液化天然气冷能储存与回收热力循环蓄能研究

【摘要】：天然气作为一种清洁、高效的能源,其应用领域越来越广泛,在我国国民经济中发挥越来越重要的作用。天然气液化后,体积骤缩为原来的1/600,将所耗的能量转化为储存在液化天然气中的冷能；液化天然气气化过程中的冷能回收利用则是将储存的冷能转化为其他形式的能量。本文以热力学理论为基础,以降低流程功耗、提高流程经济收益为目的,对液化天然气冷能储存与回收耦合流程的模拟与优化进行了详细的研究。 天然气液化冷能储存与液化天然气气化冷能回收的耦合利用可实现夜间天然气液化、白天天然气气化间歇运行,因而对于电网平稳运行、城市经济效益和节能减排具有重要意义,但至今关于天然气液化冷能储存和液化天然气气化冷能回收耦合过程蓄能的研究尚未见报道。本文采用化工流程模拟软件Aspen Plus对液化天然气冷能储存与回收耦合流程进行了模拟,得到了耦合流程各节点的计算数据,包括各节点的压力、温度、焓、熵、气相分率和流量等状态参数,以及耗电和发电设备的耗电量和发电量,还有各热流的热负荷。模拟结果表明,耦合流程符合热力学理论和要求,真实反映了耦合流程的运行效果。 在流程模拟的基础上,以泵和透平的压缩比、天然气和制冷剂在泵和压缩机中的状态、节流阀的压降为约束条件,以混合制冷剂制冷循环压缩机的压缩比、开口天然气液化循环节流阀的进口温度、混合制冷剂的流量、朗肯循环的冷凝温度,以及开口液化天然气循环透平和朗肯循环透平的进出口压力为操作调节变量,进行了各操作变量的灵敏度分析,建立了以年经济收益最大为目标函数的液化天然气冷能储存与回收耦合流程的优化模型。以Aspen Plus软件为平台,编写FORTRAN程序对耦合流程的优化模型进行了求解,最终获得了理想的优化结果。 本文所研究的液化天然气冷能储存与回收耦合流程,具有重大的社会效益和经济效益,对社会生产具有一定的理论指导作用和实用价值。 【关键词】：液化天然气 耦合流程 冷能 优化
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TE89
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 研究的目的及意义16-17
• 1.2 天然气概述17-19
• 1.2.1 天然气的特点17-18
• 1.2.2 天然气在国内外的利用现状与发展18
• 1.2.3 天然气在国民经济中的重要地位18-19
• 1.3 天然气液化技术19-20
• 1.4 液化天然气冷能利用技术20-22
• 1.5 本文研究对象及内容22-24
• 第二章 液化天然气冷能储存与回收耦合的工艺流程24-40
• 2.1 液化天然气冷能储存与回收耦合的工艺流程24-30
• 2.1.1 天然气液化冷能储存的工艺流程26-28
• 2.1.2 液化天然气气化冷能回收的工艺流程28-30
• 2.2 耦合流程中主要模块的性质与原理30-38
• 2.2.1 换热器30-32
• 2.2.2 反应器32-33
• 2.2.3 压力变送设备33-36
• 2.2.4 物流混合器和分流器36-37
• 2.2.5 气液分离器37-38
• 2.3 本章小结38-40
• 第三章 液化天然气冷能储存与回收耦合流程模拟的计算模型40-52
• 3.1 天然气和制冷剂的热物性计算40-49
• 3.1.1 天然气与制冷剂的热物性特点40
• 3.1.2 液化天然气冷能储存与回收耦合流程的物性方法40-49
• 3.2 液化天然气冷能储存与回收工艺流程模拟的收敛方法49-50
• 3.3 本章小结50-52
• 第四章 液化天然气冷能储存与回收耦合流程的模拟及结果分析52-62
• 4.1 液化天然气冷能储存与回收耦合流程的模拟52-56
• 4.1.1 耦合流程的已知参数52-53
• 4.1.2 耦合流程模拟的计算结果53-56
• 4.2 液化天然气冷能储存与回收耦合流程的模拟结果分析56-61
• 4.2.1 热力学分析57-60
• 4.2.2 经济性分析60-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第五章 液化天然气冷能储存与回收耦合流程的参数分析与优化62-78
• 5.1 液化天然气冷能储存与回收耦合流程关键参数对流程性能影响分析62-72
• 5.1.1 混合制冷剂制冷循环压缩机的压缩比对流程性能的影响62-64
• 5.1.2 天然气液化过程节流阀进口温度对流程性能的影响64-66
• 5.1.3 混合制冷剂流量对流程性能的影响66-67
• 5.1.4 朗肯循环冷凝温度对流程性能的影响67-68
• 5.1.5 液化天然气气化过程透平的参数对流程性能的影响68-70
• 5.1.6 朗肯循环透平的参数对流程性能的影响70-72
• 5.2 液化天然气冷能储存与回收耦合流程的优化72-76
• 5.2.1 耦合流程优化目标函数72-73
• 5.2.2 约束条件73
• 5.2.3 优化结果及分析73-76
• 5.3 本章小结76-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 研究成果及发表的学术论文86-88
• 作者及导师简介88-89
• 附件89-90

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