LNG冷能利用介绍.pdf

LNG冷能利用技术一、LNG冷能利用原理及分析二.LNG冷能利用的方式三、国内外LNG冷能利用的现状四、LNG冷能利用的前景五.山东LNG冷能利用浅析一、LNG冷能利用原理及分析1、LNG冷能的概念2.LNG冷能的特点3.LNG冷能利用的概念及意义4.LNG冷能利用过程5、烟经济学分析方法值 一、LNG冷能利用原理及分近1、LNG冷能的概念能量守恒是指在常温环境中，自然存在Rtffi旃EQD Drtribubon&如.费日 Powtf GenecahonPline gas DtslnbutionProductionsm化的低温差低温热能，实际上指的是在自然 条件下，可以利用一定温差所得到的能量。根据工程热力学原理，利用这种温差就可 以获得有用的能量，这种能量称之为冷能。8O7O6O5O403O2OI0UI-理交在LNG气化过程-150-130 110-9 0-70-50-30-10 10LNG温度/C中，约能产生870 kJ/kg 的低温能量。目前，这 种冷能大部分被释放到0值 一、LNG冷能利用原理及分析2、LNG冷能的特点o o o o o5 4 3 2 1ax/吾只而盥齿总甜，-R岔眦齿/-161 5-100-50 0可用温度上限（I）(收O二峭或由fMIOOOOOOOOOO 5 4 3 2 M低温和产生低温所需要动力的关系温度与LNG冷能的关系曲线假定500-I 5001制冷量-157-129-101-73-46-18 0冷却温度（C）冷却温度与设备资金投入的关系曲线LNG冷能娴随环境温度的变化LNG冷能娴随系统压力的变化LNG冷能娴随甲烷摩尔分数的变化 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。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,用途极广低温冻干生产线 Idr 力2三，*/J_J 8S99S 一、LNG冷能利用原理及分析LNG接收站工艺流程5、烟经济学分析方法LNG冷能利用规划基础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。烟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。烟经济学的特点是依据烟含 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,最终以经济效益为尺度科学地评价过程用能的热力学完善性及现实合理性。烟平衡方程与 费用平衡方程构成了烟经济学分析优化的基础,优化目标函数的烟经济化,可兼顾能量利用 的经济性和合理性,亦即通过能耗费用与设备投资费用的权衡，可以使得总费用最小。2。佟1123/Y以-7-二.LNG冷能利用的方式 LNG冷能利用的两种方式按利用LNG冷能的过程可分为：直接利用（低温发电、低温空分、轻 晚回收、冷冻仓库、制造液化CO?、海水淡化、空调和低温养殖、栽培等）间接利用（用空分后的液氮、液氧、液氮来低温破碎，冷冻干燥、低温干 燥、低温制药、水和污染物处理及冷 冻食品等）I NG接收站LNG电厂二.LNG冷能利用的方式（直接利用）1、利用LNG冷能发电2、空气分离3、制取液态82或干冰4、冷冻或冷藏仓库5、海水淡化6、汽车空调和汽车冷藏车7、制冰及中央空调冷源二.LNG冷能利用的方式（直接利用）1、利用LNG冷能发电（1）直接膨胀法将LNG压缩为高压液体，然后通过换热器被海水加热到常温状态，再通过透平膨胀对外 做功。特点：原理简单，效率低，冷能回收率仅24%，仅利用压利限（2）二次媒体法（中间载热体的朗肯循环）将LNG通过冷凝器把冷能转化到某一冷媒上，利用LNG与环境之间的温差，推动冷媒 进行蒸汽动力循环，从而对夕M故功。特点：单一工质（纯甲烷或乙烯）：冷能回收效率18%。混合工质（碳氢化合物混合物）：冷能回收效率36及（因LNG温度变,混合工质可覆盖更大温度氾围，但不稳7E）o（3）联合法日本普遍采用，冷 能回收效率50%左右。（日本LNG约70%发电海水或 乏气直接膨张法海水或 乏气I乍为用户雪兰卜太阳能三NG冷能利用的方式（直接利用）表71日本的LNG冷能发电项目公司及终端名套数建成日期输出功率/kW类 型LNG消耗属/(t/h)输出压力/MPa1.大阪煤气,Senboku Daini119 79-121450朗肯603.0Senboku Daini11982926000朗肯/直接膨胀1501.7Himeji119 8 7-032800朗肯1204.0Senboku Daini119 8 9-022400直接MK830.7Himeji12000-031500直接除胀801.52.Toho Cas,Chita Kyodo119 8 1-121000朗肯401.43.Kyushu 电力、日钢，Kitakyushu LNG119 8 2-118400期行/直接膨胀1500.94.Chubu 电力，Chita LNG21 号：19 8 3*062 号：19 8 4各 7200朗肯/直接彩胀各1500.9Yokkaichi119 8 9-127000朗肯/直接膨胀1500.95.Tohoku 电力,Nihonkai LNG119 8 4-095600UMK1750.96.东京煤气,Negi加119 8 5-044000混合工质明肯1002.47.东京电力，Higashi Ogishima11 号：198633300直接膨胀1000.8Higashi Ogishima22 号：1987093 号：1991各 8800直接膨胀各1700.4W2-11,/*4g/I，i r二二：.4c27Tm_ _/4 一4-二，一-11-二.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(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。-12-二.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，将冷能转化为电能。将温差发电器与LNG的动力装置联合应用，其设备简单、运行稳定，转化效率较好。温差发电换热器原理：当不同的导电或半导体材料相连，两接点处于不同的温度时,如果是开路会产生电动势，如果是闭路则会有电流通过，这种现象即塞贝克效应。海水泵EXi2LNG贮存罐国内首个使用LNG的发电机组一深圳 美视电力LNG发电机组已于2006年正式 投入商业运行（配套大鹏LNG）国内首座全天然气发电厂一一深圳市东部 电厂2008年初建成投产（配套大鹏LNG）大鹏LNG配套惠州、前湾、珠江、美视、东部五座电厂（燃气一蒸汽联合循环机组2012-1V23二.LNG冷能利用的方式（直接利用）惠州LNG电厂（大鹏LNG配套项目三、LNG冷能利用的方式（直接利用）LNG电厂与燃煤电厂性能比较T5-二、LNG冷能利用的方式（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和匕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。空分系统中液化空气（-150-190）项目 无梯级利用方案大气温度15 C梯级 利用方案梯级利用相对无 梯级利用的差值无梯级 利用方案大气温度30 c梯级 利用方案梯级利用相对无 梯级利用的左值空气温度%/匕155（压气机入口空气 温度从15 C-10305（压气机入口空气 温度从3（）C-25煤气变换系统中产生煤能量/h98.36冷却到5 C)1 0().42.0491.85冷却到5C)1 00.48.55的CO2液化（-100燃机功率/k225 888230 7074819207 234230 70723 473毛功率/kW344 434380 86836 434317 683371 49653 813-60 )净功率/|2及干冰冷冻冷藏库深冷发电（15台低温 朗肯循环独立发电装 置）空气分离（7台，处 理能力12万m3/h）液体CQ及干冰（3 台，生产能力10 0 t/d冷冻冷藏库（1座深 度冷冻仓库，3.32万 t）据文献的数据，日本东京 煤气公司Negishi终端在1993 1994年1年中被利用了冷能 的95万吨LNG中,363%用于 空气液化分离，56.3%用于深 冷发电，其余用于生产液体二 氧化碳和干冰及低温冷库。韩国空气分离食品冷冻冷主要是空分为主 藏冷能利用率不到20%印度 发电利用LNG冷能来提高 大型燃气轮机出力印度达波尔电厂（美国安然投 资，安装GE的740 MW联合循 环机组，年使用LNG230万吨）三.国内外LNG冷能利用现状2、国内LNG冷能利用现状接收站一期规模（t/a）LNG气化量(t/h)冷能利用规划福建莆田260 x 1()1325空分、轮胎粉碎、冷（粮）库广东大鹏370 x i()i462.5分离轻煌、空分、发电、燃机进气冷却、制冰、空调等上海30()x 1(尸375空分、发电、轮胎粉碎、冷库、煤IGCC气化合成氨、干冰、海水淡化浙江30()x IO,375空分（600 t/d液态产品）江苏30()x l()i375空分（60（）t/cl液态产品）大连200 x K)1250空分、冷库唐山600 x 1(户750大规模空分、煤气化、伴生气轻燃分离、冷媒循环产业链冷能的梯级利用上述单项利用方法主要是只 考虑了冷能的回收，而没有考虑 品位的利用，造成大量弱损耗，从能量有效利用的角度来看是不 合理的。而对LNG冷能进行梯级 利用是很好的解决办法。值三、国内外LNG冷能利用现状3、LNG冷能利用的综合利用740c人造*”近人迨*雪换热马二值三、国内外LNG冷能利用现状 LNG卫星气化站冷能利用技术卫星站一期规模 LNG气化量年节电效益600万冷能利用规划福建德化 14 x 1（尸mOd 325 t/hLNG卫星站冷能特性：流量小、分布广、流量波动大、运转时间不定、下游管网压力低、下游用户少、连续供气性差膨胀发电、冷库、室内滑冰场、空调LNG卫星站冷能利用项目特性：投资少、操作灵活、见效快、备 用制冷设备简单中天然出网冷的艮务公司控区-1冷水空调公司版J区化LNG冷能利用总体原则流程图Z1值三、国内外LNG冷能利用现状4、LNG冷能利用的注意事项1、利用过程的温度要求：由于产生低温所需动力随着温度降低将快速增加，机械效率降低，且工厂的造价随温度降低增加。因此要综合考虑、充分利用LNG的-16（TC的低 温,而非温度越低越好。2、用量的限制：由于LNG的使用量也随昼夜变化而变化，必须使用容易调节的系统，能根据燃气系统和发电系统负荷的变化相应调节LNG供应负荷的变化。3、工厂位置的限制：输送LNG的低温管道造价很高，且存在压力和冷量损失。因此冷 能利用工厂须尽可能靠近LNG终端接收站旦考虑到采购和销售，需兼顾交通便利。因 此选厂址很困难。4、安全限制：直接利用LNG冷能最好，但因LNG易燃,应避免直接和物质进行热交换。而使用某种冷媒（如氟利昂），将使系统复杂和昂贵。5、间接利用的限制：利用LNG冷能制成液化氮和液化氧，需要消耗LNG冷能和电力，成本很高，有些工艺过程虽可以实现，但许多情况下被证明是不经济的。夕 理/J一y,4=-42-值三、国内外LNG冷能利用现状5、LNG冷能利用的经济效益如某350万吨/年的LNG项目，因位于一个特大型循环经济区之内，有规模大、温位 分布适宜的重化工业及其他低温冷能用户：包括大规模空分、油田伴生气轻煌分离，以及 通过冷媒循环系统向下游低温粉碎、干冰、冷库等用户供冷，总供冷负荷逾70 MW;70%以上的冷能可获得利用。可行性研究表明,接收站售冷、节省天然气加热炉（SCV）燃料气收益加上缴税金，总经济效益约4亿元/年。较高的内部收益率:伴生气轻煌分离项目内 部收益率高于50%,空 分项目高于25%,冷媒 循环及各下游冷能用户 项目也在16%以上。经 济效益都很高。表1某大型LNC接收站冷能利用的经济效益比较表川项目接收站（用冷能）接收站（不用冷能）税后利润61 630.3736744营业税金及附加1 961.30!614所得税20543.4612248增值税1 961 2.9716136投资财务1 5.53%（税前）1 0.00%（税前）内部收益率1 2.25%（税后）8.78%（税后）注：单位为万元。四.LNG冷能利用的前景值四、LNG冷能利用的前景 与热能、电能、原子能一样，冷能也是一种能源形态。当人类认识并驾驭一种新的能源 形态之后,必将对社会、经济产生巨大而深远的影响。促成钢铁和天然气产业联姻，综合利用空分氧、氮产品。钢铁行业目前是氧气的最大用 户，LNG冷能回收将成为氮气的最大用户,两者结合使空分产品得到最大限度地综合利 用。目前正在建设的首钢搬迁工程和规划中的中石油唐山LNG接收站同处河北曹妃甸 工业区,具备结合的充分必要条件。两者联合建造使用空分设备,各得其所,将为我国 LNG冷能回收利用创造一个典范。氧气生产成本降低,将促进氧气进入更广泛的应用领域,如:劣质煤、煤阡石、高炉煤气、垃圾、秸秆等低热值燃料发电，普及水体增氧技术用于水产养殖、污水处理等。LNG冷能回收利用不是一个简单孤立的节能项目,它可以通过冷能直接利用串起一个低 温产业链。同时还可以通过空分液化分离技术改进,扩展空气制品（俗称工业气体）应用 领域，带动一个庞大的产业群。这点只要回顾一下50多年来氧气炼钢对钢铁产业的影 响就不难理解。-45-值四、LNG冷能利用的前景（展望）1、在中国目前的能源形势下利用LNG冷能是必要和可能的：前已述及,中国经济快速发展 和模式转型决定了大规模利用LNG冷能的绝对必要性,并提供了宏大的冷能用户市场。大 型LNG接收站的冷能,首先要瞄准大空分、煤气化、轻煌分离等大规模市场。传统的冷能 产业也需要在循环经济模式下,集成利用。2、关键:冷能利用产业链与LNG接收站同步规划、建设：LNG冷能综合集成利用产业链，涉及下游的众多行业、部门和企业,实施的关键就是接收站与下游各冷能利用项目的早期 同步规划和同步建设。在目前我国的经济体制和项目审批程序下，这是最大的障碍。中央 企业与地方政府、企业各自掌握产业链的不同环节;部门分割、短期利益驱动、观念落后 等都是统筹规划的巨大障碍。LNG冷能综合集成利用产业链的构建,需要接收站业主协同 地方循环经济开发区、相关的其他企业部门统一规划。首先,在选址阶段,就必须充分考虑 附近的工业布局和与可能的冷能产业链的集成，以及接收站附近的建设情况（例如那个冷能 产业的用地）O选址和规划是关键,因为一旦选定地点,各自分别规划设计完成,再想改也来 不及了。d/力点/之_J.一-_/SSSSS.值四、LNG冷能利用的前景3、症结:循环经济园区内冷能利用产业链的市场协同机制：迄今为止的实践工作说明,抓 住上述中国发展模式转换的历史机遇，按照市场机制推进下游冷能利用产业链构建的困难，与组建循环经济园区的困难相类似:各行业的国有大企业在相互关系中都希望牵头做主,在 内部各子公司或部门间则以行政管理方式配置资源;时常脱离市场和循环经济的规律。例 如,LNG接收站向下游冷能用户售冷的价格随意敲定难以保证互利。实际上,向下游潜在 用户提供合理而有竞争力的冷能价格,是招商引资的重要条件。没有下游冷能市场的充分 发育,接收站就不可能从冷能利用中获得经济效益。4、展望:中国LNG冷能利用产业将居世界前列：特定的历史机遇使中国LNG冷能具备了 综合集成利用条件,在充分汲取各国成熟技术基础上,通过自主集成创新,利用好这个机遇，中国LNG冷能利用一定能够实现技术、管理机制、市场运作各方面的突破:LNG冷能综合 利用率将达到70%以上;冷火用（有效能）利用率争取达到40%,居于世界前列。在取得巨大 的节能和经济效益同时,推动包括空分、煤富氧气化在内的大型冷能产业链的快速发展,以 期为我国全面实现循环型经济和节约型社会做出贡献。-47-五、山东LNG冷能利用浅析 五、山东LNG冷能利用浅析（一些经验）在接收储罐的LNG输出总管上,建议接68个液体LNG引出支管,并配上带成对法兰的 阀门;与此对应,在压力天然气外输总管上同样先接好68个压力天然气接入支管,并配 上带成对法兰的阀门。这样,以后想上冷能利用项目时再加上置换气的进出口管阀,就可 以很方便和安全地与68个LNG冷能利用产业链相连接,其中35个接口可连接冷能发 电装置（因该装置的单台规模有限）。不然，以后想上冷能利用项目就需动火，会很麻烦。液体出口和气体进口的管、阀口径最好根据规划确定。在接收站包括各种冷能利用产业链的电网设计上应考虑自发电的接入和使用。自发电上 国家电网价格低，自己用最经济合理。电网应优先使用自发电，不足部分再使用外供电。为充分利用LNG冷能特别是低温位的冷能，LNG接收储罐的输出液总管及各引出支管 应很好地保温，尽可能减少热量漏入，这对低温泵的起动和稳定连续运行也是很重要的。对LNG接收站作总体规划时，要在接收储罐周围留出足够的土地供LNG冷能回收项目 使用。在确保安全、满足防火规范的前提下,LNG冷能回收项目应尽可能靠近接收储罐，以缩短LNG管的输液距离,减少沿途的热量漏入,尽可能降低低温位冷能的损失。建设LNG接收站的时候必须从一开始就把LNG冷能利用放在重要的位置同时予以考虑。2。佟11,2次公舲-49-五、山东LNG冷能利用浅析（一些建议）1、选择适宜的冷介质循环和高效的热交换设备2、设置蓄冷装置。利用相变物质的潜热，在冷能充裕时，吸收冷能而凝固，在冷能供应 不足时，熔化并释放冷能。3、根据山东半岛气候.经济以及用户用冷温度分布的具体条件，求得技术经济优化的输 送距离；采用最新的保冷材料和技术，减少长距离输送造成的冷损。制冷行业是耗能大户，发达国家每年消耗在制冷行业的能量相当大。目前制冷设备所 消耗的电能约占全世界生产电能的15%。对中国来说,据初步的估算,制冷产品用电量 已占到社会总用电量的20%左右。因此将冷能转化为电能，然后电能在转化为冷能，这样能量经过两次转换，会造成极大的损失和浪费。大鹏LNG拟建设的深圳冰雪大世界。该项目拟选址于LNG项目附近占地一百公 顷,耗资十亿元人民币，具有很好的经济效益和社会效益。其中冰雪世界子项目将 LNG气化过程中的冷能，通过载冷剂传输至冰雪世界换热站，将冷量梯级利用于冰雪 旅游世界的不同功能区，为滑雪场、滑冰场、酒店等梯级提供冷能，实现LNG冷能的野利用。_y-30-谢谢！不足、谬误之处敬请指正