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液化天然气(LNG)冷量回收技术探索 答辩提纲 研究意义与背景 LNG冷能的利用现状 冷量回收系统设计思想 冷量回收系统计算方法 总结 研究意义与背景 常压下LNG饱和温度为111K，通常要汽化并复温成常温气体供给用户，在这一过程中将释放出大量的冷能，其回收利用意义重大。 据统计，世界LNG总贸易量从1964年到2001年的年增长率高达22%；全球LNG生产能力预计在2007年将达到每年1.97亿吨，到2010年LNG供应能力可达24950万吨。 全球LNG工业将以十分迅猛的势头发展，LNG的应用将大幅增加，这为LNG冷能利用研究提供了良好的应用背景。 世界LNG贸易预测 冷量回收系统设计思想 LNG冷量火用的分析: 火用分析是能量系统一种重要分析方法，应用火用分析可揭示能量系统内不可逆损失分布﹑成因及大小，为合理回收LNG冷能并利用提供重要理论指导。 根据火用的定义，LNG的冷量火用可以分解为压力P下由于热不平衡引起的低温火用和环境温度下由于力不平衡引起的压力火用 冷量回收系统设计思想 环境温度T0对LNG冷量火用的影响 (饱和状态) 同一压力下，环境温度越高， 冷量火用越大 压力不同,冷量火用越不同 冷量回收系统设计思想 系统压力对冷量火用及压力火用的影响(饱和状态下) 随着系统压力P的增大，LNG冷量火用迅速降低； 压力越低，LNG冷量火用越大， 冷量回收系统设计思想 燃气轮机联合循环机组的优点是调峰性能好，在夏季高温用电高峰期特别有用。但在这期间，环境气温较高，如果不采取措施，燃气轮机组的出力和效率将低于其标准工况，因此必须用冷却装置，降低进气温度。当今常用的进气冷却方式有蒸发式制冷﹑压缩式制冷﹑吸收式制冷﹑蓄冰式制冷等，这些技术虽然非常成熟，但都需要消耗大量的能量。而LNG在气化为天然气的过程中会释放大量的冷能如果利用乙二醇溶液作为传热工质，来降低压气机进气温度，这样就不需要额外的制冷耗能，因此具有良好的经济性。同时被气化后的天然气也可以直接输送到燃气轮机作为燃料，这样就明显降低输气管线工程的整体投资和燃气价格，降低电厂运行成本，从而电价也随之降低。 冷量回收系统设计思想 该方法在国际上的使用情况： 柏克德、安然、三菱重工等公司分别提出的回收LNG冷能用于发电燃气轮机进气冷却方案。 由安然能源公司投资，柏克德工程公司设计，在印度Dabhol液化天然气/燃气电厂项目中运用了这一技术，经论证，回收冷能用于进气冷却后出力由715MW增加到815MW。 其次，在玻多黎各也有电厂使用这一技术。 冷量回收系统设计思想 可行性分析－针对600MW的燃气发电站 回收的最大冷量为11488kW 将空气冷却到7℃所需的冷量为3829.4kW 通过理论分析可以看出，回收的冷量足以 将进气温度冷却到7℃，且有富裕，可以用 于冷却燃气轮机组的排气温度及厂房的制 冷等。 冷量回收系统设计思想 经济性分析 广东省的年平均气温为27℃，将空气冷却至7 ℃，燃气 轮机组的出力约增加7%。以GE公司STAG109FA机组为例， 其出力约为383MW，这样出力可增加27MW，而燃气轮机组 的发电效率为55%，发电量可增加14.85MW，广东地区平 均电价为0.5元，那每套燃气轮机组可带来的经济效益约 为750万，一般大型发电厂有3～4套，即总效益可达2000 万左右。若初期设备投入为一个亿，项目的回收期为5年 左右。 设计难点 传热温差大（110K－280K） 传热初始温度低（110K） 冷量回收系统设计思想 该冷量回收系统的特点： 提出天然气多次循环自加热方案，使LNG在不同温区的换热问题分段进行。 选择不同的换热器类型实现在不同温度区间的热量交换。 采用板翅式换热器，提高了换热效率和回收效率。 提出了以乙二醇为冷媒的载冷和蓄冷系统，不仅实现冷量从低温循环到制冷循环的过渡，也实现了冷量的蓄存，达到冷量可调的目的。 冷量回收系统计算方法 (一)板翅式换热器的设计计算方法 冷量回收系统计算方法 1.LNG与天然气侧板翅式换热器计算结果： 冷量回收系统计算方法 2.乙二醇与天然气侧板翅式换热器计算结果： 冷量回收系统计算方法 冷量回收系统计算方法 （二）表冷器设计计算方法 冷量回收系统计算方法 冷量回收系统计算方法 在论文中给出了若空气与乙二醇侧使用板翅式换热器的 计算结果。通过比较可知，在相同换热量的情况下，采 用板翅式换热器的结构尺寸明显小于表冷器，也就是说 在效率和成本方面将远优于表冷器。但空气在被冷却的 过程中会有大量的冷水，这些