LNG冷能发电的应用促进中国闭式冷却塔的发展（二）

日期：2017-09-08            来源：江苏华塔            人气：

LNG使用过程中，在提供热能的时候，同时也带来冷能。我国的LNG使用量逐年增长，势必带来LNG冷能的浪费。随着技术的进步，中国的LNG冷能发电技术已日渐成熟并已开始投入使用，今天小卫跟大家分享一下LNG冷能用于发电的几种方法以及闭式冷却塔将不仅仅为LNG行业的压缩机冷却，必将随LNG冷能发电有更大的发展。

2.4  布雷顿循环法

布雷顿循环法是利用LNG冷能来降低压缩机入口的气体温度，能显著的降低压缩机到达相同增压比时的耗功，高压氮气经加热器加热进入气体透平膨胀做功，对外输出电能，能使装置热效率显著提高。工艺流程见图4 。

2.5  卡琳娜循环法

卡琳娜循环法是基于郎肯循环的一种改进循环法，利用冷却介质的不同沸点（大部分使用氨水），使得其可以覆盖LNG更大范围温度的冷能，因此其热能循环效率优于朗肯循环，最终使LNG的冷能更好的得到阶梯利用。

2.6  冷却燃气轮机进气法

根据环境温度、空气密度的变化，采用不同的冷却介质（水，氟利昂，二氧化碳，甲醇，乙二醇等） 通过直接或间接的方法将 LNG气化时释放的冷能用来降低燃气轮机入口空气温度或用来冷却蒸气轮机的排气，能够显著提高燃气轮机的热效率。

2.7  各类 LNG 冷能发电方法比较

利用LNG冷能发电的方法不同可以有上文所述的六种不同循环系统，用LNG冷能来改善现有各种发电动力循环系统， 提高效率以增加发电量，如冷却燃气轮机进气法；另一类为采用独立的低温循环来发电，如直接膨胀法、联合循环法、朗肯循环法、卡琳娜循环法和布雷顿循环法。这六种方法的优缺点比较见表 2。

2.8  目前 LNG 冷能发电的研究及应用

对于上述六种利用LNG冷能发电的方法，研究重点在于装置的结构、工作介质和热源的不同，从而提高冷能利用效率。 刘燕妮和郭开华的研究提出了通过使用一种二元混合物作为卡琳娜循环装置的工作流体（乙烯:丙烷 =2:3），海水作为热源循环，模拟了单位LNG产电量和冷能的可利用效率，能量利用效率能达到 25.3%。Huan Wang 利用氨水（在工作介质中 的比例为0.48 ~ 0.52）作为卡琳娜循环和直接膨胀法联合装置的工作介质，工作余热作为循环热源，进行仿真模拟后得到能量利用效率最大值为39.33%。夏侯国伟提出了一个新流程。该流程是布雷顿循环、直接膨胀法法和朗肯循环的联合。工业余热作为循环热源，氮气作为布雷顿循环的工作介质，氨水作为朗肯循环的工作介质，实现了LNG冷能的阶梯利用。仿真模拟后得出，在工业余热温度为 350°C时，能量利用效率到达了58.24%。Zhang 和 Lior 的装置为超临界朗肯循环和布雷顿循环联合，两者的工作介质均为二氧化碳，在高浓度氧气和二氧化碳废气中燃烧天然气作为热源，仿真模拟后得出能量利用效率为 50%。Shi et al. 提出了一种组合循环装置，由朗肯循环、 直接膨胀法和燃气轮机法联合，废气和水蒸气作为工作介质， 燃烧热作为热源，能量利用效率可以达到59.24%。

目前世界上真正投产利用LNG冷能发电站如表3 所示。 可见受制于装置的可靠性和复杂性，朗肯循环法和直接膨胀与朗肯循环的联合循环法是目前运用最多的方式，装置可靠性也比较高，但是对于冷能的利用效率较低。

综合比较以上6种利用LNG冷能的发电方法，其中直接膨胀法和朗肯循环法工艺流程简单，且投资较低，均已在实际工程应用中实现，但效率较低。而效率较高的多级复合循环法和卡琳娜循环法因工艺流程复杂，装置设备较多，还未有实际的工程应用。

目前国内对LNG冷能的利用率较低，且基本为空气分离， 还没有利用LNG冷能发电的实例。而空气分离装置对于LNG冷能的利用率较低，且受到当地市场的影响较大，导致大部分冷能均被浪费。而采用冷发电，将有两个较大的优势：

（1） 产业链较短，不受外界市场供需影响；

（2）冷能发电技术较成熟，且相对其他利用项目对于冷能的利用效率较高。

而本文总结了对于LNG冷能发电的6种循环方法，并对其循环的效率进行了比较。直接膨胀法和朗肯循环法因工艺流程简单更适合小型气化站进行冷能利用，而多级复合循环法和卡琳娜循环法因工艺流程复杂，在将来克服装置设备后更适合大型的接收站来进行冷能发电，且冷能利用效率较高。

闭式冷却塔在整个LNG产业链中只占据很小一部分，主要是对压缩机进行闭式循环水冷却，实现气态和液态的转变。但是整个LNG行业每年以12%的增长速度，带来的相关行业也随之发展。闭式冷却塔解决了结垢的问题，在气化的工艺中，没有结垢产生的压缩效率成倍的增加。随着LNG冷能的发电使用，闭式冷却塔以其独特的防垢性能，节水节电优势必将广泛的使用。中国闭式冷却塔将助力LNG产业在中国的升级。

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