液化天然氣（LNG）冷能發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化研究

【摘要】： 天然氣以其高效、清潔的性能和廣泛的用途,已成為本世紀(jì)主要的能源之一,并日益呈現(xiàn)增大的趨勢。但是由于天然氣地區(qū)分布的不均,推動了世界LNG市場的繁榮。從我國日益嚴(yán)峻的能源需求和長遠(yuǎn)的能源安全角度考慮,我國在沿海地區(qū)陸續(xù)建設(shè)了一批LNG接收站。由于LNG在利用的過程中,本身氣化并釋放大量的冷能,構(gòu)建合理的循環(huán)電站是高效利用LNG冷能的最有效方式之一,本文據(jù)此對LNG低溫朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)展開研究,主要內(nèi)容如下: 查閱、研究并總結(jié)了大量的國內(nèi)外文獻(xiàn),了解了國內(nèi)外關(guān)于LNG冷能利用現(xiàn)狀,針對冷能發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)方式和工質(zhì)選擇以及系統(tǒng)優(yōu)化過程中遇到的一些問題展開研究,分析并總結(jié)出目前尚未解決的問題,并在此基礎(chǔ)上確立主要的研究內(nèi)容。 在對LNG熱物性進(jìn)行計算的基礎(chǔ)上,提出LNG液相區(qū)、近似常溫潛熱區(qū)、變溫潛熱區(qū)和氣相區(qū)四段冷能利用分段模型,并以單級低溫朗肯動力循環(huán)為基礎(chǔ)展開分析。通過對不同循環(huán)方式進(jìn)行分析表明,亞臨界飽和循環(huán)發(fā)電方式是LNG冷能構(gòu)建朗肯循環(huán)的最佳選擇方式;通過對亞臨界飽和循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行分析表明,循環(huán)工質(zhì)的冷凝溫度基于LNG側(cè)溫度和壓力參數(shù)來確定,對于不同工質(zhì),均存在最佳蒸發(fā)溫度使得系統(tǒng)凈發(fā)電量最大。 利用LNG冷能構(gòu)建亞臨界飽和朗肯循環(huán),其工質(zhì)的選擇除了要考慮工質(zhì)的系統(tǒng)凈發(fā)電量、安全性、GWP值等通用性原則外,還應(yīng)考慮熱源的溫度應(yīng)該低于工質(zhì)的臨界溫度,以期能夠構(gòu)建亞臨界朗肯循環(huán);同時還應(yīng)考慮工質(zhì)在冷凝器中的飽和冷凝壓力不應(yīng)低于常壓,以減少維持真空度而增加的額外投資和運行功耗,提高凈發(fā)電量?；谝陨显瓌t,本文從文獻(xiàn)中篩選出R152a、R407C、R600、R1270、R600a、R290、R134a、R143a、R404A、R410A、R507A、Kr、R50、R1150、R170等工質(zhì)進(jìn)行分析,以系統(tǒng)凈發(fā)電量為評價指標(biāo),結(jié)果表明:當(dāng)冷凝溫度較低,小于-45℃時,可選擇R1150、R170等作為備選工質(zhì);當(dāng)冷凝溫度較高,大于-25℃時,可選擇R152a、R407C等作為備選工質(zhì);當(dāng)冷凝溫度介于二者之間時,可選擇R1270、R290等作為備選工質(zhì)。 傳統(tǒng)的分析方法能夠指明循環(huán)流程及其每個設(shè)備的損失,并提出改善的重點環(huán)節(jié),但它無法給出按照改進(jìn)方向所建立的不同流程方案之間的優(yōu)劣,而窄點分析法可以彌補(bǔ)分析法的不足,進(jìn)而可以有方向有目的的對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),并對不同的方案作出評價。本文將兩種方法的優(yōu)勢相結(jié)合,提出T-?-H圖的綜合評價分析方法。在基本朗肯循環(huán)分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合LNG的冷能利用分段模型,提出了三種優(yōu)化改進(jìn)方案,并通過T-?-H圖進(jìn)行評價分析,最終確定了最優(yōu)的兩級帶抽氣LNG冷能發(fā)電方案。 海水熱源容易受到地域和季節(jié)的影響,通過對不同的海水溫度對LNG冷能發(fā)電系統(tǒng)的影響分析表明,熱源溫度越高,循環(huán)系統(tǒng)最佳蒸發(fā)溫度越高,系統(tǒng)的凈發(fā)電量也越大;本文同時針對小型LNG氣化衛(wèi)星站提出以太陽能熱水為熱源構(gòu)建的低溫冷能發(fā)電及冷凍水制備的復(fù)合系統(tǒng),分析綜合考慮了冷源和熱源的綜合價值,結(jié)果表明系統(tǒng)效率得到了進(jìn)一步提高。 【關(guān)鍵詞】：LNG 氣化模型 低溫朗肯循環(huán) 分析 系統(tǒng)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM619
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 物理量名稱及符號表8-10
• 目錄10-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 研究背景與意義12-15
• 1.2 LNG 冷能發(fā)電研究現(xiàn)狀15-23
• 1.2.1 動力循環(huán)流程研究16-19
• 1.2.2 工質(zhì)選擇研究19-21
• 1.2.3 系統(tǒng)參數(shù)分析與優(yōu)化研究21-22
• 1.2.4 目前研究尚未解決的問題22-23
• 1.3 本論文研究的內(nèi)容和方法23-26
• 1.3.1 研究內(nèi)容23-24
• 1.3.2 系統(tǒng)優(yōu)化分析的評價方法24
• 1.3.3 本論文需要解決的關(guān)鍵問題及創(chuàng)新點24-26
• 第2章 LNG 冷能利用模型及發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)選擇分析26-48
• 2.1 LNG 熱物性計算與分析26-32
• 2.1.1 LNG 熱物性計算模型26-28
• 2.1.2 LNG 冷能和冷計算28-32
• 2.1.3 中國LNG 冷能發(fā)電潛力分析32
• 2.2 LNG 冷能利用分段模型32-35
• 2.2.1 LNG 氣化特性分析32-33
• 2.2.2 冷能梯級利用模型33-35
• 2.3 低溫朗肯循環(huán)方式選擇35-38
• 2.3.1 循環(huán)系統(tǒng)基本流程35-36
• 2.3.2 亞臨界和超臨界循環(huán)對比分析36-38
• 2.4 亞臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)選擇38-46
• 2.4.1 LNG 側(cè)參數(shù)分析38-39
• 2.4.2 工質(zhì)冷凝溫度選擇39-40
• 2.4.3 工質(zhì)最佳蒸發(fā)溫度選擇40-41
• 2.4.4 工質(zhì)蒸發(fā)壓力選擇41-43
• 2.4.5 循環(huán)過熱度選擇43-45
• 2.4.6 干度影響分析45-46
• 2.5 本章小結(jié)46-48
• 第3章 LNG 低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化48-80
• 3.1 系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)優(yōu)化48-53
• 3.1.1 工質(zhì)選擇的一般原則48-50
• 3.1.2 工質(zhì)臨界溫度和冷凝壓力影響分析50-52
• 3.1.3 工質(zhì)優(yōu)選結(jié)果52-53
• 3.2 系統(tǒng)流程優(yōu)化評價方法53-59
• 3.2.1 傳統(tǒng)的評價方法53-58
• 3.2.2 T-?-H 圖評價分析法58-59
• 3.3 系統(tǒng)可優(yōu)化潛力分析59-66
• 3.3.1 循環(huán)過程分析59-60
• 3.3.2 設(shè)備計算60-61
• 3.3.3 分析結(jié)果61-64
• 3.3.4 可改善損失64-66
• 3.4 系統(tǒng)流程優(yōu)化方案66-78
• 3.4.1 橫向三級循環(huán)流程方案67-72
• 3.4.2 縱向三級循環(huán)流程方案72-75
• 3.4.3 兩級抽氣優(yōu)化方案75-78
• 3.5 本章小結(jié)78-80
• 第4章 變熱源LNG 冷能復(fù)合利用系統(tǒng)80-90
• 4.1 海水源溫度的影響分析80-82
• 4.1.1 海水源溫度隨季節(jié)和地域的變化規(guī)律80-81
• 4.1.2 系統(tǒng)仿真設(shè)計結(jié)果81-82
• 4.2 太陽能熱水源LNG 冷能利用系統(tǒng)82-88
• 4.2.1 LNG 衛(wèi)星站利用太陽能熱源的潛力82-84
• 4.2.2 太陽能熱源復(fù)合冷能利用系統(tǒng)流程與計算84-87
• 4.2.3 結(jié)果分析87-88
• 4.3 本章小結(jié)88-90
• 第5章 結(jié)論與展望90-92
• 5.1 本論文研究結(jié)論90
• 5.2 對以后工作的展望90-92
• 參考文獻(xiàn)92-96
• 附錄1 2007 年LNG 世界貿(mào)易流向(單位：10 億立方米)96-97
• 附錄2 中國已有、在建或規(guī)劃的LNG 項目97-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文98-100
• 致謝100

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