【正文】 化天然氣氣化發(fā)電系統(tǒng)，它是利用液化天然氣冷能的最佳潛能極限。該系統(tǒng)可用于液化天然氣汽化器在天然氣公司和電力公司來回收液化天然氣的冷能發(fā)電。該系統(tǒng)由一個(gè)朗肯循環(huán)使用氟里昂混合天然氣。朗肯循環(huán)和一個(gè)燃?xì)庹羝啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)。這個(gè)系統(tǒng)的熱源來自汽輪機(jī)凝汽器和回收鍋爐煙氣的余熱、顯熱、潛熱。為了找出影響系統(tǒng)的最佳條件幾個(gè)因素，如燃?xì)廨啓C(jī)燃燒壓力，蒸汽壓力，冷凝聯(lián)合循環(huán)溫度，混合氟利昂成分，天然氣汽化壓力的仿真評價(jià)。這些研究結(jié)果表明，在整個(gè)系統(tǒng)中，約通過蒸發(fā)1噸液化天然氣可以產(chǎn)生400千瓦時(shí)電能，其中約60千瓦時(shí)/（噸液化天然氣） ，與約7兆瓦的系統(tǒng)相比較，一個(gè)凈效率超過53% HHV可以通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。每年可在液化天然氣終端接收5000000噸液化天然氣，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生240兆瓦電能并且使海水泵的功率降低超過2MW。 1．簡介在1994年度的日本財(cái)政中，日本的液化天然氣進(jìn)口量達(dá)到約43000000噸；其中31000000噸作為發(fā)電燃料。如圖1所示，約20%的液化天然氣用于發(fā)電原燃料。圖2顯示了主要的液化天然氣發(fā)電系統(tǒng)的操作和它們的輸出。自從1979以來一些商業(yè)液化天然氣發(fā)電廠已建成，其總發(fā)電量已達(dá)到約73兆瓦。在新的發(fā)電廠無CO2的排放，這是第二個(gè)在日本輸入總量450兆瓦系統(tǒng)的73兆瓦的地?zé)岚l(fā)電廠，通過垃圾焚燒發(fā)電的例外，往往是比35兆瓦太陽能發(fā)電站和14 MW風(fēng)電站的輸出更大。 （表1顯示了液化天然氣發(fā)電廠建在日本。由于日元升值使液化天然氣發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性變得更糟）。提高了施工成本而能源成本保持不變，但采用燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)（以下簡稱聯(lián)合循環(huán)）提高了氣體發(fā)出的壓力降低了每噸液化天然氣的輸出功率。因此，在上世紀(jì)90年代,由于系統(tǒng)的效益較低，沒有使用天然氣發(fā)電的電廠。對以天然氣為燃料的火電廠，汽輪機(jī)只產(chǎn)生大約6兆瓦（每噸液化天然氣）的輸出功率。但最近，在葉片冷卻技術(shù)和燃?xì)廨啓C(jī)材料的改進(jìn)使1400℃級渦輪提高了燃燒壓力高達(dá)3兆帕。因此，如圖3所示，熱聯(lián)合循環(huán)效率得到提高并且電氣輸出從1噸的液化天然氣已達(dá)到約7兆瓦時(shí)。本文提出了高效的液化天然氣發(fā)電系統(tǒng)基于一個(gè)新的概念，充分利用冷能不丟棄它入大海。該系統(tǒng)由聯(lián)合循環(huán)和液化天然氣發(fā)電裝置組成。圖4顯示了高效液化天然氣發(fā)電系統(tǒng)工藝流程圖。這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)組成的聯(lián)合循環(huán)和液化天然氣發(fā)電循環(huán)。聯(lián)合循環(huán)是由燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽渦輪機(jī)用天然氣作為燃料，而天然氣發(fā)電的循環(huán)是由一個(gè)氟利昂混合機(jī)和天然氣透平使用排氣的顯熱為熱源的冷凝潛熱。板翅式換熱器可用于液化天然氣/天然氣和液化天然氣（液化天然氣con）/氟里昂混合。管殼式換熱器可作為排汽/氣換熱器（液化天然氣vap），排汽/氟里昂混合，排氣/天然氣根據(jù)操作條件應(yīng)用。在換熱管表面的冰層厚度成為一個(gè)問題，作為熱廢氣和冷天然氣或氟里昂之間混合交換。冰的厚度可以通過液化天然氣和水之間的傳熱技術(shù)估計(jì)，從而可以避免冰堵塞內(nèi)管。此外，即使渦輪機(jī)和泵的氟里昂混合氣循環(huán)系統(tǒng)停止，使通過用一個(gè)旁路系統(tǒng)穩(wěn)定和連續(xù)發(fā)出氣體成為可能，實(shí)際使用以下現(xiàn)存的技術(shù)組合顯示了高可行性建議的系統(tǒng)。 使用氟利昂或烴型朗肯循環(huán)發(fā)電， 天然氣直接膨脹發(fā)電， 三例式蒸發(fā)器,通過使用一個(gè)中間介質(zhì)或真空式液化天然氣汽化器蒸發(fā)液化天然氣。氟里昂混合是氫氟烴的類型,它是一種氟碳組成的氫、氟和碳，對臭氧層沒有不良影響，它使損失減少在熱交換器使增加循環(huán)流量得以實(shí)現(xiàn)。冷火用和壓力火用有效回收利用天然氣和氟里昂混合朗肯循環(huán)組合系統(tǒng)成為可能。圖5顯示了當(dāng)汽化1kg的液化天然氣時(shí)溫度和熱負(fù)荷的關(guān)系，系統(tǒng)顯示在圖4。這種濃縮分離天然氣允許在氟利昂(FR)和液化天然氣兩個(gè)部分之間增加熱負(fù)荷,并且在熱交換器內(nèi)減少液化天然氣和天然氣的進(jìn)口和出口之間溫差。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是通過使用過程模擬器評估。以下是用于計(jì)算的條件旋轉(zhuǎn)機(jī)械的液化天然氣組成的效率 燃?xì)廨啓C(jī)(氣體t)88%% 汽輪機(jī)(st t)85% C2H6 %天然氣渦輪機(jī)(ng ht,LT)88% C3H8 %氟利昂渦輪(fr t)88% C4H10 %空氣壓縮機(jī)(空氣c)85% nC4H10 %液化天然氣泵(液化天然氣mp,RP)70% C5H12 %氟利昂泵(fr rp)70% N2 %天然氣總熱量值:10510千卡/ Nm空氣/ NG燃?xì)馄啓C(jī)流動(dòng)比率： 32 大氣壓力對天然氣輸出的影響，評估的對象是液化天然氣的發(fā)出壓力和過熱溫度的變化對高壓和低壓天然氣膨脹渦輪機(jī)的天然氣總產(chǎn)量的影響。圖6顯示了此計(jì)算結(jié)果，在功率消耗的計(jì)算，提高壓力的液化天然氣到渦輪機(jī)的入口壓力減去功率所需的原發(fā)壓力。在這兩種情況下，渦輪入口壓力上升導(dǎo)致自我消耗功率的增加，但是也帶來了更大的輸出。大約7兆帕的渦輪機(jī)的入口壓力還需要考慮換熱器的適當(dāng)耐壓力。當(dāng)過熱天然氣進(jìn)到渦輪后溫度變高，功率增加了恢復(fù)，但天然氣超加熱器出口廢氣溫度下降，從而表明有一種限制的過熱氣體。燃?xì)鉁u輪機(jī)和蒸汽渦輪機(jī)的輸出，總的熱值效率是通過改變?nèi)紵龎毫Φ娜細(xì)廨啓C(jī)在1300℃渦輪進(jìn)口溫度操作見圖7評估。如果燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的壓力變高，燃?xì)廨啓C(jī)的產(chǎn)量增加，但是由于燃燒壓力上升蒸汽輪機(jī)的產(chǎn)量降低，在燃?xì)廨啓C(jī)出口需要降低排煙溫度，因此在蒸汽渦輪的入口的蒸汽溫度下降。然而，渦輪機(jī)產(chǎn)量增加時(shí)總體效率提高，燃燒壓力因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)輸出功率增量超大而使汽輪機(jī)輸出降低。作為一個(gè)結(jié)果，考慮到壓力的損失。 對蒸汽渦輪機(jī)入口壓力的影響圖8顯示了汽輪機(jī)輸出和排氣之間的關(guān)系通過改變在37 MPa范圍內(nèi)的蒸汽壓力，溫度。當(dāng)蒸汽壓力增加，汽輪機(jī)的輸出上升，排氣的溫度也增加。此外，與蒸汽壓力上升的同時(shí)供水泵所需功率也隨之增加。因此，由于蒸汽渦輪機(jī)的輸出增量超過了給水泵所需的額外功率。目前的聯(lián)合循環(huán)在7兆帕或者以上的蒸汽壓力下運(yùn)行， 使用氟利昂制冷劑的朗肯循環(huán)在市場化的基礎(chǔ)上氟利昂制冷劑從氫氟碳制冷劑中被選出來。表2顯示了氫氟碳（HFC）氟利昂的物理性質(zhì)。只有當(dāng)HFC23作為介質(zhì)時(shí)，由于其凝固點(diǎn)低，但如果HFC23是由汽輪機(jī)排汽加熱，即使是熱液化天然氣和HFC23之間交換熱量也不會(huì)結(jié)冰。壓力上升接近臨界壓力，因此，HFC23的使用是不符合成本效益，因此它就需要設(shè)置一個(gè)較高壓力。為了解決這個(gè)問題，我們評估了HFC134a制冷劑（高沸點(diǎn)的化合物）和三氟甲烷。圖9顯示了在大氣壓力下HFC23和HFC134a混合物各種成分。在對應(yīng)每個(gè)溫度的飽和壓力隨著HFC 23的摩爾比上升，:因此,40 45%的HFC 23的摩爾比是設(shè)備的最優(yōu)設(shè)計(jì)壓力值。圖10顯示了改變HFC23組成時(shí)氟里昂渦輪機(jī)與蒸汽渦輪機(jī)的冷凝溫度輸出圖。在這個(gè)圖中，渦輪機(jī)出口處的壓力是在這樣一種方式，二分液化天然氣和氟利昂混合物之間的溫度不低于5℃。冷凝器氟利昂透平的入口壓力設(shè)置為氟利昂混合物的飽和溫度，即小于蒸汽冷凝溫度2℃這個(gè)數(shù)字表明渦輪輸出與HFC23摩爾比幾乎不相關(guān)。蒸汽冷凝溫度越高，液化天然氣發(fā)電機(jī)組將產(chǎn)生更大的輸出，但在這種情況下，因?yàn)樾枰嗟娜剂闲枰獙ο到y(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行評估，如下所述。結(jié)果表明，三氟甲烷和HFC134a的最佳摩爾組成為40%／60%，同時(shí)需要考慮設(shè)計(jì)壓力和渦輪輸出。 從蒸汽冷凝溫度的角度綜合評價(jià)由于排氣氣體的露點(diǎn)是42℃，明智的做法是在天然氣超加熱器廢氣出口設(shè)置溫度（ngsh）為80℃來防止產(chǎn)生更多白煙從煙囪冒出。表3顯示了蒸汽冷凝溫度對總的系統(tǒng)輸出產(chǎn)生的影響。低蒸汽冷凝溫度帶來了較高的總的系統(tǒng)的效率，但也導(dǎo)致天然氣透平入口溫度降低。因此，設(shè)置蒸汽最佳冷凝溫度在約30℃。當(dāng)冷凝溫度是30℃時(shí),。,．評價(jià)分析天然氣在天然氣液化終端被液化，約有380千瓦時(shí)/噸的液化天然氣消耗。圖11顯示了評價(jià)圖4所示的最佳條件下的系統(tǒng)的化學(xué)能分析結(jié)果。，和物理能量有效回收率為56%。90千瓦時(shí)的壓力化學(xué)能可以回收作為輸出，可以得到約157千瓦時(shí)的凈回收率，這表明達(dá)到250千瓦時(shí)的液化天然氣物理能回收率約為63%。這種轉(zhuǎn)換效率高于從化學(xué)能電力實(shí)現(xiàn)。大部分的損失發(fā)生在換熱器和渦輪，和混合稀土冷凝液化天然氣。至于渦輪機(jī)，減少能量損失可以通過使用改進(jìn)的高效的渦輪機(jī)。另一方面，熱交換器的改進(jìn)，減少能量損失的同時(shí)可能導(dǎo)致的系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)性。與有80%的空氣分離設(shè)備相比雖然冷量回收率低，但是該系統(tǒng)具有可用冷能回收量大的優(yōu)勢。 本文提出了一種高效的液化天然氣發(fā)電系統(tǒng)——一個(gè)以天然氣為燃料的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用液化天然氣冷能和它無需海水作為熱源。該系統(tǒng)可用于天然氣公司和電力公司之間的液化天然氣汽化和發(fā)送過程。該系統(tǒng)回收液化天然氣冷能作為電力輸出而不浪費(fèi)它進(jìn)海水。該系統(tǒng)由朗肯循環(huán)氟里昂混合物和天然氣朗肯循環(huán)，利用汽輪機(jī)的余熱回收鍋爐煙氣的顯熱排汽潛熱。為了提高系統(tǒng)的總體效率，進(jìn)行了幾個(gè)因素的仿真評估，如氟利昂混合物的成分，天然氣輸送壓力，以及燃燒壓力，進(jìn)汽壓力，和水蒸汽冷凝的聯(lián)合循環(huán)溫度等。其結(jié)果是， MPa的天然氣發(fā)送壓力時(shí)，仍然有不小于60千瓦時(shí)/噸的液化天然氣輸出。此值大大高于在液化天然氣輸送壓力為3或4兆帕的所產(chǎn)生的輸出，如表2。系統(tǒng)汽化1噸液化天然氣時(shí)可以產(chǎn)生約400千瓦時(shí)的凈產(chǎn)值。雖然傳統(tǒng)的系統(tǒng)在運(yùn)行的聯(lián)合循環(huán)時(shí)使用1噸的液化天然氣燃料，會(huì)產(chǎn)生約7兆瓦時(shí)的電能，轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到不小于總熱值的53％。在每年液化天然氣接收站接收500萬噸液化天然氣的情況下，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生電力約240萬千瓦，在一小時(shí)內(nèi)會(huì)有600噸液化天然氣被使用。每小時(shí)約減少24000噸海水的使用，它已被用于液化天然氣汽化600噸/小時(shí)的常規(guī)系統(tǒng)中，在不少于2兆瓦的電力操作系統(tǒng)中海水泵可以取消使用。本文所提出的系統(tǒng)不會(huì)排放出二氧化碳，成本效率高，并能產(chǎn)生大量的電力納入聯(lián)合循環(huán)時(shí)，沒有使用海水。因此，我們認(rèn)為，安裝這套系統(tǒng)是一個(gè)最有利的投資方式，使用一個(gè)新的能源或節(jié)能設(shè)備成為可能。為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的全部潛力，有必要了解氟利昂混合物的熱特性，結(jié)冰和排汽換熱特性，整個(gè)系統(tǒng)的部分負(fù)荷特性和可控性。參考文獻(xiàn)[ 1 ] 促進(jìn)天然氣基金會(huì)中心。[ 2 ] 日本能源經(jīng)濟(jì)研究中心。[ 3 ] ，；46（6）：[ 4 ] 。 9:13743；[ 5] 利用液化天然氣冷能發(fā)電，熱；37（10）：[ 6 ] 先進(jìn)的液化天然氣汽化器利用液化天然氣冷能發(fā)電。；45（3）：18790[ 7 ] 液化天然氣汽化器利用真空蒸汽熱的發(fā)展（VSV）。日本天然氣雜志[ 8 ] 軟件包的使用。化工設(shè)備. 1994；八月：317[ 9 ] 大金公司氟利昂HFC23數(shù)據(jù)表 31