An Improved Combined Power System Utilizing Cold Energy of LNG

论文标题：一种改进的利用液化天然气冷火用的动力循环

作者姓名：王平,李佳星,沈胜强

单位：大连理工大学能源与动力学院海洋能源利用与节能教育部重点实验室

创新点说明：在kalina循环的基础上,利用中高温热源,对分馏子系统进行了改进,改善了氨水工质和天然气在换热器中的换热情况,从而有利于LNG冷能的回收。

目的：提高联合循环中底部循环的热效率和火用效率,并且在联合循环中合理利用LNG的冷 火用

方法：利用大型通用流程模拟软件Aspen Plus建立流程并模拟计算。

结果：改进之后的循环获得了更高的热效率和火用效率。

结论：新的循环相比于旧循环,系统的结构有所精简,在分析了系统中各个换热器的火用损失并对比两个循环之后,新循环的换热器中的火用损失有所减少。

关键词：联合循环;液化天然气;冷能;kalina循环;热力学分析

中文摘要：

通过对循环进行模拟和热力学分析,改进了一种动力循环,在该循环中燃气轮机排气的余热和液化天然气的冷能得到了很好的利用。在kalina循环的基础上,通过改变基础溶液的浓度,从而在换热器中获得了很好的换热匹配并且减少了系统的不可逆损失。研究表明：kalina循环可以用于液化天然气冷能的回收,改进之后的循环的火用效率为42.97%,相比于改进之前的火用效率39.76%,改进之后的系统有更好的热力学性能。

     

基于LNG卫星站冷能利用的小型空分流程

为有效利用液化天然气（LNG）所含的低温位、高品质冷能,并针对LNG卫星站冷能随时间波动的特点,提出一种新型的小型空分流程.该空分流程通过调节循环氮气量来适应LNG用量的波动,同时利用倒灌液氮的方法在LNG所供冷量不足时补足系统所需的制冷量要求.利用HYSYS软件对该流程在4种不同LNG用量的工况下进行了模拟计算.结果表明:液氮在LNG富余时的产出储存并在LNG短缺时的倒灌补足的方案,实现了对供应波动的LNG冷能起到“移峰填谷”作用.经系统优化,去除了传统系统中存在的低温压缩机,避免了由此带来的技术难度.     

液化天然气冷能发电复合流程的构建及能效分析

为了探究液化天然气(LNG)冷能发电和NG(天然气)烟气的余热回收,提出由级联朗肯循环与LNG直接膨胀构成的一体化工艺流程.根据LNG气化过程中物理释放特性,结合NG烟气余热特点,确定工艺流程中各个节点的热工参数,开展工艺流程的热力学分析,以论证工艺流程的理论可行性.对LNG气化压力对系统热力学性能的影响进行分析.研究结果表明,LNG直接膨胀与朗肯循环一体化工艺符合热力学基本定律,具有理论可行性,是LNG冷能发电的有效途径之一.在一体化系统中,LNG冷能发电量为55.52kW·h/t,烟气余热回收效率为41.17%,冷能利用的效率为16.25%.主要的损失集中于各个换热器上,占系统总损失的87.86%.随着LNG气化压力的增大(0.2~2.0 MPa),系统的损失降低,系统的效率升高.     

超临界CO2再热再压缩布雷顿循环火力发电系统分析

建立了超临界CO₂一次再热再压缩布雷顿循环火力发电系统模型,深入分析了各关键参数对系统性能的影响,研究了分流比对换热器夹点的影响规律,得到了对应的最佳分流比,同时分析了各部件火用损率的大小。结果表明：随着再热压力的升高,系统火用效率先上升后下降,存在最佳再热压力;对整个发电系统,锅炉是火用损最大的设备,而对热力循环,回热换热器是火用损影响最大的环节;由于分流的存在,系统火用效率受主压缩机出口压力和入口温度的影响并非单调变化;分流比的选取应综合考虑其对高温回热器和低温回热器回热度的影响,以使整体系统达到最优。     

LNG卫星站的冷能利用

随着LNG卫星站的迅猛发展,如何合理利用其所具有的冷量对于缓解资源紧张等问题有着重要意义。本文介绍了LNG卫星站的特点,对LNG的冷量火用及冷量进行了分析;并阐述了LNG卫星站的冷能用于冷库、冷藏的具体流程;从而对实际设计生产单位提出了合理化的建议。     

换热器的损失分析

分析了换热器的各项火用损失对换热器性能的影响,导出了火用损失及火用损系数的计算式,并通过实例计算给出了火用损系数与换热器几何尺寸、热冷流体流速、温度及热负荷之间的关系曲线,为换热器的优化设计提供了依据     

换热器效率的影响因素及其在热经济分析中的作用

通过对简单换热器的效率进行分析,得出了在忽略热损失及压力损失时,换热器的火用效率不仅与换热温差的大小有关,而且与热冷流体的温度有关的结论;提出了在热经济分析中,不能简单地根据效率的高低来判断换热器的结论.     

天然气输送管道调压过程的火用分析

长距离高压管输天然气在进入下游管道,要进行降压处理,传统的节流膨胀降压工艺存在着巨大的过程(火用)损.通过对输气管道词压过程进行炯分析后发现:在完成相同调压任务的情况下,采用透平膨胀机代替节流阀,可显著减少过程(火用)损、提高系统炯效率,亦可输出功率,产生工艺冷能,具有明显的技术经济效应.考察了进气温度、膨胀比对装置运行工况的影响.提出了回收利用管输天然气调压可用能的工艺流程,以提高能源的利用效率和管网运行的经济性.     

R404A／CO2复叠式制冷系统的火用分析

为了降低R404A／CO2复叠式制冷系统的能耗,对该系统进行了能量分析。通过火用分析方法分析系统设计与运行参数对系统性能系数ε、各组成部件及整个系统的火用损X和火用效率ηe的影响。结果表明,在一定蒸发温度Te、冷凝温度Tk和冷凝蒸发器的传热温差ΔT条件下,在相同最佳T4opt时,Xtot取得最小值,ε和ηe取得最大值;为了有利于减小X、提高ηe和ε,应尽量升高Te、降低Tk和ΔT;高温级膨胀阀、压缩机、冷凝蒸发器和低温级压缩机的火用损约占总火用损的80％。对数据进行多重线性回归分析,得到以Te、Tk和ΔT为自变量的t4opt、εmax和ηe,max关系式。     

工质比热匹配对有机朗肯循环不可逆损失的影响

有机朗肯循环可以将低品位热能转化为有用功。为了提高能量利用率应尽可能减小系统中的不可逆损失。蒸发器是主要的火用损部件,对其进行优化可以显著提高系统性能。为改善热源与热机系统耦合、减小蒸发器内火用损以提高热功转换效率,提出利用工质比热变化改善换热过程温度匹配的模型。固定换热器两侧流体出入口温度,定义变量k为流体在高温端与低温端比热的比值,其变化范围0.5~3.5,假设比热随温度线性变化。为分析不可逆损失与温差的关系提出"积分温差",证明了积分温差与不可逆损失之间的拟线性关系。列出可能的九种温度匹配情况,得到理论上最大和最小的不可逆损失。通过计算废热气体驱动有机朗肯循环的算例,证明了利用比热变化改善换热匹配的有效性。     

基于LNG冷能的双循环⁃卡琳娜冷电联供系统

随着我国对生态文明建设的快速推进,回收工业余热、开发清洁能源等能源利用方式逐渐受到市场的广泛关注。设计了一种基于LNG冷能利用的双循环⁃卡琳娜（DORC⁃KC）冷电联供系统,并在此基础上提出了降低工业余热中酸性气体排放的新方法。通过构建系统热力学模型,对影响系统碳捕集的关键热力学参数进行了详细分析。结果表明,双循环中的顶循环采用环戊烷为工质,提升蒸发温度和蒸发压力,系统的最大净输出功为367.9 kW,热效率为33.29%;在卡琳娜循环中,工质流量和浓度等因素对系统效率产生积极的影响,其最佳热效率和冷㶲回收效率分别为15.42%和20.65%。压缩压力的降低,减少了循环水的冷却量,提高了CO2的液化量。当压缩压力为472 kPa时,系统的㶲效率最大,为34.30%,碳捕集率为47.00%,循环水回收量为167 616 t。     

哈尔滨季节性土壤蓄冷不同蓄冷模式

为降低夏季空调能耗,减少土壤源热泵系统初投资,提出自然冷源季节性土壤蓄冷系统,建立季节性土壤蓄冷垂直U型埋管和室外空气换热器的非稳态传热模型.引入显热容模型对哈尔滨地区系统的运行特性进行模拟计算,研究5种不同蓄冷模式,得出不同模式下系统的蓄冷量、预蓄冷时间、释冷量、释冷温度、COP值以及埋管周围土壤的温度场.模拟结果显示系统的COP值在9.92～14.15,节能效果显著,释冷温度和释冷量可满足空调需要,证明该系统应用于严寒地区是可行的.     

一种发电和CO2捕集相结合的LNG 冷能利用系统

温室效应的加剧使人们的碳捕集意识逐渐提高。针对碳捕集问题,将CO₂超临界朗肯循环和有机朗肯循环相结合,对原有燃气轮机废气发电系统进行改进,提出了一种废气发电与CO₂捕集相结合的LNG冷能梯级利用系统。利用Aspen Plus软件对系统进行热力学模拟计算,详细分析了蒸发压力和蒸发温度对系统热力学性能的影响。结果表明,提高CO₂超临界朗肯循环的蒸发压力和蒸发温度,对系统的净输出功和热效率有积极影响;有机朗肯循环的蒸发温度达到250 ℃后,其余热回收率达到最大值且不再随蒸发压力发生变化;系统净输出功可达251.6 kW,余热回收率为92.00%,㶲效率为57.00%;CO₂液化量达到883.6 kg/h时,可减少CO₂排放量763万t/a。研究成果对保护环境具有重大意义。     

直接蒸发式三套管蓄能换热器的蓄冷特性

为解决单一节能技术的局限性,采用相变温度为6℃的有机相变材料,结合三套管蓄能换热器,用一种蓄能换热器,与空气源、太阳能热泵组成集成系统.通过建立三套管蓄能换热器的数学模型,模拟了三套管蓄能换热器直接蒸发蓄冷动态特性,结果表明：通过与传统的冰蓄冷比较,高温相变材料蓄冷比冰蓄冷平均蒸发温度高10℃左右,高温相变材料蓄冷的C...     

纸机供汽系统热泵能量效率与 效率分析比较

对热泵运行的效率进行了分析比较,找出了能量效率（COP）值与[火用]效率（η）值在评价热泵时的差异,对计算实例进行了COP分析和η分析并加以评价对比,并计算出了热泵实际的COP值、η和[火用]损失率（Ω）．研究表明,η和Ω值在评价热泵装置时比COP评价具有更多优势,因此采用η和Ω来评价一个热泵系统运行的可用能效率更为有效．     

冰蓄冷低温送风空调系统(火用)损因素分析

低温送风空调系统引进新型冰蓄冷设备,采用正丁烷作为制冷剂,制冷剂与水直接接触,换热更强烈且稳定。为了研究该系统相应(火用)损因素条件下的节能薄弱环节,实现系统性能优化,基于该系统及各表冷器(火用)分析模型,分析了热湿比、新风比、送风温差等(火用)损因素对系统(火用)效率和各表冷器(火用)损率的影响。结果表明:当热湿比变化时,处理二次混风的表冷器(火用)损率随之呈正比变化,其他表冷器(火用)损率及系统(火用)效率随之呈反比变化;当新风比变化时,处理新风的两级表冷器(火用)损率随之呈正比变化,其他表冷器(火用)损率及系统(火用)效率随之呈反比变化;当送风温差变化时,处理一次回风的表冷器(火用)损率随之呈正比变化,其他表冷器(火用)损率及系统(火用)效率随之呈反比变化。     

蒸发器积霜对冷库热工状况的影响

为了探讨冷库蒸发器积霜对冷库热工状况的影响,为冷库及时化霜和无霜运行提供科学依据,试验选用10t3HP的双温双控冷库为研究对象,动态监测了蒸发器积霜前和积霜后两段时间内库温、霜温、蒸发器进风口与出风口温差、冷库耗电量,绘制了蒸发器外表面的三维温度场。试验结果表明：蒸发器积霜前,库温周期变化较为稳定;积霜后,冷库运行周期由3个阶段变为风机运行和制冷2个阶段且库温最低温度逐渐升高,达不到设定下限,周期变化幅度减小,用时缩短。积霜后的霜温周期最低值达到霜温设定下限,冷库不能在正常设定的范围内运行,蒸发器的制冷效率明显下降。蒸发器积霜使进风口与出风口温差减小;冷库运行12h的耗电量增加147．06％。积霜后蒸发器外表面三维温度场显著不同,各点温度都有所下降,偏离设计的最低温度。试验表明,冷库运行过程中不积霜运行是冷库节能安全运行的重要因素。     

LNG接收站冷能利用方案

浙江液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)接收站项目一期设计生产能力为300万t/a,可利用的冷能相当于6亿度电。冷能利用是工艺优化、节能环保和经济效益最大化的重要步骤。本文通过对冷能利用方案的原料、市场、冷能利用率、与LNG冷能工艺的匹配性、投资及回报等进行对比分析,选择合适的冷能利用方案,为其他LNG接收站项目提供参考。     

溴化锂储热储冷系统

为了促进工业中低温余热的利用,设计一种新型的余热回收利用装置——溴化锂储热储冷系统.该系统结构简单,余热利用率高,可以对60 ℃左右的低温工业余热进行收集并加以储存,储存的潜能可以转化成热能,或者在转化成热能的同时产生冷能,这是传统的蓄能技术所不具备的.通过计算分析输出温度、热源温度、溶液质量分数及冷却水温度对系统热效率的影响.结果表明,随着输出温度和冷却水温度的升高,系统热效率下降,而提高热源温度和发生器溶液最终质量分数可以提高系统的热效率.