积(THT。)成反比。在LNG冷能利用的过程中，T。即代表LNG的温度，考虑到LNG气化后温度约为～162℃，还有大量的显热可供利用。若利用此部分冷能，则T。不为定值：但无论T。如何变化，其始终小于TH。因此，传热温差越大，炯损失也就越大。特别需要

9、指出的是，在LNG冷能利用过程中，温度T。．与T。都比较低。此时，(THTI．)较小，更加剧了系统的火甩损失