液化天然气(LNG)冷能用于发电燃气轮机进气冷却系统初探

液化天然气(LNG)冷能用于发电燃气轮机进气冷却系统初探

王巍悦 柳建华 陈曦

(上海理工大学，上海 200093)

摘 要 随着世界经济的发展，全球性石油资源的紧缺以及环境污染问题的日益严重，使得燃烧性能好、污染小的天然气日益受到各国的关注。但天然气通常以液态运输和存储，在使用前又必须经过一个气化过程，这样便会释放出大量的冷量，若能对这部分能量加以利用将会产生十分可观的经济效益,拥有良好的节能前景。针对液化天然气的实际使用情况，结合包括我国广东地区的气候等各方面条件设计了一个将液化天然气冷能用于冷却燃气轮机组进气温度的回收利用系统，并分析了该冷能回收利用系统的可行性。

关键词 LNG 冷量 燃气轮机进气温度 节能

EXPLORATION OF GAS TURBINE GENERATING UNIT INLET AIR COOLING SYSTEM BASED ON THE LIQUEFIED NATURE GAS(LNG) COLD

ENERGY

Wang Weiyue Liu Jianhua Chen Xi

(University of Shanghai for Science and Technology, shanghai 200093)

Abstract With the development of the world economy, the shortage of global oil sources and environmental contamination problem becomes more and more seriously that makes the natural gas which has well combustibility and low pollution get more focus. But the natural gas usually stored and transported as liquidness, it needs gasification before using it. So there is a lot of cold energy being released during the gasification process. If it can be used efficiently, it will not only bring considerable economic value, but also have fine energy-saving prospect. The paper designs a liquefied natural gas(LNG) cold energy recovery and using scheme according to LNG actual application，that is cooling the inlet temperature of air for the gas-turbine power unit.，following the local condition of Guangzhou such as climatic condition, and analyzes its feasibility.

Keywords LNG Cold energy Gas turbine inlet temperature Energy-saving

0 前言

LNG工业在近半个世纪内飞速地发展，世界LNG 产量以年均20％的速度增长，预计2010年产量将达到2400亿m3，而到2040年世界天然气供应量将超过石油和煤炭，跃居世界之首。同时，我国正在大力调整能源结构，提倡走可持续发展之路，这样 必将大量引进和使用LNG这一绿色能源，广东则作 作者简介：王巍悦，（1984- ），男，在读研究生为LNG发电的全国试点，并且在深圳将建立大型LNG 接收站，同时，年接受能力为300万吨的上海洋山深水港液化天然气站一期部分也将于2009年建成。

[1]

近几年，液化天然气作为一种清洁、高效的新 型能源在燃气轮机电厂中得到了广泛地使用，但是LNG在气化成常温气体供气的过程中会释放出大量的冷能，若利用LNG的这部分冷能来降低燃气轮机压气机的进气温度，可以提高燃气轮机组的出力，

改善燃气蒸汽联合循环发电机组的技术经济性。

1 广东地区利用LNG冷能冷却燃气轮机进气温度的可行性分析

1.1 燃气轮机进口温度对燃气轮机出力的影响

燃气轮机是一种定容积的动力设备，压气机的空气流量直接影响到燃气轮机和联合循环机组的运行效率。当环境温度升高﹑空气比容加大时，压气机的空气质量流量就会减少，导致燃气轮机和联合循环的出力下降。分析表明，当空气温度每升高10℃，燃气轮机的出力下降约6.2%； 联合循环出力下降约4.5%；而当空气温度每降低1O℃，燃气轮机出力平均增加1O％，系统效率也可提高2%左右[2]

1.2 利用LNG冷能冷却燃气轮机进气

燃气轮机联合循环机组具有调峰性能好的特点，尤其在夏季高温用电高峰期效果特别好而被广泛地使用。但在这一期间往往环境气温较高，导致进气温度太高而影响燃气轮机组的出力和发电效率，因此常常需要一个进气冷却的过程，而现在通常采用例如蒸发式制冷、压缩式制冷、吸收式制冷、蓄冰式制冷等传统的制冷方式，虽然这些技术已十分成熟，但都需要消耗大量的能量，因而在经济性上并不理想。而本文设计的LNG冷量回收利用系统将LNG冷量通过中间载冷剂用于燃气轮机组的进气冷却则无需额外的制冷耗能，这样经济性优于现行的各种方法，同时被气化的天然气也可以直接为电厂所用，减少管道成本。

此外，这一技术是LNG冷能回收利用和燃气轮机进气冷却两项成熟技术的组合应用，既无理论创新也不是全新的工程技术，因此在国际上有成功应用的先例：由安然能源公司投资，柏克德工程公司设计，在印度Dabhol液化天然气/燃气电厂项目中运用了这一技术，经论证，回收冷能用于进气冷却后出力由715MW增加到815MW。其次，在玻多黎各也有电厂使用这一技术。

1.3 对于广东的气象条件分析

根据有关的气象资料，广东的年平均气温为23℃，相对湿度为76%。而气温最高发生在3-9月的春季和夏季。这7个月的平均温度为30.2℃，平均相对湿度为85%。根据这些数据，可以通过计算得到，如在广东燃气轮机电厂装4台GE公司的36万KW级机组，为了降低压气机进气温度，冷却空气所需的换热量计算结果见表1-1：

表1-1 进气冷却温度和换热量

冷却温度

(℃)

冷却后空气含湿

量(g/kg)

换热量

kW(台)

27 22.5 243.05

24 18.7 1041.68

23 17.3 1277.78

22 16.3 1527.78

20 15.0 1687.5

19 14.1 1965.28

17 12.2 2444.45

进气温度下降可导致的联合循环性能的变化见表1-2：

表1-2 进气冷却后各因素对燃气轮机组运行效果的影响 因素 出力增加 热耗减少 进气降温（10℃） 4.8% 0.12

含湿减少 1.4% 0.26

进气损失 -0.26% 0.04

从表1-2可以看出有效的降低压气机进口温度对于燃气轮机组的出力增加及热耗减少都有十分明显的影响，这样就有利于燃气轮机组运行效果的提高。

[2]

2 LNG冷能回收利用系统

2.1 LNG可回收冷量计算

本文以GE公司的燃气轮机组为例，其额定发电功率为36万kW，发电效率为55.24%.假定机组全年运行约为4000h，这样每套机组年消耗LNG为19.1万t，质量流量M为：

M=19.1×10000000/(4000×3600)=13.26kg/s

一个大气压下，LNG的汽化潜热为515.43KJ/kg，假设汽化后复温到2℃，则回收的冷量包括潜热和显热，根据上述冷量火用的分析可得，理论上每千克液化天然气可回收的LNG最大冷量为：

max p

q=r+C T

×Δ=515.43+2.14×(275-111)=866.4kJ 则所能回收的LNG最大冷量为：

Q=M×

max

q=13.26×866.4=11488kw

2.2 可行性分析