液化天然氣冷能存儲與回收發(fā)電過程模擬與優(yōu)化

【摘要】：天然氣的液化是將壓縮機的軸功即機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,液化后的天然氣溫度低至-162℃,其體積比氣態(tài)時減少600多倍,這大大方便了運輸。液態(tài)天然氣(LNG)在終端需要轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)供給用戶。LNG氣化過程可釋放出830-890kJ/kg的能量,這部分能量需回收。本文根據(jù)國內(nèi)外液化天然氣技術(shù)與其冷能回收的研究,介紹了三種典型的液化天然氣流程和三種基本液化天然氣冷能回收發(fā)電流程；研究了液態(tài)天然氣的物理特性(炯和焓)隨壓力和溫度變化的關(guān)系；確定物性計算方程和流程計算方法,天然氣物性計算采用SRK方程,混合制冷劑和煙氣采用Peng-Rob方程,氨水采用TNRTL-RK方程,流程收斂計算采用Wegstein法,優(yōu)化計算采用序列二次規(guī)劃法(SQP)；對比三種不同的混合制冷劑循環(huán)的功耗、損與經(jīng)濟性,選擇流程簡單,功耗和損都相對較小的單級丙烷預冷的混合制冷劑循環(huán)液化天然氣；利用序貫模塊法,在Aspen Plus中建立天然氣的液化和冷能回收的耦合過程模型并進行模擬,獲取耦合過程中各節(jié)點的狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力、流量、焓和熵值等)和過程參數(shù)(做功量、換熱量等)；分析單級丙烷預冷的混合制冷循環(huán)中天然氣供給壓力、壓縮機出口壓力和節(jié)流閥節(jié)流壓力對冷能存儲過程制冷系數(shù)和效率的影響；對LNG冷能回收發(fā)電的動力循環(huán)也進行了熱力學分析,分析了汽輪機進出口壓力、循環(huán)最高溫度和冷凝溫度對冷能回收發(fā)電過程的熱效率和效率的影響；利用模擬軟件Aspen Plus結(jié)合FORTRAN,耦合流程的經(jīng)濟效益和分段的效率分別作為目標函數(shù)優(yōu)化流程,獲取優(yōu)化后流程節(jié)點的參數(shù),與優(yōu)化之前的各節(jié)點參數(shù)對比,確定流程優(yōu)化程度,為提高天然氣冷能存儲與回收發(fā)電過程的效率提供一定的理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：LNG Aspen Plus 耦合流程 熱力學分析 優(yōu)化
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE646;TM61
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 液化天然氣冷能存儲與回收發(fā)電的背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.1 液化天然氣技術(shù)11
• 1.2.2 液化天然氣冷能回收11-12
• 1.3 液化天然氣冷能存儲與回收發(fā)電流程介紹12-15
• 1.3.1 天然氣液化過程12-14
• 1.3.2 液化天然氣的冷能回收發(fā)電過程14-15
• 1.4 本文研究內(nèi)容15-17
• 2 LNG的冷(火用)分析和冷能分析17-22
• 2.1 冷(火用)分析17-19
• 2.2 冷能分析19-21
• 本章小結(jié)21-22
• 3 Aspen Plus中的模塊與方法選擇22-37
• 3.1 Aspen Plus簡介22-25
• 3.1.1 鍋爐模塊22-23
• 3.1.2 換熱器模塊23-25
• 3.2 物性方法的選擇25-33
• 3.2.1 天然氣和混合制冷工質(zhì)物性方法的選擇25-31
• 3.2.2 氨水物性方法的選擇31-33
• 3.3 模擬計算方法33-36
• 3.3.1 直接迭代法33
• 3.3.2 牛頓法33-34
• 3.3.3 Wegstein法34-35
• 3.3.4 Complex法35
• 3.3.5 SQP法35-36
• 本章小結(jié)36-37
• 4 液化天然氣流程選擇37-45
• 4.1 三種不同流程比較37-40
• 4.1.1 無預冷的混合制冷劑制冷循環(huán)37-38
• 4.1.2 三級丙烷預冷混合制冷劑循環(huán)38-39
• 4.1.3 單級丙烷預冷混合制冷劑循環(huán)39-40
• 4.2 模擬計算40-42
• 4.2.1 液化天然氣過程壓縮機的功耗40-41
• 4.2.2 混合制冷劑流量計算41
• 4.2.3 (火用)損失計算41-42
• 4.2.4 換熱器對數(shù)平均溫差的計算42
• 4.3 模擬結(jié)果42-43
• 4.3.1 三種制冷循環(huán)液化天然氣過程的結(jié)果42-43
• 4.3.2 三種制冷循環(huán)液化天然氣過程(火用)損失量43
• 4.4 經(jīng)濟分析43-44
• 本章小結(jié)44-45
• 5 天然氣的冷能存儲與回收發(fā)電的耦合流程模擬計算與分析45-72
• 5.1 流程模擬45-49
• 5.1.1 初始流程參數(shù)的設(shè)定45
• 5.1.2 耦合流程介紹45-47
• 5.1.3 模擬計算結(jié)果47-49
• 5.2 天然氣液化冷能存儲與回收發(fā)電過程熱力學分析49-57
• 5.2.1 天然氣液化過程熱力學第一定律分析49-51
• 5.2.2 液化天然氣冷能回收過程熱力學第一定律分析51-52
• 5.2.3 液化天然氣冷能存儲與回收過程的(火用)分析52-55
• 5.2.4 (火用)損量結(jié)果與分析55-57
• 5.3 耦合流程的夾點分析57-59
• 5.3.1 天然氣液化過程的夾點分析57-59
• 5.3.2 LNG冷能回收發(fā)電過程的夾點分析59
• 5.4 流程的參數(shù)分析59-70
• 5.4.1 天然氣液化過程的參數(shù)分析60-66
• 5.4.2 液化天然氣冷能回收發(fā)電過程的參數(shù)分析66-70
• 本章小結(jié)70-72
• 6 液化天然氣冷能存儲與回收耦合過程的優(yōu)化72-79
• 6.1 經(jīng)濟效益為目標函數(shù)72-74
• 6.2 (火用)效率為目標函數(shù)74-78
• 6.2.1 液化天然氣冷能存儲過程的(火用)效率74-76
• 6.2.2 液化天然氣冷能回收過程的(火用)效率76-78
• 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論79-81
• 參考文獻81-86
• 附錄A 物理量名稱與符號說明86-87
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況87-88
• 致謝88-89

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