浅谈LNG接收站冷能利用技术
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
2021年第2期2021年2月
天然气经过脱硫和脱水处理后,经低温工艺冷冻液化而成的低温(-162℃)LNG 主要成分为CH 4。
在这个过程中,每生产1t LNG 所耗电量约850kW ·h ,这是因为液态天然气便于运输储存,而大部分天然气使用时是气态的。
一般LNG 气化发生在LNG 接收站内,在气化过程中释放出大量的冷量,其值大约为830kJ/kg ,这既包括LNG 的气化潜热,也包括气态天然气从储存温度升温到环境温度的显热。
目前,这部分冷量在大部分接收站被舍弃,被海水或空气带走了,造成了能源的极度浪费。
因此,对这部分浪费的冷能进行回收和利用,成为节能环保以及拓展LNG 产业链的目的[1]。
1LNG 冷能利用背景分析
全球能源消费正在向绿色、低碳、清洁的方向转型,天然气已成为应对气候变化、推动能源转型的必然选择。
当前,全球天然气行业呈现出一系列新特点,从供需关系来看,卡塔尔、澳大利亚等传统天然气出口国和美国、俄罗斯等新兴供应国的液化能力持续提升,而亚洲特别是中国作为全球能源消费中心,正在引领全球LNG 需求持续快速增长。
截至2018年4月2日,中国LNG 接收站现有规模为8.110×107t/a ,约1.081×1011m 3/a ,其中,中国(未含
港澳台)LNG 接收站现有规模为6.910×107
t/a ,约9.21×1010m 3/a 。
截至2018年4月2日,中国LNG 接收站在建及扩建规模为3.305×107t/a ,约4.41×1010m 3/a ,
其中,中国(未含港澳台)LNG 接收站在建及扩建规模为3.005×107t/a ,约4.01×1010m 3/a 。
中国LNG 接收站情况如表1所示。
表1中国LNG 接收站情况表
中国《天然气发展“十三五”规划》(以下简称
《规划》)指出,要扩大天然气供应利用规模,促进天然气产业有序、健康发展,推进LNG 接收站及分销设施建设,培育天然气市场并促进高效利用,加大LNG 冷能利用力度。
2
冷能发电原理
2.1
技术原理
利用LNG 冷能发电是一种相对比较新颖的能源利用方式,按照技术原理的不同,可分为两大类:a)在已有动力循环系统的基础上进行一定的换热,使得效率提高,从而增加发电量;b)采用新的循环方式,采用中间介质进行相对独立的低温动力循环。
在改善现有动力循环方面,可利用LNG 冷却海水,然后再用海水作为动力循环冷凝器的循环水,或者直接用LNG 冷却排气,达到提高发电效率的目的。
这种方法比较容易实现,但是冷能利用率很低,对功率、效率的提高程度、贡献程度不足1%。
收稿日期:2020-12-07
第一作者简介:胡国华,1987年生,女,山东泰安人,2014年毕业于中国石油大学(华东)动力工程及工程热物理专业,硕士,工程师。
浅谈LNG 接收站冷能利用技术
胡国华,李
越
(中海油石化工程有限公司,山东济南250101)
摘要:LNG (液化天然气)作为携带大量冷能的能源,在中国能源消费结构中所占的比例越来越大。
重点介绍了LNG 冷
能发电技术,采用Hysys 软件对系统进行了模拟,得出冷能发电装置的发电量及其技术经济指标,明确其具有良好的经济效益和环保效益。
同时,对冷能发电及综合利用技术进行了阐述,分析了冷能利用的限制因素,并对其研究方向进行了阐述。
关键词:LNG 冷能;冷能发电装置;联合循环中图分类号:TK019;TE64文献标识码:A 文章编号:2095-0802-(2021)02-0015-02
Discussion on Cold Energy Utilization Technology of LNG Receiving Station
HU Guohua,LI Yue
(CNOOC Petrochemical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250101,Shandong,China)
Abstract:LNG,as energy carrying a large amount of cold energy,accounts for an increasing proportion of China's energy consumption structure.This paper focused on the LNG cold energy power generation technology,used Hysys software to simulate the system and obtained the power generation quantity and the technical and economic indicators of the cold energy power genera-tion device,which have good economic and environmental benefits.And it described the cold energy power generation and com-prehensive utilization technology,analyzed the limiting factors of cold energy utilization,and expounded the research direction.Key words:LNG cold energy;cold energy power generation device;combined
cycle
(总第185期)能源研究
项目进度数量/个数量(不含港澳台)/个
已投产2018扩建55在建109筹建1313意向3228合计
75
68
(下转186页)
另外一种方式是构建相对独立的低温动力循环加以利用。
LNG 冷能将循环的温度范围拓展到低温领域,而一般工业余热或环境温度则成为低温动力循环的高温热源。
从目前的研究情况来看,回收利用LNG 冷能发电主要有以下方式,即直接膨胀法发电、低温朗肯循环发电、低温布雷顿循环发电、改进及复合的循环发电。
对于LNG 接收站而言,受限于当地工业分布及政府政策的要求,低温朗肯循环发电是一种比较高效、合理的利用方式,国外尤其是日本已有多处设备采用此方法发电。
由此可见,采用低温朗肯循环发电目前最具研究价值,能够为中国LNG 冷能利用提供借鉴。
2.2模型建立和分析
采用中间介质朗肯循环方式,利用LNG 低温发电的原理如图1所示。
FP.供电;GP.发电;001~003.LNG/NG ;NG.自然状态天然气;
004~007.循环工质;010,011.海水。
图1有机工质朗肯循环的冷能发电装置模型
低温朗肯循环发电工艺流程中涉及到热源、冷源
和循环工质,其中,循环工质为低沸点的CH 4,C 2H 6,CH 3CH 2CH 3或者C 2H 4和液化石油气多组分的混合物;热源为海水或其他工业余热;冷源为LNG ;循环过程为有机工质的朗肯循环。
根据朗肯循环热力学原理,朗肯循环热效率可近似为公式(1),即:
ηt =h 5-h 6h 5-h 7
,(1)式(1)中,ηt 为朗肯循环热效率,%;h 5为工质循环过程中005的焓值,kJ/kg ;h 6为工质循环过程中006的焓值,kJ/kg ;h 7为工质循环过程中007的焓值,kJ/kg 。
从热效率公式可以看出,增大循环初温(增加热源温度)可提高朗肯循环热效率。
3
冷能发电技术方案
3.1
工艺流程
LNG 冷能发电装置具体工艺流程如图2所示。
E1.CH 3CH 2CH 3气化器;E2.LNG 气化器;E3.NG 加热器。
图2冷能发电装置工艺流程示意图
在LNG 接收站中,为了达到保供的目的,即保持稳定的天然气输出,冷能发电装置应在发电模式和旁路模式下均能运行。
在发电模式下,在E1壳程的CH 3CH 2CH 3液体被海水气化后驱动透平发电。
从透平出来的CH 3CH 2CH 3蒸汽进入E2后被LNG 冷凝,LNG 在E2中被CH 3CH 2CH 3加热气化成天然气,冷却成液体的CH 3CH 2CH 3经LPG (石油液化气)泵被送入E1。
气化后的天然气经海水加热至高于1℃后外输。
在旁路模式下,透平和LPG 泵不再运行,装置仅作为普通的中间介质气化器用于LNG 的气化升温。
3.2技术经济指标
以一接收站常规中间介质换热器为例,LNG 流量为200t/h ,LNG 温度为-147℃,根据每个月海水平均温度可计算出相应的净发电量(扣除装置自用电后),具体如表2所示。
001-LNG
011-海水out 膨胀机海水2
007
006
FP
工质泵
004
005GP
冷凝器E2加热器E3
蒸发器E1
010-海水in
003-NG (高温)
透平发电机组
LNG 天然气
海水
海水丙烷循环泵
E1
E3
E2
时间1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月
海水温度/℃7.707.209.1813.2618.1822.4625.9327.6526.0922.2718.2412.03输出功率/kW
2317
2247
2413
2672
3107
3338
3542
3614
3567
33383109
2746
表2冷能发电装置月均净发电量
从表2中可以看出,热源(海水)温度较高的8月和9月发电量比温度较低的1月和2月发电量明显增加许多,符合热力学基本定律及朗肯循环热效率公式。
如果以每年3月为检修期,扣除检修期发电量后,年净发电量为24530MW 。
根据2017年接收站网上供电价格确定电价按1.148元/(kW ·h)测算,项目年均营业收入2.816×107元,经济效益较好。
据统计,每节约1kW ·h 电,就相应节约了0.4kg 标准煤,同时减少污染排放0.272kg 碳粉尘、0.997kg CO 2、0.03kg SO 2、0.015kg NO x 。
因此,冷能发电装置每年节约24530MW 的电量,相当于节约了9812t 标准煤,同时减少污染排放6672t 碳粉尘、24456t CO 2、736t SO 2、368t NO x ,环保效益很好。
从表2中还可以看出,随着海水温度升高,冷能利用效率大幅提升,因此,考虑联合化工生产中副产的低温余热进行综合利用,将大大提高冷能发电装置的循环效率。
例如:采用工业废气副产的热水替代海水,不仅可以节省大功率的海水泵,还能在提高循环效率的同时将冷能转化为电能,大大降低了企业能耗。
(上接16页)
4
冷能发电前瞻
4.1
限制因素
世界上,LNG 冷能的利用存在2个制约因素:a)LNG 冷能利用项目受LNG 接收站周边工业环境的影响较大,国外多为单项利用技术;b)天然气管道用户的用气量具有波动性,LNG 接收站需要承担调峰任务(LNG 单位时间企划量波动幅度很大),LNG 接收站气化需求和冷能用户需求在时间和空间上不同步[2]。
在国内,LNG 接收站的冷能发电设计工作暂缓进行,这是因为冷能发电存在一次投资较大,国内应用技术相对不成熟,国内尚未有自主知识产权的工艺包,发配电负荷与地区电网协调工作量大等不足,仍需要相关人员做进一步的研究和调研。
针对接收站用气波动性大、热媒温度随季节周期变化等复杂工况,得出不同工况下装置运行的能耗情况。
4.2冷能利用的一些建议
a)冷能发电装置可与燃气轮机联合循环装置联合设计,利用冷能降低压气机吸入的空气温度,使燃气蒸汽联合循环效率得到提升。
另外,燃气轮机产生的高品位电能作为接收站自用电,可供副产低温热水供气化器或冷能发电装置使用,进而提高冷能发电装置的工作效率,实现冷能的综合利用,能量优化,梯级利用[3]。
b)接收站与石化园区对接,可实现能源的综合利用。
石油化工或炼钢冶金行业副产大量的低温余热,而接收站有大量的冷量,若能将相关行业有机结合起
来,双方均会获益良多,实现企业的经济运行。
这不仅需要2个企业的整体规划,也与地区发展规划有关,需要政策支持。
c)LNG 冷能发电装置循环工质的选择。
目前,LNG 冷能发电装置是在中间介质换热器采用CH 3CH 2CH 3工质的基础上进行的相关计算,作为单一工质,在LNG 从-162℃到1℃气化的过程中,无法保证最优的冷能传递,因此,研究一种混合工质替代CH 3CH 2CH 3进行冷能的梯级回收,将使得冷能发电装置的工作效率得到很大的提升。
5结语
详细介绍了采用低温朗肯循环进行冷能发电的工艺流程和运行模式,并提出了提高冷能发电装置循环效率的方案,例如与工业余热相结合,与燃气蒸汽联合循环装置相结合,研究高效混合工质等。
今后LNG 冷能利用方案的主要发展方向是,针对一种具体循环流程,实现循环工质的合理选择和流程参数的最优化配置,以提高冷能回收利用效率[4]。
参考文献:
[1]张涛,高彩魁.LNG 冷能的应用[J ].上海煤气,2010(2):38-40.[2]华贲.大型LNG 接收站冷能的综合利用[J ].天然气工业,2008,
28(3):10-15.[3]严开辉,郭权峰,韩逸骁.LNG 冷能用于燃气-蒸汽联合循环
发电系统的模拟研究[J ].能源与环境,2018(5):10-13.[4]贺红明,林文胜.基于LNG 冷能的发电技术[J ].低温技术,
2006,34(6):433.
(责任编辑:白洁)
图515202工作面直流电测深音频电穿透法探测综合成果
图
单位:m
5结语
物探工作使用了直流电测深法和音频电穿透法
2种勘探方法,探测了15202工作面底板下80m 深度范围内富水性异常垂向、平面分布范围、特征及相对强弱。
在15202工作面底板岩层中发现3处异常区段,综合2种方法在各自平面异常图或断面异常图中均有发现,并且在工作面的位置基本一致,2种方法起到了相互印证的作用,为工作面安全开采提供了技术支持。
参考文献:
[1]王鹏飞,代凤强,王根盛,等.音频电穿透技术在呼吉尔特矿区
的应用[J ].煤炭技术,2015,34(7):124-126.
[2]马文豪,查文锋.直流电测深技术在底板岩层赋水探测中的应
用[J ].陕西煤炭,2019,38(3):79-81.
[3]刘小平.综合电法勘探技术对煤矿采空区积水的探查分析[J ].
内蒙古煤炭经济,2018(15):152-154.
[4]郭晓明.煤矿防治水中直流电测深法的应用[J ].山西化工,2020,40(3):150-152.
[5]李小召.综合物探技术在葛泉矿东井1292工作面防治水中的
应用[J ].煤炭与化工,2016,39(10):120-124.(责任编辑:白洁)。