LNG冷能用于有机朗肯循环和冷库模拟研究

摘要

常压下 LNG气化成气态天然气的过程中可释放约830kJ/kg的冷量，通常情况下，该冷能一般由海水带走，不但增加能耗（海水泵耗功），而且气化装置附近会产生“冷雾”造成冷污染。因此，冷能利用可以有效促进节能减排，同时其多种利用方式（主要包括空气分离、发电、冷库等工艺）还可补足传统工艺的不足，有广阔的市场前景。
　　针对 LNG先加压后气化和先气化后加压两种方式，经 Hysys模拟定量分析得出 LNG先气化后加压方式所需耗功量为先加压后气化方式的21.87倍。进而讨论不同压力下 LNG输出冷量、冷?和换热器换热系数，模拟结果显示随 LNG再气化压力增加，LNG输出冷量线性递减，LNG输出冷?呈二次曲线递减，而 LNG换热器UA值先增后减，呈倒U型。
　　利用Hysys中现成的单元操作建立回热式有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle，简称ORC）模型，比较分析13种流体后选取Propane作为循环工质。系统模拟主要分析蒸发压力、冷凝压力、膨胀机进气过热度、工质流量和回热器能效对系统性能（主要有烟气排放温度、LNG出口温度、系统净输出功、系统?效率）的影响，结果显示亚临界ORC系统和超临界ORC系统中蒸发压力对系统性能影响不同。系统优化部分以系统净输出功为目标函数，利用遗传算法得到最优解。
　　与传统电压缩氨制冷系统相比，利用LNG冷能的冷库系统采用工质泵代替压缩机来驱动系统，节省大量的能耗，经Hysys建模定量比较得出，以冷库设计冷负荷279.3kW和设计温度-20℃为基准，利用LNG冷能冷库系统相比传统电压缩氨制冷系统可节省耗功135.9kW，且系统?效率是后者的2倍。以氨作为中间冷媒且采用冷藏库和冷冻库并联方式建立起 LNG制冷冷库系统。由热力学分析得出系统 COP为1.82，?效率为80.2％，系统?损79.8%在LNG换热器处，且该冷库系统COP和?效率均随 LNG气化压力增加而增大；由经济性分析得出该项目动态投资回收期为4.83年。

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第1章 绪论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2研究现状分析以及待研究问题的提出

1.3本课题主要研究内容

第2章 化工过程模拟和优化以及Hysys软件介绍

2.1化工过程模拟

2.2化工过程的优化

2.3 Hysys软件简介

第3章 LNG再气化过程模拟研究

3.1 LNG热力学分析

3.2 LNG再气化过程模拟研究

3.3不同压力下LNG换热模拟研究

3.4本章小结

第4章 利用LNG冷能的有机朗肯循环模拟和优化

4.1单级回热式ORC系统

4.2各系统独立变量对ORC系统性能的影响

4.3 ORC系统优化

4.4本章小结

第5章 LNG冷能用于冷库系统模拟研究

5.1采用电压缩氨制冷与LNG冷能制冷的冷库性能比较

5.2冷库设计

5.3 LNG制冷系统

5.4本章小结

结论

附录

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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