LNG冷能发电的应用促进中国闭式冷却塔的发展（一）

日期：2017-09-06            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。

我国的液化天然气（LNG）进口量逐年增大，随之而来产生了LNG冷能的浪费问题。LNG冷能主要用于冷能发电、空气分离、生产干冰、冷藏、海水淡化、制冰和低温粉碎，但除了冷能发电外其他应用对于冷能利用相对较低。 国内外学者对LNG冷能发电技术进行深入的研究，用㶲作为评价方法，并取得了一定的应用成果。通过对国内外LNG 冷能发电技术文献和实际应用的调研，目前主流的六种LNG冷能发电技术:直接膨胀法、朗肯循环法、联合循环法、布雷顿循环法、卡琳娜循环法和多级复合循环法，在总结LNG冷能发电的6种循环方法基础上，对个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。

为便于天然气运输，通常将天然气液化，其体积是标准状态下的1/625，在常压下、天然气的液化温度为-163°C，每液化1t LNG耗电约为850kW·h。而在LNG接收站和气化站，一般又需将LNG通过气化器气化后使用，气化时放出很大的冷能，其值约为830kJ/kg。而通常这部分冷能随天然气气化器中的海水和空气流失了，造成能源的浪费。 若LNG拥有的冷量能以100% 的效率转化为电力，每1t LNG可利用的冷能发电折合电量约为240kW·h。按照我国2015年进口LNG 4000万t来计算，这部分冷能全部利用可发电100亿 kW·h。由此可见，可供利用的LNG冷能是相当可观的。这种冷能从能源品位来看，具有较高的利用价值，如果通过特定的工艺技术利用LNG冷能，可以达到节省能源、提高经济效益的目的。

日本是世界上进口LNG量最大的国家，也是世界上最早开始使用LNG冷能利用和利用率最高的国家，在冷能发电和空气分离上一直走在世界前列，其中LNG 冷能用于发电的比例超过70%。日本有26台独立冷能利用设备，其中7台空气分离装置（每台处理能力为1~2 万 Nm3/h），3台制干冰装置（每台制造能力为100t/d），1台深度冷冻仓库（容量为 3.3 万 t），15台低温朗肯循环独立发电装置（单台容量达到数Mw）。另外韩国的空气分离技术和美国 LNG冷能发电技术也走在世界前列。

我国的LNG冷能利用研究始于上世纪九十年代。陈国邦和朱建文先后提出了液化天然气冷能的概念，为日后我国的LNG冷能利用研究提供了详尽的分析。虽然我国进口LNG比世界晚了30 年，LNG冷能发电技术的研究晚于日本美国等发达国家，但随着我国集中大规模引进 LNG，我国的LNG冷能发电利用技术也在大幅发展。

1.LNG 冷能发电原理

LNG与周围环境介质（如海水、空气和其他相变材料）之间的温差和压力差趋于平衡态的过程中所获得的能量即称为LNG冷能。而㶲是用来衡量冷能大小的重要指标。LNG的冷能㶲ex可分为环境压力下由温度不平衡引起的温度㶲exT和环境温度下由压力不平衡引起的压力㶲exP。 利用冷能㶲不但能反映物体间能量数量的传递和转换，还能反映出能量系统内的不可逆的损失，为合理利用LNG冷能提供了重要的理论依据。

通常在LNG气化输送入城市管网时，天然气压力升高（2-10Mpa），压力㶲大，低温㶲较小，这之间可利用的是压力㶲。而在 LNG 接受站，汽化压力较小（0.5 ~ 1.0Mpa），低温㶲大，则利用的为温度㶲。

2.LNG 冷能发电方法

LNG冷能发电基本方法主要包括：直接膨胀法，使用中间冷却介质的朗肯循环、布雷顿循环法、多级复合循环法、卡琳娜循环法和联合循环法。比如日本大阪燃气公司在1979年至1982年，利用丙烷作为中间介质的朗肯循环和联合循环法，输出功率分别为1450KW和 6000KW。

2.1  直接膨胀法

直接膨胀法原理为：经低温泵和蒸发器后LNG成为高压常温气体，而后高压气化时物理㶲转化为压力㶲，驱动发电机发电，之后经过加热器将天然气输入管网中。直接膨胀法发电的工艺流程见图1 。

2.2  朗肯循环法

朗肯循环法原理为：LNG与经过透平膨胀后的低压冷媒蒸汽在冷凝器中换热，冷媒凝结成液体；低压冷媒液体经泵提高压力，加热变成高压蒸汽；高压冷媒蒸汽经透平膨胀成低压蒸汽，对外输出动力，带动发电机发电，工艺流程见图2。

2.3  联合循环法

联合循环法综合了直接膨胀法与朗肯循环法。其原理为：LNG经压缩后，通过换热器将冷能转移给冷媒，LNG经过换热器成为高压常温气体，再通过透平机膨胀，带动电机发电，最后经过换热器变成一定压力的常温气体之后外输。而冷媒被液化经过泵压缩和回热器变成高压气体，再经泵压缩和换热器成为高压常温气体，最后通过透平机带动电机发电，出来的冷媒再次循环利用，工艺流程见图3。

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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