探討液化天然氣冷能利用方式與前景

朱亮

摘 要：當(dāng)前，能源和環(huán)境問題已日益成為制約我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的一個瓶頸，為了優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，我國開始大力發(fā)展液化天然氣（LNG）產(chǎn)業(yè)，以達(dá)到充分高效地利用LNG的冷能，有利于節(jié)約能源，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益的目的。但與此同時，隨之而來產(chǎn)生了LNG冷能的浪費問題。LNG冷能主要用于冷能發(fā)電、空氣分離、生產(chǎn)干冰、冷藏、海水淡化、制冰和低溫粉碎，但除了冷能發(fā)電外其他應(yīng)用對于冷能利用相對較低。大型LNG接收站氣化過程釋放了大量的冷能，但由于LNG氣化操作和下游冷能用戶需求不同步，使得LNG冷能迄今尚未實現(xiàn)大規(guī)模綜合利用。因此如何有效利用冷能，是我國能源發(fā)展的一大問題。本文就液化天然氣冷能利用方式和前景展開探究。

關(guān)鍵詞：冷能；液化天然氣；前景

1引言

近年來我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，能源的需求量呈逐年遞增的發(fā)展趨勢，能源的結(jié)構(gòu)也在發(fā)生著改變。天然氣作為一種清潔、高效能源越來越受到青睞，國家十分重視其開發(fā)和使用。天然氣的主要成分為甲烷，其在常溫常壓下為氣體狀態(tài)，由于儲存和運輸?shù)男枨?，通常在將其開采出之后要經(jīng)過壓縮和液化處理，將其轉(zhuǎn)化為-162℃的低溫高壓液體，也就是液化天然氣。在LNG接收站和氣化站，一般又需將LNG通過氣化器氣化后使用，氣化時放出很大的冷能。而通常這部分冷能隨天然氣氣化器中的海水和空氣流失了，造成能源的浪費。由此可見，可供利用的LNG冷能是相當(dāng)可觀的。因此怎樣高效地利用冷能成為了我們急需解決的能源難題。

2關(guān)于液化天然氣冷能開發(fā)的探討

2.1冷能利用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

總體說來，我國的發(fā)展勢頭是比較好的。能夠在未來的幾年內(nèi)實現(xiàn)天然氣進口國家的愿望，并能夠與國際市場融合良好。液化天然氣產(chǎn)業(yè)在最近幾年的發(fā)展中，在其冷能回收以及使用方面夯實了堅實基礎(chǔ)。LNG冷能利用的方式主要有直接利用和間接利用兩種，前者的主要形式有低溫發(fā)電、空氣分離、輕烴回收、液態(tài)乙烯儲存、冷凍倉庫、液態(tài)CO2和肝病植被、海水淡化、汽車?yán)洳丶翱照{(diào)、蓄冷、建造人工滑雪場等，而后者的主要形式有低溫粉碎、污水處理、冷凍干燥、低溫醫(yī)療、冷凍食品等。雖然我國進口LNG比世界晚了30年，LNG冷能發(fā)電技術(shù)的研究晚于日本美國等發(fā)達(dá)國家，但隨著我國集中大規(guī)模引進LNG，我國的LNG冷能發(fā)電利用技術(shù)也在大幅發(fā)展。從資源開發(fā)和保護工作角度來說，能夠促進西部經(jīng)濟的發(fā)展，并且節(jié)約傳統(tǒng)能源的利用，并且協(xié)調(diào)資源與資源之間的關(guān)系，資源與環(huán)境之間，環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾，使得可持續(xù)發(fā)展真正能夠提上日程。

2.2液化天然氣冷能利用發(fā)電技術(shù)的基本原理

天然氣具備清潔、燃燒的效果，并且熱值很高，屬于具有不少優(yōu)勢特點的能源。對天然氣進行運輸?shù)臅r候，必須要進行液化，在使用的時候要再實行常溫化，在過程中就會有大量的冷能釋放出來。在此過程中1kg的LNG釋放出的冷能約為830KJ，而架設(shè)將此能量全部轉(zhuǎn)化為電能，則相當(dāng)噸每噸LNG所釋放的冷能折合約230kWh的電能。而以我國每年進口4500萬噸LNG為例，其蘊含的冷能約105億kWh，相當(dāng)于7個30萬kW裝機容量電廠每年生產(chǎn)的電能總和。比如日本大阪燃?xì)夤驹?979年至1982年，利用丙烷作為中間介質(zhì)的朗肯循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)法，輸出功率分別為1450KW和6000KW。因此將這種能源進行收集與使用，能提升液化天然氣的使用效率。

2.3冷能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

使用液化天然氣冷能發(fā)電，具體是對其冷能進行直接性使用。冷能發(fā)電用電能方式對液化天然氣冷能實行收集，使用動力循環(huán)發(fā)電是對其回收的最終目的，其技術(shù)已經(jīng)比較成熟。利用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電站的方式以液化天然氣為燃料，并對液化天然氣的冷能進行回收，依靠動力循環(huán)進行發(fā)電，主要有膨脹法、二次煤體法、聯(lián)合法、混合煤體法、布雷頓循環(huán)法和燃?xì)廨啓C利用法等方法。其中以布雷頓循環(huán)法的利用效率最高，布雷頓循環(huán)法是利用LNG冷能來降低壓縮機入口的氣體溫度，能顯著的降低壓縮機到達(dá)相同增壓比時的耗功，高壓氮氣經(jīng)加熱器加熱進入氣體透平膨脹做功，對外輸出電能，能使裝置熱效率顯著提高。這些方法使冷能得到高效地運用，提高了資源利用率，減少了資源的浪費。

3液化天然氣冷能應(yīng)用方法

3.2直接膨脹法用于發(fā)電

直接膨脹法原理為：經(jīng)低溫泵和蒸發(fā)器后LNG成為高壓常溫氣體，而后高壓氣化時物理轉(zhuǎn)化為壓力，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，之后經(jīng)過加熱器將天然氣輸入管網(wǎng)中。這樣循環(huán)的特點是在循環(huán)時候比較簡單，且需要的設(shè)備很少。不過因為液化天然氣的低溫冷能未被充分使用，因此對外作功就很少，每噸天然氣冷能產(chǎn)點量在20kw/h之上。使用高壓天然氣進行直接膨脹發(fā)電，進而對其使用泵進行加壓之后，使用蒸發(fā)器再度加熱，以此形成高壓天然氣。經(jīng)過處理之后形成低壓氣體，并且向外輸送發(fā)電。

3.3聯(lián)合循環(huán)法發(fā)電

聯(lián)合循環(huán)法綜合了直接膨脹法與朗肯循環(huán)法。其具體是將低溫液化天然氣進行壓縮之后，其壓力被相應(yīng)提升。之后再使用冷凝器，對二次媒體的蒸汽功能進行循環(huán)，加強對外的做功。之后天然氣經(jīng)過氣體透平膨脹進行做功。

3.4燃?xì)廨啓C使用方式

使用不同冷卻介質(zhì)，比如水、二氧化碳以及甲醇等，通過直接或間接的方法將LNG氣化時釋放的冷能用來降低燃?xì)廨啓C入口空氣溫度或用來冷卻蒸氣輪機的排氣，能夠顯著提高燃?xì)廨啓C的熱效率。燃?xì)廨啓C在使用時，地區(qū)天氣都會對冷能使用造成影響。所以經(jīng)過對相關(guān)數(shù)據(jù)的淺析，提出經(jīng)過冷卻燃?xì)鈾C入口空氣溫度以及降低聯(lián)合循環(huán)蒸汽機排壓力的方式，對整個燃?xì)廨啓C循環(huán)出力中形成的困難進行解決。

3.5低溫粉碎廢棄物

輪胎、塑料以及其它成分組成的合成物在常溫下不易粉碎，但都具有低溫脆性，當(dāng)溫度降低到一定程度時，其沖擊強度降低，只需要很小的動力就可以將其粉碎。因此，在廢棄物粉碎領(lǐng)域，利用LNG冷能是一種很好的方法。利用LNG先冷卻液體氮，再利用液氮冷凍廢棄物，最后將廢棄物粉碎以達(dá)到回收的目的。

3.6應(yīng)用于冷庫

LNG基地和大型的冷庫基本都設(shè)在港口附近，所以回收LNG冷能供給冷庫是很方便的冷能利用方式。利用LNG冷能作為冷源的冷庫，將載冷劑冷卻到一定溫度后經(jīng)管道進入冷凍、冷藏庫，通過冷卻盤管釋放冷能，實現(xiàn)對物品的冷凍、冷藏。這種方式按LNG的不同溫度帶，采用不同的載冷劑進行換冷后依次送入低溫凍結(jié)庫或低溫凍結(jié)裝置（-60℃）、冷凍庫（-35℃）、冷藏庫（0℃以下）、預(yù)冷裝置（0～10℃），這樣LNG冷能的利用率將大幅提高，運行成本較機械制冷下降37.5%。這樣可以將冷能幾乎不會浪費地利用起來，提高了資源利用率，還降低了倉庫制冷的成本。

4結(jié)束語

綜其上述，隨著LNG產(chǎn)銷量的迅速增長以及全球性能源的緊張，LNG冷能利用的前景十分廣闊，可以廣泛地應(yīng)用于發(fā)電、制造干冰、低溫冷庫、汽車空調(diào)等各個領(lǐng)域，合理利用這部分冷能顯得尤為重要。但是目前LNG冷能利用的方式比較單一，效率也較低，需要在今后的應(yīng)用和發(fā)展中根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟條件和市場需求進行合理選用，并研發(fā)和推廣蓄積和儲存冷能的先進技術(shù)和設(shè)備。特別是要將LNG冷能的利用向集成化，一體化，高效化發(fā)展，達(dá)到能源的綜合集約利用。我們應(yīng)對液化天然氣冷能進行科學(xué)分析，優(yōu)化其回收利用方式，科學(xué)有效利用液化天然氣冷能。

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