LNG冷能综合利用系统的设计模拟与分析
LNG冷能利用技术
低温工业应用
在工业生产中，利用LNG 的低温冷能进行深冷分离、 液化空气等工艺过程。
间接利用技术
空气分离
通过间接利用LNG冷能，将空气 中的氧气、氮气等气体进行分离，
满足工业生产需求。
低温医疗
在医疗领域，利用LNG冷能进行低 温治疗、冷冻手术等，提高医疗效 果。
化学反应冷却
在化学反应过程中，利用LNG的低 温冷能降低反应温度，提高化学反 应效率。
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LNG冷能利用的挑战与前景
技术挑战
冷能回收效率
目前LNG冷能回收技术尚未完全成熟，回收效率 有待提高，需要进一步研发和优化。
设备成本
LNG冷能利用设备成本较高，对于一些小型企业 和项目来说，投资门槛较高。
技术标准与规范
目前LNG冷能利用技术尚未形成统一的标准和规 范，影响了技术的推广和应用。
详细描述
在电力工业中，利用LNG冷能可以有效地提高发电效率。LNG冷能发电技术可以将LNG中的冷能转化 为电能，与传统发电方式相比，具有更高的能源利用效率和更低的温室气体排放。这种技术的应用有 助于推动电力行业的可持续发展。
案例三：LNG冷能在建筑行业中的应用
总结词
节能建筑、舒适居住环境
详细描述
在建筑行业中，LNG冷能的应用主要体现在建筑节能设计方面。通过合理利用LNG冷 能，可以实现建筑物的节能减排，降低运行成本。例如，利用LNG冷能进行空调系统 的制冷，可以提高室内舒适度，同时降低能耗。这种技术的应用有助于推动建筑行业绿
色发展。
案例四：LNG冷能在化工行业中的应用
总结词
提高化工产品纯度、降低能耗
VS
详细描述
在化工行业中，LNG冷能的应用主要体现 在利用LNG冷能进行低温分离和提纯。通 过合理控制温度和压力，可以实现高效、 低能耗的化工产品分离和提纯。例如，利 用LNG冷能进行液化空气的分离，可以获 得高纯度的氮气和氧气。这种技术的应用 有助于提高化工产品的质量和降低生产成 本。
液化天然气(LNG)冷量利用技术
液化天然气（LNG）冷量利用技术天然气作为三大能源之一，近年来越来越多地得到国内外的青睐。
而天然气液化之后，其体积骤缩约1/625，对储存和运输都有巨大的优势。
而用户在使用天然气时，LNG 又需要气化后使用。
液化天然气（LNG）的常压贮存温度为111K（-162℃），其气化并复温到常温300K（27℃左右）的过程将释放大量的冷能，约为883 kJ/kg。
这部分冷能的回收利用对提高LNG 使用效率、节省能源消耗具有重大意义。
项目介绍目前，液化天然气的冷能利用可应用于多种场合和领域，如在温差发电、空气分离、冷冻冷藏和制取干冰等领域。
除了低温利用之外，按照冷能梯级利用的原则，LNG 从气化点到常温，其冷量按照梯级回收利用分别可以应用于低温速冻库（-60℃）、低温冷冻库（-35℃）、高温冷冻库（-18℃）以及果蔬预冷库和中央空调系统（0℃～10℃）温区。
西安交通大学制冷低温研究所LNG 冷能利用研究团队在该领域的研究处于国内领先位置，具有良好的研究基础和成果。
目前，团队主要在以下方面拥有重要的理论支撑和关键的应用技术。
1）用于液化天然气汽车（LNGV）冷藏冷冻车（冷链）或车厢空调技术。
使用天然气作为燃料的汽车分为CNG（压缩天然气）汽车和LNG（液化天然气）汽车，后者因其单位体积容量大，能够为汽车提供更长距离的动力、安全可靠而逐渐被汽车市场所接受。
2）LNG 冷能用于空气分离装置流程。
可以为空气分离过程提供低温冷源，为系统输入大量高品质低温冷能，从而降低空分流程的能耗，达到节能增效的目的。
已取得的研究成果：本课题所研究的LNG 冷能回收利用技术，已申请发明专利多项，在冷冻冷藏车进行了模拟实验，冷量完全可以达到要求，同时对冷藏车蓄冷技术、箱内温度场等方面进行了一系列的研究，实现了LNG 冷能的高效回收利用。
项目进一步发展计划：本课题组将在LNG 冷能回收方面进一步开展试验研究、理论基础研究以及更为重要的应用研究。
lng冷能梯级利用方案
lng冷能梯级利用方案
冷能梯级利用方案
一、项目概述
1、冷能梯级利用的概念：冷能梯级利用指把由蒸汽冷凝器冷凝出来的低温冷凝水（常常高于室外大气温度20度以上），以梯级方式传送给低温设备进行利用，从而提高设备的利用效率，实现经济效益。
2、项目概况：本项目是一个冷能梯级利用系统，设置了两级低温设备，上级设备利用蒸汽冷凝器冷凝出来的低温冷凝水作为冷源，可以降低蒸汽加热的水温；下级设备则利用上级设备冷凝出的低温冷凝水继续冷却水温，从而实现冷能梯级利用。
二、设备构成
1、上级设备：由蒸汽冷凝器组成，蒸汽冷凝器中的水温低于室外空气温度，可以把室外空气的热量转移到冷凝水中，使其冷却，冷却水的温度可以达到-20度以下。
2、下级设备：由深海冷冻机组成，深海冷冻机可以将上级设备冷凝出的低温冷凝水继续冷却，从而实现冷能梯级利用。
三、工艺流程
1、室外空气热量通过蒸汽冷凝器转移到低温冷凝水中，使其冷却；
2、低温冷凝水通过控制系统间接控制管路，进入深海冷冻机，继续冷却；
3、深海冷冻机将冷凝水冷却到-20度以下，实现冷能梯级利用。
四、项目建议
1、建议采用蒸汽冷凝器和深海冷冻机组成的冷能梯级利用系统。
2、建议采用控制系统来控制冷凝水的流动，保证深海冷冻机的有效运行。
3、建议增加相应的安全措施，以防止冷凝水的泄露，保证系统的安全运行。
LNG冷能用于冷库的系统设计及分析
第15卷第1期集美大学学报（自然科学版）Journal of Jimei University （Natural Science ）Vol.15No.1［收稿日期］2009－01－13［修回日期］2009－05－05［基金项目］福建省自然科学基金资助项目（E0640013）；福建省科技创新平台资助项目（2009H2006）［作者简介］吴集迎（1964—），男，教授，从事制冷与热泵系统的节能研究.［文章编号］1007－7405（2010）01－0044－04LNG 冷能用于冷库的系统设计及分析吴集迎，马益民，陈仕清（集美大学机械工程学院，福建厦门361021）［摘要］为了将LNG （Liquefied Natural Gas ）冷能作为冷库的冷源，以节省投资、减少电耗、降低冷库的生产成本，结合福建LNG 总体项目，确定了LNG 冷能用于冷库的系统流程与运行模式，并以供气规模为4000万m 3/年的气化站为例，进行了系统节能分析和计算.结果表明：在冷库系统冷量回收率为33%的情况下，该气化站可回收冷量的年冷量收益为611.3万元，投资回收期小于1年.因此，利用LNG 冷能作为冷库的冷源是一种可行的方式，具有显著的节能效果和经济效益.［关键词］液化天然气；冷能利用；冷库；工艺设计；经济性分析［中图分类号］TK 123［文献标志码］A0引言LNG （Liquefied Natural Gas ）气化过程中产生的冷能利用在我国是一个新兴的产业.据测算，每吨LNG 气化将释放出830 860MJ 的冷能.在LNG 气化站，通常这些冷能在气化器中随海水被舍弃了，造成冷量的损失.LNG 的接收站和气化站大都设在港区，而在港口附近一般也都设有中大型冷库，这为回收LNG 冷能用于冷库提供了有利的条件.福建LNG 总体项目包括LNG 专用码头、LNG 接收站和输气干线、LNG 燃气电厂、五城市燃气用户等大型工程.其中，LNG 专用码头、接收站和部分气化站位于湄州湾北岸莆田秀屿港区，其一期工程接收站年接收能力为260万t LNG ；二期工程设计规模将达500万t /年［1］.如果能将部分LNG 气化站冷能作为冷库的冷源，既可节省压缩式制冷装置的投资，又可减少电耗，经济效益和社会效益十分可观.1国内外LNG 冷能利用及应用方式1.1国外LNG 冷能利用国外LNG 冷能利用技术已相当成熟.目前世界上11个国家和地区共有38个LNG 气化站在运行，其中日本23个［2］.日本在利用LNG 进行空气分离、冷能发电、干冰制造和冷库冷藏等方面已有30多年的历史，是最早开发LNG 冷能利用技术的国家之一.日本神奈川县根岸基地的金枪鱼超低温冷库，开始营业至今效果良好.在韩国、澳大利亚和我国台湾地区也都有LNG 冷能的应用实例，如韩国蔚山大学应用LNG 冷能实现轻烃分离［3］.美国、法国、挪威等国家，虽然相继开发了LNG 机车、船舶等以LNG 为燃料的运输工具，但回收利用LNG 冷能，特别是应用于冷库的实例并不多.1.2国内LNG 冷能利用国内首个试点项目广东大鹏湾LNG 接收站目前已投产.两个在建项目是福建LNG 总体项目和上海LNG 项目，另有六个LNG 项目待批.根据中海油规划，将在广东大鹏湾、福建莆田、浙江宁波和第1期吴集迎，等：LNG 冷能用于冷库的系统设计及分析上海市等城市设四个LNG 接收站，建设空气分离项目和民用取冷项目，2010 2015年完成各LNG 接收站冷能综合利用的建设和开发.其中，第一个LNG 冷能综合利用示范项目是中美合资的福建莆田空分项目，设计日耗冷能100万MJ ，日产液氧250t 、液氮340t 和液氩10t ，计划2009年完工投产.随后将相继投资建设冷能发电、废旧轮胎深冷粉碎、海水淡化、干冰制造、冷冻和保鲜物流项目，计划于2015年前完成［3］.目前，国内冷库基本上是采用蒸汽压缩式制冷装置，将LNG 冷能用于冷库尚未见诸报道.2LNG 冷能用于冷库的实现模式LNG 用于空分装置，冷能发电和冷库是在不同能级下的冷能利用.LNG 气化站的气化压力较低，一般为0.6MPa 左右，因此冷库是一种比较适合LNG 气化站的冷能利用方式.2.1减少传热温差LNG 储存温度为－162ħ，而冷库库温则在－30 0ħ之间，一般的换热设备难以实现如此大的传热温差，因此必须考虑通过中间冷媒来降低传热温差.本系统将LNG 的冷能先转移至低凝固点的中间冷媒上，再通过载冷剂的循环把冷量传递给库内的空气，以尽量减少一次传热温差.2.2设置蓄冷装置LNG 主要用于发电和城市燃气，其气化负荷随昼夜和季节波动.由于对天然气的需求是白天和冬季多，则LNG 气化所提供的冷能也多；反之，在夜晚和夏季，可以利用的LNG 冷能也随之减少.为减少LNG 冷能波动对冷库运行产生影响，本系统中设置了蓄冷装置，利用蓄冷物质和LNG 换热以存储LNG 冷能.即：白天LNG 冷能充裕时蓄冷物质吸收冷量而蓄冷；夜间LNG 冷能供应不足时，蓄冷物质释放出冷量供给冷库.从而解决了LNG 气化站产出冷量与冷库用冷不匹配的问题，使冷库库温保持稳定.2.3选择蓄冷介质（中间冷媒）本系统采用无相变蓄冷方式.由于LNG 温度很低，因此在选用蓄冷介质时，既要保证其有较低的凝固点，又应具有较强的蓄冷能力.综合考虑各种因素，选择60%乙二醇水溶液作为蓄冷介质.经过无相变蓄冷后，将其再与载冷剂进行冷量传递，最后通过载冷剂循环为冷库提供冷量.乙二醇水溶液性质［4］见表1.表160%乙二醇水溶液性质表Tab .1Properties of 60%ethylene glycol-water solution 中间冷媒融点/ħ沸点/ħ闪点/ħ比热容/（kJ ·kg －1·ħ－1）溶解热/（kJ ·kg －1）乙二醇水溶液－48.9197.6116 2.35（l ） 1.81（s ）1872.4选择载冷剂LNG 冷能利用系统中的载冷剂应具有较高的冷能利用效率和较低的运行成本，并能保证系统的安全稳定运行.经过比较分析，选择氨作为库内循环的载冷剂.氨不仅具有良好的热力性质和物化性质，同时也是一种环境友好型载冷剂.3LNG 冷能用于冷库的系统工艺流程3.1系统工艺流程设计设计的系统工艺流程如图1所示.首先LNG 和中间冷媒乙二醇水溶液在第一板式换热器里进行热交换，LNG 气化后供给用户使用.乙二醇水溶液得到LNG 释放的冷能后，温度从常温降至－40 －45ħ，冷量蓄存在蓄冷池中.再通过第二板式换热器和氨液进行热交换，得到低温氨液并通过氨泵输送到冻结间蒸发器（冷风机）和冷藏间蒸发器（冷排管），从而使冻结间和冷藏间的温度分别降低至－ħ和·54·集美大学学报（自然科学版）第15卷NG LNG 泵泵泵冻结间冷藏间1冷藏间2板式换热器乙二醇水溶液蓄冷池板式换热器图1LNG 冷能用于冷库的系统工艺流程图Fig.1Schematic of a refrigerated warehouse operating by LNG cold energy3.2系统的运行模式设计的LNG 冷能利用系统可有三种运行模式.1）蓄冷循环LNG 气化释放冷量通过板式换热器对蓄冷池内乙二醇水溶液蓄冷，工作的只有第一板式换热器和蓄冷池，冷库不工作；2）制冷循环LNG 不气化，将蓄冷池内乙二醇水溶液蓄存的冷量释放出来，通过第二板式换热器冷却氨液对冷库供冷；3）蓄冷制冷联合循环第一、第二板式换热器、蓄冷池和冷库同时工作，如果LNG 气化释放的冷量大于冷库所需冷量，则把多余的冷量通过蓄冷池储存起来；如果LNG 气化释放的冷量小于冷库所需冷量，则释放部分蓄冷池的冷量补充冷量的不足.3.3系统特点及安全问题本系统较传统冷库少了制冷压缩机、冷凝器、节流装置及各种辅助设备，节省了蒸汽压缩式制冷装置的大量投资费用，同时又明显减少压缩式制冷装置工作时所需要的运行电耗，符合国家节能减排政策，而且系统通过设置蓄冷池，可保证冷库稳定运行.但LNG 属于易燃易爆物质，一旦发生泄漏将对冷库及周边地区造成极大的安全隐患.因此，应考虑采用抗压、耐冷等性能良好的材料［5］；安装时必须保证系统的气密性，防止LNG 泄漏.4技术经济分析4.1冷量分析假设福建LNG 总体项目一组气化站的天然气供气规模为4000万m 3/年，系统压力为0.6MPa ，把LNG 气化产生的冷能用于港区附近的冷库，根据每吨LNG 气化释放出830MJ 的冷量折算，该气化站每日将产生冷量724963.3MJ ，取冷库系统的冷量回收率为33%，计算得出气化站每日可回收用于冷库的有效冷负荷，见表2.据报道，一库长30m ，宽20m ，高5m 的单层低温冷库总耗冷量约为250kW ［5］.可见该组LNG气化站产生的可回收冷负荷足以满足10座这种规模的冷库需要，而不必再配置常规冷库中所需的压缩机、冷凝器、节流阀等其他机械制冷设备.表2LNG 气化站冷量数据Tab .2Cold energy data of a LNG gasifying station·64·第1期吴集迎，等：LNG 冷能用于冷库的系统设计及分析4.2经济性分析1）在冷量分析的基础上，取工业电价为0.8元/kWh （相当于0.22元/MJ ），如以常规蒸汽压缩式制冷方式得到同样冷量折算冷价，制冷系数COP 取3计算，则冷价为0.07元/MJ.2）根据该组气化站可回收的冷量，计算年冷量收益为611.3万元.如果LNG 冷能利用系统中包括板式换热器、蓄冷池、循环泵及其他附属设备的造价按103元/kW 计算，运行费用按设备造价的20%计算，取设备年折旧率3%［6］，计算得出该系统投资回收期为0.44年（见表3）.因此，利用LNG 冷能作为冷库的冷源是一种可行的利用方式，不仅减少了设备投资费用，而且降低了冷库的生产成本，具有明显的经济效益.表3冷能利用系统投资收益Tab .3Investment-benefit of a LNG cold energy utilization system 释放冷量/（MJ ·d －1）回收冷量/（MJ ·d －1）冷量价格/（元·MJ －1）冷量收益/（万元·年－1）冷能利用系统投资费用/万元年折旧费用/万元冷能利用系统运行费用/（万元·年－1）投资回收期/年724963.3239237.80.07611.3277.18.3155.420.445结论1）LNG 冷能用于低温冷库是合理的冷能利用方式，既减少了系统设备的初投资费用，又回收了大量的LNG 气化冷能，明显降低冷库运行的电耗.2）LNG 气化站释放出来的可回收冷量，完全可以满足大容量冷库的用冷需要，而且冷库系统结构简单，投资回收期较短.3）设计的LNG 冷能用于冷库的系统工艺流程，将蓄冷技术与冷冻冷藏技术相结合，可保证冷库库温稳定和安全运行.［参考文献］［1］徐立.福建LNG 项目建设与经济发展［J ］.福建能源开发与节约，2003（2）：47-48.［2］顾安忠，鲁雪生，汪荣顺，等.液化天然气技术［M ］.北京：机械工业出版社，2004.［3］高文学，王启，项友谦.LNG 冷能利用技术的研究现状与展望［J ］.煤气与热力，2007，27（9）：15-21.［4］盛青青，章学来，叶金，等.利用LNG 冷能的冷冻冷藏库设计［J ］.能源技术，2007，28（6）：322-324.［5］唐贤文，杨泽亮.LNG 卫星站中的冷能应用于冷库设计探讨［J ］.中山大学学报论丛，2007，27（2）：88-91.［6］聂廷哲，焦琳，段常贵，等.LNG 气化站冷能利用方式的探讨［J ］.煤气与热力，2007，27（1）：21-23.System Design and Analysis of Applying LNG Cold Energyto Refrigerated WarehousesWU Ji-ying ，MA Yi-min ，CHEN Shi-qing（School of Mechanical Engineering ，Jimei University ，Xiamen 361021，China ）Abstract ：If the cold energy of LNG is used as the cold source of a refrigerated warehouse ，the initial cost ，electricity consumption and production cost of the refrigerated warehouse will be bined with the packaged LNG project of Fujian Province ，the system flow process and operating mode of LNG cold energy to be used in refrigerated warehouses were determined ，and the energy saving effect was analyzed by taking a gasifying station with the gas supply capability of 40million m 3per year as an example.Results showed that under a 33%cold energy reclaim ratio of the refrigerated warehouse ，the annual profit from a-vailable reclaimed cold energy of the gasifying station was 6.113million RMB ，and the payback period of ini-tial cost was less than a year.Therefore ，it is an ideal way to use LNG cold energy as the cold source of re-frigerated warehouses to gain significant energy-saving effect and economic benefits.Key words ：LNG ；cold energy utilization ；refrigerated warehouse ；process design ；economic analysis责任编辑陈敏）·74·。
LNG冷能利用介绍
综合考虑实际工艺系统的效费关系，是一个工艺与设备费用平衡的论题，“ 技术经济
优化是评价一切节能措施的判据”。㶲经济学在适应于能量系统分析的学科，为解决价格
估算、工厂设计优化、故障诊断等领域问题提供了不同方法。㶲经济学的特点是依据㶲含
量而赋予能量流一定的价值, 结合价值平衡思想, 估算能量在转换与传递过程中价值的变化,
LNG电厂与燃煤电厂性能比较
2021/4/14
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二、LNG冷能利用的方式（直接利用）
LNG冷能在IGCC电站中的阶梯利用
IGCC（整体煤气化联合循环）电站由化工岛和联合循环发电岛组成。化工岛包括空分 、 煤气化、煤气净化等系统；联合循环发电岛包括燃机、余热锅炉和汽轮机。IGCC电站的工 作原理是: 煤在气化炉中气化产生以CO和H2为主要成分的粗煤气，粗煤气通过除尘、水洗、 脱硫后称为净煤气。净煤气送入燃机发电，燃气透平排气再直接送入余热锅炉，产生过热 蒸汽并送到汽轮发电机组做功输出电能。LNG冷能在IGCC电站中有3种用途。
LNG冷能㶲随系统压力的变化
LNG冷能㶲随甲烷摩尔分数的变化
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一、LNG冷能利用原理及分析
3、 LNG冷能利用的概念及意义
冷能利用主要是依靠LNG与周围环境（如空气、海水）之间存在的温度和压力差，将高 压低温的LNG 变为常压常温的天然气时，回收储存在LNG中的能量。
LNG工业近几年的发展非常迅速，世界上 LNG的生产应用以年均20%的速度增长，探索 LNG冷能利用意义重大、前景广阔。从节能环保 和经济效益角度出发，冷能利用也具有重大意义。
制在0℃以上, 以防止水蒸气冻结在冷却器表面。
（6）混合动力循环 以氨水为工质的朗肯循环、燃气动力循环和液化天然气循环组成的混合动力循环系
LNG冷能综合利用研究
Ｌ Ｇ冷 能综 合 利 用研 究 Ｎ
江克忠 ， 学军， 杨 刘 成 ， 崔卫 滨
（ 中国海洋石油公司 基地集 团 石化服务公 司 空分项 目组 ， 广东 惠州 大亚湾 海洋石油大厦 ２ ８能利用 的背景 和现状 ， Ｌ Ｇ冷能综合利用 的意义 出发 ， Ｌ Ｇ冷能的可用性 以及用 冷特性 Ｎ 从 Ｎ 对 Ｎ 进 行分析 ， 最后指 出了 Ｌ Ｇ冷能综合利用方法策略和集成模型 ， Ｎ 利用 的实施条件和解决措施 。 关键词 ： 液化天然气 ； 冷量 ； 综合利用 ； 梯级； 用冷特性 中 图 分 类号 ：Ｅ ９ ， ０ ｒ 文 献 标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０７７０ （０ ８ ０ —０ １０ １０ －８４ ２０ ）２００ —５
维普资讯
第 ２ 第 ２期 ６卷 ２０ ０ ８年 ４月
低 温 与 特 气
Ｌｏ Ｔｅ ｅ ａｕｒ ｎｄ Ｓｐ ｃａ ｓ ｓ ｗ ｍｐ ｒ ｔ ｅ ａ ｅ ｉｈｙ Ｇａ ｅ
Ｖ０． ６． ｏ ２ １２ Ｎ ． Ａｐ ．， ０ ８ ｒ ２０
ｌｍ ｓ ｅ ． Ｋ ｅ ｏ ｄｓ：ｃ ｏ ｎｇ； ｏ ｒ ｈ ｎｓｖ ｔｌ ａｉｎ； ａ ｃ ｄ ｃｈ ｒｃ ｅ ｓｉｓ ｏ ｏｄ ｅ ｅ ｇ ｙＷ ｒ ｏｌ ｉ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｉｅ ｕｉ ｚ ｔｏ ｃ ｓ ａ ｅ； ａ ａ ｔ ｒ ｔｃ ｆｃ ｌ ｎ ｒｙ ｉ ｉ
０ 引 言
（ Ｎ Ｏ ｉＢ ｅＧ ｏｐＣ ，Ｔ — ｅ ｏｈｍ ｃｌ Ｓｒｉ ｓ Ｈｕ ｈｕ５ ６８ ，Ｃ ｉａ Ｃ Ｏ Ｃ Ｏｌ ａ ｒｕ ｏＬ Ｄ Ｐ ｔ ｃｅ ｉａ ｓ ｒ ｓ＆ ｅｖ ｅ ， ｉ ｏ １０６ ｈ ） ｃ ｚ ｎ
Ａｂｔａ ｔ Ｔ ｅｍａ ｏ ｅ ｆｈｓ ｕｊｃ ｉ ａ ｏ ｔ ｈ ａｋ ｒ ｕ ｄａ ｄｌｔ ｔ ｏ ｄ ｏ ｆ ｏ ｐｅ ｅ ｓ ｅ ｔｉ ｔ ｎｏ Ｎ ｓｒ ｃ ： ｈ ｉ ｃ ｍ ｎ ｏ ｉ ｓ ｂｅｔ ｓ ｂ ｕ ｔｅ ｃ ｇｏ ｎ ｅ ｎ ｉ ｎｏ ｍ ｒｈ ｎｉ ｉｚｉ ｆ Ｇ ｎ ｔ ｔ ｂ ｎ ａ ｓｃ ｔ ｉ ｃ ｖ ｕ ｌａ ｏ Ｌ
大型LNG接收站冷能利用技术分析与运行分析
大型LNG接收站冷能利用技术分析与运行分析发布时间：2022-08-08T08:34:53.626Z 来源：《工程管理前沿》2022年第8卷3月6期作者：李雄豪张会君[导读] LNG在气化过程中会释放约830kJ/kg高品位冷量，即每吨LNG常压下的冷能相当于230kW·h的李雄豪张会君中国石化青岛液化天然气有限责任公司266400摘要：LNG在气化过程中会释放约830kJ/kg高品位冷量，即每吨LNG常压下的冷能相当于230kW·h的电能，按600万吨/年规模的LNG接收站测算，相当于1台460MW燃气蒸汽联合循环发电机组的年发电量。
通过对该部分冷能的有效利用，可满足相应用户的用冷需求，并可进一步降低LNG成本、实现节能减排，是典型的循环经济模式。
我国产业政策鼓励发展LNG冷能利用项目，国家发改委在《天然气发展“十三五”规划》中明确要求“加大LNG冷能利用力度”。
2021年，我国进口LNG7805万吨，其中约6000万吨的LNG气化进入管网，初步测算LNG 接收站冷能投运项目的利用规模仅约500万吨，远低于日韩约20%～30%的冷能利用率水平。
鉴于“十四五”末我国进口LNG量将超过1亿吨，开展LNG冷能利用的技术研究和工程实践，对进一步加快发展LNG冷能利用项目，实现绿色低碳发展和节能减排具有重大意义。
本文主要分析大型LNG接收站冷能利用技术分析与运行。
关键词：LNG接收站；冷能利用；方案比选；工程实践引言在LNG贸易流通过程中，大型LNG接收站是一个非常重要的组成部分，但也可以大量收集冷能，而对于我国的能源结构工作来说，大型LNG接收站内的大量冷能，如何做到高效合理利用，也成为工作的主要内容之一。
目前，我国LNG冷能利用技术仍处于起步阶段，虽然已经取得了一定程度的发展，但受制于我国的政策、自身技术和能源结构，导致冷能利用效率在我国大型LNG接收站，这些都不是很客观，并对我国整体节能减排工作的发展产生了一定的负面影响。
说明书-LNG动力船冷能综合利用系统设计
LNG 动力船冷能综合利用系统设计说明书作品内容简介本作品是基于“温差发电技术”和“自适应智能梯级利用技术”，设计的冷能综合利用系统（见图1，图2，图3，图4）。
本作品可减少LNG 动力船供气系统的冷能损失，解决目前LNG 动力船对海洋生态环境造成的冷污染，提高LNG 动力船的综合经济效益。
其基本思路是：根据母型船正常工况下的LNG 以及船舶主机耗气量和废气的流量及温度分别确定冷源和热源所具备的冷量和热量，据此设计温差发电装置。
并将部分冷能先后通过主换热器，主冷媒循环系统，主流量控制阀，辅换热器，辅冷媒循环系统，辅流量控制阀到达各个耗冷装置。
其中，主流量控制阀来控制管路中冷媒的总体流量，辅流量控制阀控制各个辅冷媒循环系统中的冷媒流量，各个耗冷装置都装有传感器分别反馈至各个耗冷装置主管的辅流量控制阀调节流量来达到预设温度。
关键词：温差发电梯级利用LNG 动力船的冷能利用自适应智能系统图1模型正视图图2模型侧二视图图3模型第一层视图图2模型第二、三层视图1研制背景及意义现阶段，能源结构、环境问题已经日益成为制约世界经济可持续发展的一个因素，而且船舶燃料油价格较高，且其燃烧排放物中有害气体的含量难以满足国际公约有关规定。
为了优化能源结构与保护环境，世界发达国家都在积极开发清洁能源。
在航运业，液化天然气(Liquified Natural Gas，LNG)作为一种清洁、经济高效的能源越来越受到青睐，再加上各国的能源政策使得21世纪被称为“天然气世纪”。
近年来，内河方面出现了非常多的小型LNG动力船，远洋方面也出现了大型LNG动力船(如：北欧有许多大型近海LNG动力船，美国TOTE公司订造的大型LNG动力集装箱船即将下水)。
随着LNG在船舶应用方面的发展，LNG船舶逐渐增加，然而LNG船舶在使用LNG燃料时，存在大量的冷能损失的问题，从环保节能的角度上来看，如果能够充分利用这部分的高品质能量，对于提高LNG船舶的燃气效率来说是极其重要的。
LNG冷能用于冷库的系统设计及分析
Ｏ 引言
Ｌ Ｇ （ ｉ ｅｅ ａ ｒ ａ）气化过程中产生的冷能利用在我国是一个新兴的产业．据测算，每 Ｎ Ｌ ｕｆｄＮ ｔ ａ Ｃ ｓ ｑ ｉ ｕｌ 吨 Ｌ Ｇ气 化将 释放 出 ８０～ ６ Ｎ ３ ８０ＭＪ的冷 能．在 Ｌ Ｇ气化 站 ，通 常这些 冷能在 气化器 中随海水 被舍弃 Ｎ 了，造成冷 量的损失 ．Ｌ Ｇ的接收站 和气化 站 大都 设在 港 区 ，而在 港 口附近 一 般也 都设 有 中大 型冷 Ｎ
第１ ５卷
第 １ 期
集美大学学报 （自然科 学版 ）
Ｊｕ ｌ ｏ ｍ ｉ ｎｖｒ ｔ（ ａｕａ Ｓｉ ｃ ） ｏｍａ ｆ ｉ ｅ Ｕ ｉｅ ｉ Ｎ ｔｒ ｃ ｎｅ Ｊ ｓｙ ｌ ｅ
Ｖｏ． ５ Ｎｏ １ １１ ．
２１ ０ ０年 １ 月
Ｊｎ ０ ０ ａ ．２ １
【 文章编号］１０ —７Ｊ （０ ０ ０ — ｏ４— ４ ０ ７ ４ ５ ２ １ ）１ ０ ４ ０ Ｄ
空 分项 目，设 计 日耗冷 能 １× ０ Ｍ ， 日产液 氧 ２ ０ｔ 氮 ３ ０ｔ １。 Ｊ ５ 、液 ４ 和液氩 １ ，计划 ２ 冷 能发 电 、废 旧轮 胎深冷 粉碎 、海 水淡 化 、干冰制 造 、冷冻 和保鲜 物流项 目，计 划于 ２１ ０ ５年前完 成 Ｊ 目前 ，国 内冷 库基本 上 是采用 蒸 汽压缩式 制冷 装置 ，将 Ｌ ． ＮＧ冷 能用 于冷 库 尚 未 见诸报 道 ．
冷 库 ，开始 营业至今效果 良好 ．在 韩 国、澳大利 亚 和我 国 台湾地 区也 都 有 Ｌ Ｇ冷 能的应 用实 例 ，如 Ｎ 韩 国蔚 山大学应 用 Ｌ Ｇ冷 能实 现轻 烃 分 离 ．美 国、法 国、挪 威 等 国家 ，虽然 相继 开 发 了 ／ Ｇ机 Ｎ ＿ ， Ｎ 车 、船 舶等 以 Ｌ Ｇ为燃料 的运 输工具 ，但 回收利 用 Ｌ Ｇ冷 能 ，特别是应 用 于冷库 的实例并不 多． Ｎ Ｎ
LNG气化站冷能利用的冷库系统设计
中式 空高系统冷源 的需要 ， 组合设 计提 出 Ｌ ＮＧ气化 站冷 能梯
级利用 后冷库 系统流程 图跚 ， 如图 １ 示 ， 所 还有冷 能冷库 生产 生活具体 实现设计的系统工艺流程 图 ］ 如 图 ２ ［ ， 所示 。
时应用 ， 通过ｊ通管及 阀门来控 制空 调系统 是否使 用 ， 因在冬
磨 、 水 淡 化 、 旧轮 胎 深 冷 粉 碎 、 气 分 离 （ 能 制 氢 、 液 海 废 空 冷 制
３ 之间 ， ６ 如文献 ［］ ２ 的实例分析 ， 通过技 术经济 分析 ， 可完全
肯定 了 Ｌ ＮＧ冷能作 为冷库 的冷 源利用 的经济效益 。
２ 利 用 Ｌ Ｇ冷 能的冷 库 系统设 计 Ｎ
设计 方案 。
２ ２ 系统 工 艺 设 计 ．
根据实现模式 ， 虑分 级利用 效果 ， 考 以冷库生 产实 际为基
点， 综合冷库的冷结产冰库 、 保鲜库 和可用作 办公场气 低温集
２１ 年 Ｏ ０１ ５期 总第 １ ５ ５ 期
许物王 ・Ｌ ＮＧ气 化站冷能利用的冷库系统设 计
・８ ８・
２ １ 实现模式 的选择 ． Ｌ ＮＧ冷能冷库利用 的系统设 计 ， 都必 须考虑 到减少 传热 温差 、 置蓄冷装 置（ 设 如制冷储蓄罐） 参考一些技术总结 ， ， 也通
氮、 制液氧 、 制液氩等等 ）冷能制取液化二氧化碳或干冰 、 、 冷能
冷库利 用 ， 也提 出进行 分级使 用 ， 深冷 用于低 温研磨 、 空气分
能 的 日夜 蓄 冷 量 、 冷库 库 温稳 定 及 冷 能充 分 利 用 的 问题 ｌ 。 ＿ ２ ］ Ｌ ＮＧ 的冷 能 在 冷 库 中 几 乎 可 以无 浪 费 利 用 ， 用 制 冷 机 不
液化天然气(LNG)冷能分析及利用初步研究
液化天然气(LNG)冷能分析及利用初步研究摘要：随着我国液化天然气（LNG）产业的蓬勃发展,LNG本身蕴藏的冷能具有很大的利用价值。
目前我国主要是单一方式的利用和回收,利用效率低下,从冷能的热力学性质方面入手,可以对LNG的冷能进行阶级利用,从而提高冷能的利用效率。
关键词：液化天然气；冷能分析；利用1LNG冷量利用途径1.1利用LNG冷能发电将液化天然气的冷量经过回收、转化生成电能，是目前比较常用且技术成熟的一种利用方式。
根据冷量利用形式的不同，又可以将其分为两种方式：（1）膨胀发电。
液化天然气在汽化时由于体积会急剧的膨大，在狭小、密闭的容器中会释放出巨大的能量，进而推动发电机发电。
这种发电方式的冷能利用率通常在20%-30%之间。
（2）把液化天然气当作一种冷凝剂，把冷凝机加入到冷凝器中，通过实现冷量转移，利用介质与环境的温度差带动蒸汽动力循环，完成发电。
在这种发电方式中，介质的选择十分关键，例如使用丙烷作为介质，冷量利用率只有25%左右；而选择碳氢化合物作为介质，利用率可以提升至40%以上。
1.2利用LNG冷能液化分离空气低温液化是分离空气的常用方法。
根据空气中各类气体成分也液化温度的不同，可以分别分离提取到液氧、液氮、液氩等具有重要工业价值的产品。
利用液化天然气冷量，可以比较方便地实现气体液化。
目前已经比较成熟的技术是利用两级压缩式制冷机，先进行液化天然气冷能的回收，然后再利用冷能完成空气液化，得到液氧和液氮。
从成本上来看，选用液化天然气冷量进行空气液化分离，在电能消耗、水能消耗等方面都有一定的优势，相比于传统工艺可以节约20%-40%的成本。
另外，将获得的液氧收集起来利用特定的设备进行加工，还能够获得臭氧，在处理化工企业排放污水方面也具有重要作用。
1.3利用LNG冷能制取干冰二氧化碳的液态及固态（干冰）形式，在多个领域有着重要利用。
例如可以作为灭火器的主要材料；作为制冷剂或是用于人工降雨等。
LNG冷能利用介绍
低温冻干生产线 2019/12/20
抗生素等高 效药物低温 合成、脱水 食品生产
我国首个LNG冷能空分项目（莆田）
-163℃的LNG蕴含大量的 高品位冷能，用途极广
-6-
一、LNG冷能利用原理及分析
4、 LNG冷能利用过程
LNG冷能利用示意图
5、㶲经济学分析方法——LNG冷能利用规划基础
LNG接收站工艺流程
二次媒介法
太阳能作为 高温热源
- 10 -
二、LNG冷能利用的方式（直接利用）
2019/12/20
- 11 -
二、LNG冷能利用的方式（直接利用）
（4）布雷敦循环（气体动力循环） 利用冷能来冷却压缩机进口气体, 可使装置热效率显著提高。
（5）燃气轮机利用方法（冷却介质） 降低燃气轮机入口空气温度，显著提高循环做功和做工效率。注意冷却温度须严格控
热量/冷量 与温度的关系
在LNG气化过程中， 约能产生870kJ/kg的低 温能量。目前，这种冷 能大部分被释放到海水 中。
可惜
-4-
一、LNG冷能利用原理及分析
2、 LNG冷能的特点
低温和产生低温所需要动力的关系
温度与LNG 冷能的关系曲线
冷却温度与设备资金投入的关系曲线
LNG冷能㶲随环境温度的变化 2019/12/20
制在0℃以上, 以防止水蒸气冻结在冷却器表面。
（6）混合动力循环 以氨水为工质的朗肯循环、燃气动力循环和液化天然气循环组成的混合动力循环系
统，用于液化天然气冷能回收。
2019/12/20
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二、LNG冷能利用的方式（直接利用）
（7）温差发电和动力装置联合回收系统 利用LNG与海水的温差或与工业废气之间的温差，设置动力循环系统，将冷能转化为
基于HYSYS_的LNG_冷能利用方案设计与优化
Modeling and Simulation 建模与仿真, 2023, 12(5), 4480-4487 Published Online September 2023 in Hans. https:///journal/mos https:///10.12677/mos.2023.125408基于HYSYS 的LNG 冷能利用方案设计与优化汪自钊江苏科技大学能源与动力学院，江苏 镇江收稿日期：2023年7月17日；录用日期：2023年9月5日；发布日期：2023年9月12日摘要本文针对某型液化天然气(LNG)燃料动力渔船，基于船舶的发电、冷库及空调的需求，同时考虑船内余热资源以及发动机消耗的LNG 汽化冷能，以实现LNG 冷能的梯级合理利用为目标，提出其综合利用设计方案。
在对设计方案系统利用Aspen HYSYS 软件进行流程模拟计算的基础上，对设计方案的循环工质选择等方面进行了优化，最终优化方案经过工质优化后总体㶲效率达到了39.54%，设备投入可以在2.1年内回收成本。
关键词LNG 冷能，梯级利用，㶲分析，优化分析Design and Optimization of LNG Cold Energy Utilization Scheme Based on HYSYSZizhao WangEnergy and Power Department of Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang JiangsuReceived: Jul. 17th , 2023; accepted: Sep. 5th , 2023; published: Sep. 12th , 2023AbstractThis article focuses on a certain type of liquefied natural gas (LNG) fuel powered fishing vessel, based on the needs of power generation, cold storage, and air conditioning of the vessel, while considering the residual heat resources inside the vessel and the LNG vaporization cooling energy consumed by the engine. The goal is to achieve the rational utilization of LNG cooling energy in a cascade manner, and proposes a comprehensive utilization design scheme. On the basis of using Aspen HYSYS software for process simulation calculations in the design scheme system, optimiza-tion was carried out on the selection of circulating working fluids in the design scheme. After op-timizing the working fluids, the overall efficiency of the optimized scheme reached 39.54%, and汪自钊the equipment investment can recover costs within 2.1 years.KeywordsLNG Cold Energy, Step Utilization, Exergic Analysis, Optimization AnalysisCopyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言随着全球经济发展和人口增加，各种环境污染和能源短缺问题越来越严重，液化天然气(LNG)作为一种洁净能源因为其经济高效和灵活方便等优势，逐渐代替传统煤和石油化石能源，在各种能源应用领域得到了广泛的应用[1]。
LNG冷能利用冷库的流程模拟计算
置、 冷量利用装置的前提。 ｉ Ｇ是以甲烷为主， 包括氮、 乙烷、 丙烷等组分 的低温液体混合物， 与外界环境存在着温度差和压
Ｌ Ｇ是低温多组分液体混合物 ， Ｎ 其相 变潜热 、 平均泡点温度等与压力、 组分等有密切关系 。气化 后 的气体如压力较高 ， 则性质偏离理想气体。因此 要对式 （） ４ 和式（） ５ 进行计算 ， 必须建立 １＇ ．Ｇ相平衡 ２ ／
ｅ ＝ｅ（ ｏ Ｐ） ， ０ ， Ｔ ， 一ｅ（ Ｐ ）
（） ２
（） ３
Ｌ Ｇ在定压下 由低温升高到 的过程 中发生 Ｎ
沸腾相变。设 Ｌ Ｇ为在 温度 下 处 于平衡 状态 Ｎ 的两 相 物 质 ， 化 潜 热 为 ｒ 相 应 潜 热 炯 为 气 ，
广泛研究 ， 并在低 温发 电、 冷冻食 品及空气液ห้องสมุดไป่ตู้等
一
力差 。其冷量即为 Ｌ Ｇ变化到与外界平衡 状态所 Ｎ
２ — ７
维普资讯
《 冷藏 技术 ）０８年 ９月第 ３期 （ １４期 ） ）０ ２ 总 ２
关系， 采用真实流体状态方程进行分析。
１ ２Ｌ Ｇ冷量ｊｌ 分析 ． Ｎ 舛 特性
合物接近临界区， 致使汽化潜热降低 。Ｌ Ｇ总冷量 Ｎ 焖可由低温烟与压力炯相加获得 ， 其值随压力升高 而呈降低趋势 ， 当 Ｐ ２ Ｐ 时其趋势趋于平缓。 但 ＞ Ｍａ
１２ ３Ｌ Ｇ组成 的影 响 ．． Ｎ
许多因素影 响到 Ｌ Ｇ冷量炯的大小。根据前 Ｎ
述 Ｌ Ｇ冷量 炯数 学 模 型 ， 而对 环境 温 度 、 Ｎ 下 系统 压 力 及各 组分 含量 等 因 素对 Ｌ Ｇ冷量 炯的 影 响 进行 Ｎ
分析。 １２ １环境 温度 的 影 响 ．．
量 进行 评价 。
LNG冷能回收及综合利用技术
LNG冷能的基本概念
LNG：液化天 然气
冷能：液化天 然气在气化过 程中释放的能
量
回收技术：利 用LNG冷能， 将其转化为其 他形式的能源
综合利用：将 LNG冷能用于 多种领域，如 冷链物流、空
调系统等
LNG冷能回收的重要性
提高能源利用效率：LNG冷能回收技术能够充分利用LNG中的冷能，提高能源的整体利用效率。
03
LNG冷能回收技术原理及方法
LNG冷能回收原理
介绍LNG冷能回收技术的基本 原理
描述LNG冷能回收的方法和流 程
分析LNG冷能回收技术的优势 和局限性
探讨LNG冷能回收技术在不同 领域的应用前景
LNG冷能回收技术分类
直接利用技术： 将LNG冷能直 接转化为机械 能或电能，如 低温制冷、低
温发电等。
用于建筑物的供冷和供暖 用于建筑物的冷能储存和释放 用于建筑物的节能改造和绿色建筑 用于建筑物的空调系统优化和节能减排
LNG冷能在能源领域的应用
冷能发电：利用LNG冷能进行发电，提高能源利用效率。 工业制冷：利用LNG冷能进行工业制冷，降低生产成本。 空调制冷：利用LNG冷能进行空调制冷，提高居住舒适度。 冷冻物流：利用LNG冷能进行冷冻物流，保证食品新鲜安全。
中期阶段：随着技术的发展，开始出现LNG冷能回收利用的装置和系统， 用于发电、制取工业气体等。
当前阶段：LNG冷能回收技术已经相当成熟，广泛应用于多个领域，如冷 链物流、海水淡化、空气分离等。
未来展望：随着环保意识的提高和能源结构的转型，LNG冷能回收技术有 望在更广泛的领域得到应用，推动能源利用的可持续发展。
成功案例分析
介绍LNG冷能回 收及综合利用技 术在某个地区或 行业的成功应用 案例，包括项目 背景、实施过程、 技术方案、经济 效益等方面的详 细情况。
LNG重卡无相变换热冷能利用空调系统设计
统 替代 蒸汽 压缩制 冷机 组 ， 通 过理 论 计 算和 空调 系统装 置 实验表 明 ： 在 环 境 温度 ３ ０ —３ ５℃ ， Ｌ Ｎ Ｇ由
储 存 温度 一１ ６ ０℃汽化 至环 境 温度 １ ５ ｏ Ｉ ＝ ， 流量为 ２ ５ ． １ ９ ４ ｋ ｇ ／ ｈ时 ， 理 论 计 算冷 量 释放 达 ６ ． １ ３ ｋ Ｗ， 冷
摘 要 ： 阐述 了 Ｌ Ｎ Ｇ重 型卡 车空 调 系统 冷 能利 用的设 计 原 理 ， 以 Ｌ Ｎ Ｇ 为 实验 介 质 ， 通 过 计 算机
仿 真 和 实验 台模 拟 试 验 检 验 了 该 系统 的 可 行 性 。 开 发 了基 于 Ｌ ＮＧ 无 相 变 低 温 换 热 冷 能 利 用 空 调 系
Ｓ ｔ ｕ ｄｙ ｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｖ ｙ ｔ ｒ ｕｃ ｋ ａ ｉ ｒ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｕｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ＬＮＧ ｃ ｏ ｌ ｄ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ
ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｈｅ ａ ｔ ｅ ｘ ｃ ｈａ ｎｇ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｐ ｈａ ｓ ｅ ｃ ｈａ ｎｇ ｅ
Ｗａ ｎ ｇ Ｆａ ｎｇ Ｆ ｕ Ｙｉ ｋ ｅ Ｆａ ｎ Ｘｉ ａ ｏ ｗｅ ｉ Ｚｈ ｕ Ｃａ ｉ ｘ ｉ ａ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ， Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｙ ｕ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ４ ５ ０ ０ ０ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０ １ ６年第 １期 总第 ２ ０ ９期
LNG冷能利用技术
——ORC发电系统/多温段换热系统
高文忠
教授/博导
上海海事大学 清洁能源利用实验室
2021年4月17日
01
02
03
04
液化天然气的发展
CCHP系统设备运行性能及整体评价
LNG冷能利用的方式
利用LNG冷能的发电技术
CCHP负荷预测研究
LNG 冷能利用多温段换热系统
忠信笃敬
一、课题研究背景及研究内容
• 若该冷能完全转化为动力，则一吨LNG可释放的冷能相当于240kW·h。
一、课题研究背景及研究内容
二、LNG冷能利用的方式
可利用LNG冷能：
根据2020年LNG前景报告显示，2019年中国LNG进
口增加4000万吨，仍是全国前三大LNG增量市场之一，
并且预计2040年中国天然气需求将翻一番。
而根据能源咨询公司伍德麦肯兹的预测，我国LNG进
冷藏以保持低温状态，在运输过程中
保持食品新鲜。
• 冷链物流所需的重卡运输及制冷需求，
与 LNG 汽车的冷能利用相契合，降低
能耗的同时，带来经济效益，是 LNG
冷能利用的新领域。
20
一、课题研究背景及研究内容
四、LNG 冷能利用多温段换热系统
冷冻冷藏：
采用 LNG 冷能作为冷库的冷源，
将载冷剂冷却到-20~-65 ℃，然后
公司
LNG基地
启用年
发电量(kW)
发电方式
大阪瓦斯
泉北NO.2
1979
1450
朗肯循环
东邦瓦斯
知多
1981
1000
朗肯循环
大阪瓦斯
泉北NO.4
1982
低温热能-LNG冷能双级发电系统参数分析与优化
低温热能-LNG冷能双级发电系统参数分析与优化低温热能-LNG冷能双级发电系统参数分析与优化摘要：本文提出了一种新型低温能源利用方式，即低温热能-LNG冷能双级发电系统，该系统可实现热电联供并提高能源利用效率。
文章首先介绍了该系统的工作原理，然后建立了系统数学模型，分析了系统内部传热、传质、传动过程，得出了系统的理论性能曲线。
接着，通过实验验证，确定了系统关键参数，并对系统参数进行了优化，取得了良好的热电转换效果。
本文研究结果表明，该系统具有较高的能源利用效率和经济性，可以作为低温热能利用的一种新型方式。
关键词：低温热能；LNG；冷能；双级发电系统；参数分析；优化1. 引言低温热能是一种常见但被广泛浪费的能源形式，例如地表水、地下水、大气水蒸气等，其温度范围通常在0～70℃之间。
传统的低温热能利用方式主要是通过低效的直接蒸发或间接蒸发方式进行，使得其潜在的能源价值严重受限。
冷能则是一种相对较为稀缺的能源资源。
目前主要通过制冷剂或者利用环境温度差采用直接或间接的方式来获取。
然而，这些方式存在着制冷剂对臭氧层的破坏、能量和材料消耗、成本高等不利因素，使得冷能的利用受到了限制。
为了充分利用低温热能，缓解冷能的短缺，提高能源利用效率，本文提出了一种新型低温热能利用方式——低温热能-LNG冷能双级发电系统。
在该系统中，利用低温热能驱动气态LNG制冷机，使其产生冷能，并通过再次加热LNG产生动力，从而实现热电联供。
该系统不仅可以提高低温热能的利用效率，而且可以大幅度减少LNG制冷机的能量消耗，降低系统的运行成本。
2. 系统工作原理低温热能-LNG冷能双级发电系统由低温热源、LNG制冷机、热机和发电机等四个主要部分组成。
其中，低温热源通过换热器预先加热LNG，使其升温至0℃以上，同时低温热源本身的温度下降一定值。
然后，经过减压膨胀阀的降压作用，LNG瞬间膨胀，产生强烈的蒸发冷却。
冷却后的LNG进入制冷机蒸发器中，通过拉伸制冷循环的方式进行制冷，将热能再次转化为冷能。
LNG_冷能发电模式分析
任 锦 LNG 冷能发电模式分析32023，33（4）LNG 冷能发电模式分析任 锦* 惠生工程（中国）有限公司北京分公司 北京 100020摘要 本文以项目实例，将朗肯循环运用到联合法发电流程，通过模拟计算表明，混合工质是用于低温朗肯循环最合适的工质，工质的蒸发温度和冷凝温度对系统净输出功的影响较为明显，利用周边装置余热作为工质蒸发热源可有效改善系统冷量回收率。
关键词 液化天然气（LNG） 低温朗肯循环 混合工质 冷能回收利用DOI : 10.3969/j.issn.1007-6247.2023.04.001*任 锦：工程师。
2007年毕业于武汉理工大学化学工程与工艺专业获学士学位。
主要从事石油化工与天然气工艺设计。
联系电话：158****1653，E-mail ：****************。
天然气作为一种新型、清洁、高效的优质能源，受到各个能源消费大国的重视，其用途主要体现在发电、用作生活燃料及工业燃料、化工行业原料、生产化肥、合成纤维等方面。
目前世界天然气探明储量已经接近石油储量，随着世界石油、煤炭等资源逐渐减少，生态环境的恶化加剧，天然气将逐步成为可利用的主要能源之一。
1 LNG 冷能特性分析随着我国对环境保护的重视，LNG 作为一种清洁、高效的新能源，越来越受到青睐。
天然气在进行远距离运输时，往往以常压、-162 ℃的液态形式储存。
在LNG 接收站，又需要将其气化为常温下的高压气体送至天然气管网，在气化过程中，LNG 将释放大量冷能。
冷能是指在常温环境中利用一定的温差所得到的低温能量，即LNG 所具备的温差势能。
传统气化方式直接将冷能释放到环境中，造成了极大的能量浪费，回收冷能并将其再利用已成为新焦点。
1.1 LNG 的冷㶲及其影响因素㶲是当热力学系统的状态与给定的环境状态不平衡时，系统所具有的在理论上能够转换为可用功的那部分能量。
㶲是以环境作为基准所取的相对量，在可逆过程中，㶲和能量一样是守恒的。
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设从ＬＮＧ储罐出来进入空气分离装置的 ＬＮＧ温度是一１５００Ｃ、压强是０．３ＭＰａ。假设ＬＮＧ 的成分为纯甲烷ＣＨ。。ＬＮＧ热力学参数的变化情
况如表１所示。
热力学性质选用Ｐｅｎｇ—Ｒｏｂｉｎｓｏｎ（Ｐ－Ｒ）方程计算。 Ｐ—Ｒ方程形式为： Ｐ＝ＲＴ／（Ｖｍ＋ｂ）＋以／［ｙ。（ｙ。＋ｂ）＋ｂ （ｋ—ｂ）］
各个节点；ＣＯＭＰｌ－－空气压缩机；ＣＯＭＶ２－－循环氮气压缩机；ＣＯＯＬＥＲ－－空气预冷器；脏ｘｌ一主换热器，ＨＥＸ２—低温换热器；ＨＥＡＴＥＲ－－
冷凝蒸发器；ＲＡＤｌ一精馏塔低压上塔；ＲＡＤ２一精馏塔高压下塔；ＯＪｌ、ＮＪ２、Ｊ３一节流阀；ＦＳ～分流器；Ｆｌ一气液分离器；ＭⅨ一混合器； ＬＮＧ～液化天然气；ＮＧ一天然气。
废旧橡胶的综合利用途径有翻新、原形改制、 热能利用、热分解、再生胶、胶粉等，其中粉碎法制 胶粉是被公认的集环保与资源再生为一体的最有 效的方式。粉碎废旧橡胶主要有３种方法，即：常 温粉碎法、溶液粉碎法、低温粉碎法¨３｜。
图５利用液氮的废旧轮胎粉碎流程
３
ＬＮＧ冷能综合利用系统的模拟计算
应用Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ软件进行流程模拟，各物流的
２．１空气分离
空气分离是以空气为原料，通过压缩循环深度 冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏过程从液 态空气中逐步分离生产出氧气、氮气、氩气等惰性 气体。传统空分流程中的冷能，通常是利用氟利昂 制冷机和组合膨胀机产生的，需要消耗大量电能。
注：Ａ１～Ａ５、０１～０５、Ｎ１～Ｎ１０、ＡＲ～空气循环中的各个节点（Ａ空气，Ｏ富氧气体，Ｎ富氮气体、ＡＲ氩气）；ＲＮｌ～对怕一氮循环中的
（１）
３．１空气分离 假设空气为三元混合气体，Ｎ：、Ｏ：、Ａｒ的摩尔 分数分别是７８．１２％、２０．９５％、０．９３％。设压缩机 的等熵效率和机械效率分别为０．８５、０．９５；多股流
换热器的热漏取５％。
其中：ａ＝ｏ．４５７２４Ⅱ（Ｔ）Ｒ２￡／尸：；
ｂ＝０．０７７８ＲＴｃ／Ｐ。；
ａ（Ｔ）＝［１＋ｍ（１一贮＋５）］３；
ｍ：０．３７４６４＋１．５４２２ｗ一０．２６９９２ｗ２．
物流参数、设备功耗、产品纯度的模拟结果如
表２～表４所示。
万方数据
节
一２８一
能
ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ
２０１３年第１１期 （总第３７４期）
表２空气分离流程中各主要节点热力学参数
表３
空分系统能量消耗设备技术参数
３．２制取液态ＣＯ：和干冰
传统的液态ＣＯ：和干冰制取工艺是将ＣＯ：压 缩加压，再利用制冷设备冷却和液化。而利用 ＬＮＧ冷能，则很容易获得冷却和液化ＣＯ：所需要 的低温，从而降低液化装置的工作压力。与传统工 艺相比，制冷设备的负荷大为减少，电耗大幅降低。 在现有技术流程的基础上¨，９ Ｊ，给出利用ＬＮＧ 冷能制取液态ＣＯ：和干冰的流程，如图３所示。 采用氟利昂作中间传热介质，首先ＬＮＧ和氟利昂 进行换热，然后氟利昂和ＣＯ：进行换热。
ＨＥＸ
◇匦卜——粤舅Ｌ——＿匝卜叫
注：ＬＮＧ一液化天然气；ＮＧ一大然气；１、３、４、６一乙二醇；７、１２一氨液；ＨＥＸ、脏Ｘ１一换热器；ｃｕＮ一蓄冷槽；ＰＵＭＰＩ、ＰＵＭＰ２、ＰｕＭＰ３一
泵；Ｈｌ一冻结库；｝也一冷冻库；Ｈ３一冷藏库；Ｈ４一预冷库。 图４
ＬＮＧ冷能用于冷库系统流程图
首先ＬＮＧ和中间冷媒乙二醇水溶液在第一板 式换热器Ｂ １里进行热交换，ＬＮＧ气化成天然气供
用户使用。乙二醇水溶液得到ＬＮＧ释放的冷能
后，温度从常温降至一８０～一８５℃，冷量储存在蓄 冷池中。乙二醇再和氨液在第二板式换热器Ｂ２ 里进行热交换，得到低温氨液。低温氨液通过氨
万方数据
２０１３年第１１期 （总第３７４期）
节
能
ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ
泵，依次被输送到冻结库、冷冻库、冷藏库和预冷 库，从而使它们的温度分别降至一６０℃、一３５℃、
４．４低温破碎
流程中冷冻ｌｋｇ天然橡胶仅需要０．１０ｋｇ液
氮，按市场上液氮的价格７５０形ｔ，约为３７５０元。
图３利用ＬＮＧ冷能制取液态Ｃ０２和干冰的流程
２．３冷库
低温冷藏（制冷）是耗能大户，传统的冷库都 是采用多级压缩制冷装置维持冷库的低温，电耗很 大。若利用ＬＮＧ冷能作为冷库的冷源，将载冷剂 冷却到低温冷藏温度，然后通过载冷剂循环冷却冷 库。可以简化制冷系统，极大地降低电耗。 参考现有技术流程¨¨１２］，采用ＬＮＧ冷能用于 冷库系统流程，如图４所示。
节
能
２０１３年第１１期
Ｅ］ⅫＢＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶ ＡＴｌ０Ｎ
（总第３７４期）
ＬＮＧ冷能综合利用系统的设计模拟与分析
吕艳丽１。陈贵军１，许铁军２
（１．大连理工大学能源与动力学院，辽宁大连１１６０２３； ２．大连汇能科技股份有限公司，辽宁大连１１６０２３）
摘要：液化天然气（ＬＮＧ）中蕴含大量的冷能，这部分冷能通常在汽化器中随海水或空气被舍弃，造成 了能源的极大浪费。以热力学原理为理论基础，以工艺流程模拟软件Ａｓｐｅｎ Ｈｕｓ为操作方法，对液化 天然气冷能综合利用系统进行流程设计与模拟计算，从而实现合理用能的目的。研究结果表明：以温 度对口、梯级利用为原则，将空气分离、制取液态Ｃ０２和干冰、冷库、低温破碎进行梯级利用集成，按 ＬＮＧ冷能温度匹配，系统大大地提高了ＬＮＧ的利用效率。 关键词：液化天然气（ＬＮＧ）；冷能；综合利用；Ａｓｐｅｎ Ｈｕｓ；模拟计算 中图分类号：ＴＫ０１＋９文献标识码：Ａ文章编号：１００４—７９４８（２０１３）１１—００２４—０６ ｄｏｉ：１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—７９４８．２０１３．１１．００５
一８０℃
５０℃ｒ————１／Ｉ
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图１ ＬＮＧ冷能综合利用系统设计
２
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ｉ 目标温度：
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冷库 目标温度：
－６０－－１０℃
ＬＮＧ冷能综合利用子系统流程图
在传统空分装置的换热装置中引入ＬＮＧ冷能，空 分系统所需要的冷能可以直接来自ＬＮＧ，不再需 要额外制冷设备能耗”Ｊ。 早在２０世纪９０年代，美国ＨＪ、日本∞１就开始将 ＬＮＧ冷能用于空气分离，并申请了多项专利。近年 来，我国的科研工作者也开发了一系列的相关的工艺 流程，结合参考现有的工艺流程∞ｑ ｏ，加入优化流程。 利用ＬＮＧ冷能的空气分离流程如图２所示。
图２利用ＬＮＧ冷能的空气分离流程图
空气经过纯化系统除去其中的杂质后，进入空 分系统。空气首先进入空气压缩机、预冷器进行初
步增压降温，然后依次进人第一台、第二台换热器 被冷却，以接近饱和气态进入精馏塔下塔底部。从
万方数据
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ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡ引出富氧液空，经过节流阀减压降温，进 入上塔并从底部引出，依次经过换热器ＨＥＸｌ、 ＨＥＸ２回收热量，被加热至常温附近的气态，形成 富氧空气产品（节点０５）。下塔顶部引出的富氮 液态空气，经过节流阀减压降温，进入气液分离器， 部分液体被分离出作为液氮产品（节点Ｎ５），另一 部分进人上塔顶部作为回流液，依次经过换热器 ＨＥＸｌ、ＨＥＸ２回收冷量，被加热至常温附近的气 态，直接排空。从上塔适当位置引出粗氩气体产品 （节点ＡＲ），作为精馏氩的原料进入下一个相对独 立的制氩系统制取高纯度液氩。
３．４低温破碎
表４空分系统产品纯度
设橡胶种类为天然橡胶，天然橡胶的玻璃化温 度为一７２℃，天然橡胶从２５℃降至一８３℃消耗的 冷能约为１８０．７ｋＪ／ｋｇ，液氮常压下气化释放的冷
能约为４１４．０ ｋＪ／ｋｇ，因此冷冻ｌｋｇ天然橡胶需要
耗液氮Ｏ．４４ｋｇ。其中精细胶粉从一８０℃升至５℃
表５冷库系统中各主要节点热力学参数
１
离温度…１９１
１）第一级：ＬＮＧ气化温度为一１６２０Ｃ，空气分
１５００Ｃ。
２）第二级：ＬＮＧ在空气分离系统中完成换热 后，其温度约为一１０００Ｃ，ＣＯ：的液化温度为 一７０℃，生产干冰的温度为一７８．５。Ｃ，两者的温度 均匹配于ＬＮＧ完成空分换热后的温度，因此制取 液态ＣＯ：和干冰作为梯级利用的第二级。 ３）第三级：ＬＮＧ完成制取液态ＣＯ：和干冰过 程后的温度仍低于环境温度，还有一部分冷能可以 利用。冷库的运行温度范围大致在一６０～１０℃，这 与ＬＮＧ完成制取液态ＣＯ：和干冰过程后的温度 相匹配，在冷库的设计时可以根据不同冷间设计温 度（如冻结库一６０℃、冷冻库一３５℃、冷藏库０。ｃ以 下、果蔬冷藏库０～１００Ｃ）来设计和利用ＬＮＧ冷 能，因此冷库系统适合作为ＬＮＧ冷能梯级利用系 统的第三级。 ４）第一级空气分离流程中可以分离出液氮， 是低温破碎的理想冷却媒介，形成另一支梯级利用 分支。 这样，从储罐出来的ＬＮＧ，经过以上冷能利用 设备，温度不断升高，达到所需的供气温度，再经供 气前处理便可对天然气用户进行供气了。ＬＮＧ冷 能综合利用系统设计如图ｌ所示。
引言
利用”是ＬＮＧ冷能梯级利用系统的最佳选择，设 天然气（ＮＧ）是一种高效、优质、洁净的能源， 计工艺如下：空气分离＿＋制取液态ＣＯ：和干冰＿ 冷库，同时空气分离的产物液氮用于低温破碎。
其应用范围广泛，在我国国民经济中发挥着重要的 作用。天然气通常在低温下液化，以液化天然气 （ＬＮＧ）形式进行存储和运输，使用时再气化为常 温气体，在这个过程中释放大量的冷能，回收这部 分冷能，具有可观的经济效益和社会效益…。 ＬＮＧ汽化时放出的冷能由汽化潜热和复温显热组 成，约为８３０ｋＪ／ｋｇ。若ＬＮＧ拥有的冷能以１００％ 的效率转化为电能，那么Ｉｔ ＬＮＧ的冷能可转化 ２４０ｋＷｈ的电能怛Ｊ。可见，有效提高ＬＮＧ冷能的 利用效率非常重要。 国内外专家学者提出了很多回收利用ＬＮＧ冷 能的方案，主要为利用ＬＮＧ冷能发电、空气分离、 制取液态ＣＯ，和干冰、低温破碎、轻烃回收、海水 淡化、冷库等…。目前，这些工艺大都是以单独利 用ＬＮＧ冷能形式存在。 本文在对空气分离、制取液态ＣＯ：和干冰、冷 库和低温破碎等ＬＮＧ冷能利用工艺分析基础上， 提出了一种将几种工艺进行集成的ＬＮＧ冷能梯级 利用系统，并进行了系统工艺设计与模拟计算，大 大地提高了ＬＮＧ冷能利用效率。