液化天然气（LNG）冷能发电系统的优化研究

【摘要】： 天然气以其高效、清洁的性能和广泛的用途,已成为本世纪主要的能源之一,并日益呈现增大的趋势。但是由于天然气地区分布的不均,推动了世界LNG市场的繁荣。从我国日益严峻的能源需求和长远的能源安全角度考虑,我国在沿海地区陆续建设了一批LNG接收站。由于LNG在利用的过程中,本身气化并释放大量的冷能,构建合理的循环电站是高效利用LNG冷能的最有效方式之一,本文据此对LNG低温朗肯循环发电系统展开研究,主要内容如下: 查阅、研究并总结了大量的国内外文献,了解了国内外关于LNG冷能利用现状,针对冷能发电系统的循环方式和工质选择以及系统优化过程中遇到的一些问题展开研究,分析并总结出目前尚未解决的问题,并在此基础上确立主要的研究内容。 在对LNG热物性进行计算的基础上,提出LNG液相区、近似常温潜热区、变温潜热区和气相区四段冷能利用分段模型,并以单级低温朗肯动力循环为基础展开分析。通过对不同循环方式进行分析表明,亚临界饱和循环发电方式是LNG冷能构建朗肯循环的最佳选择方式;通过对亚临界饱和循环发电系统参数进行分析表明,循环工质的冷凝温度基于LNG侧温度和压力参数来确定,对于不同工质,均存在最佳蒸发温度使得系统净发电量最大。 利用LNG冷能构建亚临界饱和朗肯循环,其工质的选择除了要考虑工质的系统净发电量、安全性、GWP值等通用性原则外,还应考虑热源的温度应该低于工质的临界温度,以期能够构建亚临界朗肯循环;同时还应考虑工质在冷凝器中的饱和冷凝压力不应低于常压,以减少维持真空度而增加的额外投资和运行功耗,提高净发电量。基于以上原则,本文从文献中筛选出R152a、R407C、R600、R1270、R600a、R290、R134a、R143a、R404A、R410A、R507A、Kr、R50、R1150、R170等工质进行分析,以系统净发电量为评价指标,结果表明:当冷凝温度较低,小于-45℃时,可选择R1150、R170等作为备选工质;当冷凝温度较高,大于-25℃时,可选择R152a、R407C等作为备选工质;当冷凝温度介于二者之间时,可选择R1270、R290等作为备选工质。 传统的分析方法能够指明循环流程及其每个设备的损失,并提出改善的重点环节,但它无法给出按照改进方向所建立的不同流程方案之间的优劣,而窄点分析法可以弥补分析法的不足,进而可以有方向有目的的对系统进行改进,并对不同的方案作出评价。本文将两种方法的优势相结合,提出T-?-H图的综合评价分析方法。在基本朗肯循环分析的基础上,结合LNG的冷能利用分段模型,提出了三种优化改进方案,并通过T-?-H图进行评价分析,最终确定了最优的两级带抽气LNG冷能发电方案。 海水热源容易受到地域和季节的影响,通过对不同的海水温度对LNG冷能发电系统的影响分析表明,热源温度越高,循环系统最佳蒸发温度越高,系统的净发电量也越大;本文同时针对小型LNG气化卫星站提出以太阳能热水为热源构建的低温冷能发电及冷冻水制备的复合系统,分析综合考虑了冷源和热源的综合价值,结果表明系统效率得到了进一步提高。 【关键词】：LNG 气化模型 低温朗肯循环 分析 系统优化
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM619
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 物理量名称及符号表8-10
• 目录10-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 研究背景与意义12-15
• 1.2 LNG 冷能发电研究现状15-23
• 1.2.1 动力循环流程研究16-19
• 1.2.2 工质选择研究19-21
• 1.2.3 系统参数分析与优化研究21-22
• 1.2.4 目前研究尚未解决的问题22-23
• 1.3 本论文研究的内容和方法23-26
• 1.3.1 研究内容23-24
• 1.3.2 系统优化分析的评价方法24
• 1.3.3 本论文需要解决的关键问题及创新点24-26
• 第2章 LNG 冷能利用模型及发电系统参数选择分析26-48
• 2.1 LNG 热物性计算与分析26-32
• 2.1.1 LNG 热物性计算模型26-28
• 2.1.2 LNG 冷能和冷计算28-32
• 2.1.3 中国LNG 冷能发电潜力分析32
• 2.2 LNG 冷能利用分段模型32-35
• 2.2.1 LNG 气化特性分析32-33
• 2.2.2 冷能梯级利用模型33-35
• 2.3 低温朗肯循环方式选择35-38
• 2.3.1 循环系统基本流程35-36
• 2.3.2 亚临界和超临界循环对比分析36-38
• 2.4 亚临界朗肯循环系统参数选择38-46
• 2.4.1 LNG 侧参数分析38-39
• 2.4.2 工质冷凝温度选择39-40
• 2.4.3 工质最佳蒸发温度选择40-41
• 2.4.4 工质蒸发压力选择41-43
• 2.4.5 循环过热度选择43-45
• 2.4.6 干度影响分析45-46
• 2.5 本章小结46-48
• 第3章 LNG 低温朗肯循环系统优化48-80
• 3.1 系统循环工质优化48-53
• 3.1.1 工质选择的一般原则48-50
• 3.1.2 工质临界温度和冷凝压力影响分析50-52
• 3.1.3 工质优选结果52-53
• 3.2 系统流程优化评价方法53-59
• 3.2.1 传统的评价方法53-58
• 3.2.2 T-?-H 图评价分析法58-59
• 3.3 系统可优化潜力分析59-66
• 3.3.1 循环过程分析59-60
• 3.3.2 设备计算60-61
• 3.3.3 分析结果61-64
• 3.3.4 可改善损失64-66
• 3.4 系统流程优化方案66-78
• 3.4.1 横向三级循环流程方案67-72
• 3.4.2 纵向三级循环流程方案72-75
• 3.4.3 两级抽气优化方案75-78
• 3.5 本章小结78-80
• 第4章 变热源LNG 冷能复合利用系统80-90
• 4.1 海水源温度的影响分析80-82
• 4.1.1 海水源温度随季节和地域的变化规律80-81
• 4.1.2 系统仿真设计结果81-82
• 4.2 太阳能热水源LNG 冷能利用系统82-88
• 4.2.1 LNG 卫星站利用太阳能热源的潜力82-84
• 4.2.2 太阳能热源复合冷能利用系统流程与计算84-87
• 4.2.3 结果分析87-88
• 4.3 本章小结88-90
• 第5章 结论与展望90-92
• 5.1 本论文研究结论90
• 5.2 对以后工作的展望90-92
• 参考文献92-96
• 附录1 2007 年LNG 世界贸易流向(单位：10 亿立方米)96-97
• 附录2 中国已有、在建或规划的LNG 项目97-98
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文98-100
• 致谢100

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

以太阳能为高温热源的LNG卫星站冷能发电系统    孙宪航;陈保东;王雷;宋士祥;马跃;张国军;

提高LNG冷能发电效率的集成优化研究    白芳芳

利用LNG冷能的朗肯循环适用工质的理论研究    王弢

液化天然气冷能利用发电技术浅析    王坤,鲁雪生,顾安忠

低温热能发电方案中选择工质和确定参数的热力学原则和计算式    严家■

电站中液化天然气可用冷能的回收利用    程文龙,陈则韶,胡芃

混合工质中低温热力循环特性研究    高林,金红光,郑丹星,刘泽龙,林汝谋,蔡睿贤

利用LNG冷能的混合工质中低温热力循环开拓研究    高林,金红光,刘泽龙,蔡睿贤,王宇

利用LNG冷(火用)与工业余热的闭式Brayton循环的进一步分析    刘蔚蔚,张娜,蔡睿贤

环境温度对余热驱动的有机朗肯循环系统性能的影响    魏东红;鲁雪生;陆震;顾建明;

液化天然气(LNG)联合循环电站热力学分析    史晓军;车得福;

液化天然气冷能回收混合动力循环参数分析    卢涛;王奎升;

窄点技术原理及其应用    李洪,曲云霞,李爱景

利用液化天然气冷（火用）的燃气轮机热力系统的研究    刘蔚蔚

建设液化天然气卫星站的可行性研究    吕军献

利用LNG物理（火用）的朗肯循环研究    贺红明

中低温太阳能与甲醇热化学互补的冷热电联产系统    郭栋

不同改造方案对既有居住建筑节能效果的影响    李海英;张贵杰;赵冰;

LNG卫星站的冷能利用    李悦敏;丁国玉;张兆铅;

工况对R22及替代工质有效过热循环性能的影响    郭航;杜海燕;李恒;赵鹏;刘佳;

液化天然气冷能发电系统参数分析与工质选择    鹿院卫;杨红昌;吕鹏飞;刘广林;马重芳;吴玉庭;

城市天然气门站调压过程中工艺冷能的回收利用    郑志;王树立;石清树;武玉宪;谢文淦;

液化天然气气化站的预冷技术    兰书彬;

城市燃气在新发展形势下的安全评析    郭京强;刘庆堂;

液化天然气(LNG)混装的浅析与探讨    马育国;

LNG与CNG结合供气技术在咸宁市的应用    王兆法;

浅谈LNG储配站工程实践及技术改进    张明明;陈进;孙能;

有机朗肯循环回收中低温工业余热的系统研究    李艳;顾春伟;李锡明;徐志明;叶钟;

可使用太阳能制冷(热)和发电的热力循环技术——气压-热力膨胀式循环    罗志荣;

食品加工类企业制冷系统对食品安全影响概述    马进;

如何评价蒸汽压缩式冷水机组的技术性能    黄逸流;

LNG冷量利用冷库的制冷循环流程模拟    曹文胜;鲁雪生;顾安忠;

海水源热泵在海洋石油平台上的应用探讨    张宝和;陈仁权;姬晓东;

地热双工质发电系统的研究    骆超;马伟斌;龚宇烈;

LNG沉浸式气化器壳程流场三维数值模拟    于国杰;毕明树;窦兴华;

沈阳地区LNG及其技术应用可行性的初步探讨    王宏伟;钟军;孙晶;

LNG接收站的冷能利用技术    高文学;赵自军;项友谦;王启;

太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统的数值优化及实验研究    李晶

多烘缸造纸机干燥部能量系统分析建模与优化研究    李玉刚

液化天然气冷能利用过程中强化换热技术及水平管内气液两相流体激振机理的研究    司洪宇

基于朗肯循环的发动机废热回收理论与试验研究    冯黎明

SCPC集热器及其太阳能热泵热水系统研究    穆振英

两相闭式热虹吸管传热机理及其换热机组工作特性的研究    周峰

低温热源喷射式发电制冷复合循环理论与实验研究    郑彬

液化天然气冷能利用技术研究及其过程分析    边海军

我国天然气产业发展战略储备体系构建与LNG中继站建设    王冰

新型循环直燃机性能研究    孙贺江

（火用）分析在能源审计中的应用    张翠玲

纯工质R245fa水平管内流动沸腾换热特性的实验研究    黄晓艳

R417A在空调传热管外冷凝换热特性研究    赵安利

城市燃气管网在线仿真技术及应用的研究    张明光

液化天然气（LNG）公交车冷量回收汽车空调系统的研究    郎峰

余热发电系统无刷双馈发电机矢量控制策略研究    杨莫庸

模锻上下模座温度控制系统研究    刘江

新型细薄膜蒸发器的实验研究    张洪墩

LNG储罐的焊接施工及罐顶的气吹顶升    吴建英

大型LNG储罐拱顶结构应力分析    豆文娇

光热转换材料及太阳能热水器的现状和发展方向    熊涛;何美凤;

中国为什么要发展液化天然气    杨凤玲

液化天然气(LNG)冷能回收及其利用    王强,厉彦忠,张朝昌

液化天然气冷能利用发电技术浅析    王坤,鲁雪生,顾安忠

基于LNG冷能的发电技术    贺红明;林文胜;

热工问题的分析    杨东华

电站中液化天然气可用冷能的回收利用    程文龙,陈则韶,胡芃

混合工质中低温热力循环特性研究    高林,金红光,郑丹星,刘泽龙,林汝谋,蔡睿贤

利用LNG冷能的混合工质中低温热力循环开拓研究    高林,金红光,刘泽龙,蔡睿贤,王宇

新型平板热管式太阳能集热技术    赵耀华;邹飞龙;刁彦华;

低品位热能有机物朗肯动力循环机理研究和实验验证    顾伟

利用液化天然气冷（火用）的燃气轮机热力系统的研究    刘蔚蔚

利用LNG物理（火用）的朗肯循环研究    贺红明

分布式供电和冷热电联产的前景    徐建中

液化天然气冷能发电    王海华;张同;

城市燃气的调峰及对供气合同的要求    徐正康,徐良胜

能源动力系统应与环境相协调    蔡睿贤;金红光;林汝谋;

燃气轮机与汽轮机功热联产基本参数的分析研究    方钢,蔡睿贤,林汝谋

黄浦区中心医院“热、电、冷”三联供工程设计及实践    郑国耀,李道林,张时飞

热电联产中能级比加权热电分摊法    荆有印,王保生

总能系统与能源利用的统一性的性能评价指标体系    周少祥,胡三高

新一代能源动力系统的研究方向与进展    林汝谋,金红光,蔡睿贤

天然气热、电、冷三联供的热经济性分析    李芳芹,魏敦崧

燃料化学能与物理能综合梯级利用的热力循环    洪慧

利用液化天然气冷（火用）的燃气轮机热力系统的研究    刘蔚蔚

超声波流量计在大型LNG工程中的应用    张昊;

LNG冷能利用技术探讨    周廷鹤;彭世尼;

浅析东莞市建设LNG加气站的可行性    杜鹃;于海亮;

车用LNG汽化器优化设计    胡欣云;韩文涛;

上海五号沟LNG事故备用站密度仪校核验证分析    陈佳;姚峰;

LNG接收终端    张涛;饶映明;

我国液化气水上运输的现状与发展趋势    冯德阶

LNG接收站与发电厂一体化建设初探    李新成,陈成学,卓郑炜

浅谈宝应LNG供气站的建设    刘江,张昌伟

新型LNG船舶采用双燃料电力推进的优势分析    李永鹏;陈爱玲;汪洋;

LNG海运泄漏的危害性与消防要求    江衍煊;陈福金;

LNG船舶进出台中港    王明煌;江衍煊;

LNG海运泄漏的危害性与消防要求    江衍煊;陈福金;

谈液化天然气(LNG)消防安全问题的对策    范平安;

LNG船舶海上运输的风险分析及其控制    洪汇勇;江玉国;魏伟坚;郭秀斌;

LNG冷量回收概述    赵亮;董辉;

LNG管线干燥处理施工技术研究    魏彦;于成龙;高峰;胡云峰;王东锋;

LNG子母罐泄漏事故分析    

液化天然气浮式生产储卸装置(LNG-FPSO)卸载方式研究    顾妍;巨永林;

浮式LNG生产储卸装置关键设计技术对比分析    巨永林;顾妍;李秋英;

大连LNG打造“四位一体”安全防线    记者王卫 通讯员陈仲

LNG项目明年初开港作业    记者陈可

珠海启动LNG建设    记者 周勇刚

沪东中华接下LNG船“国际订单”    记者 刘颖

LNG市场呈现加速扩张态势    本报记者 蒋薇

南澳LNG接收站明年开工    记者 林馥盛

LNG接收站建设将提速    本报记者 韩晓杰

LNG船市场转热飙“高温”    中国船舶工业市场研究中心 孙崇波

中国石油江苏LNG项目试运行    记者 李向阳　通讯员 边海军

LNG船:需求抬头 行情看涨    中国船舶工业经济研究中心 包张静

我国天然气产业发展战略储备体系构建与LNG中继站建设    王冰

中国进口液化天然气可持续发展战略    檀学燕

LNG船推进系统建模与仿真研究    甘辉兵

大型LNG储罐基础隔震与晃动控制研究    崔利富

海上浮动平台低温液体动态储运的数值模拟与实验研究    顾妍

沼气液化制取生物质LNG关键技术研究    周淑霞

液化天然气冷能利用技术研究及其过程分析    边海军

LNG冷能利用与低温半导体温差发电研究    贾磊

大型液化天然气船超低温作用下结构安全问题研究    丁仕风

天然气储运关键技术研究及技术经济分析    刘建辉

液化天然气（LNG）冷能发电系统的优化研究    杨红昌

提高LNG冷能发电效率的集成优化研究    白芳芳

液化天然气（LNG）冷能回收及应用研究    王竹筠

成达公司液化天然气（LNG）战略选择    刘利

小型LNG船液罐储运方案中的传热与升压过程研究    肖时雄

LNG船安全系统设计研究    王德云

预应力LNG储罐在地震作用下的流固耦合数值模拟    杜显赫

大连进口LNG项目海上运输保障方案研究    穆利娟

液固耦合作用的LNG外罐地震响应分析    潘德涛

大型薄膜型LNG船结构疲劳强度分析    王凡超