LNG接收站冷能发电及海水制冰系统

2020-05-08嵇迎梅

科技与创新 2020年8期

嵇迎梅

LNG接收站冷能发电及海水制冰系统

嵇迎梅

（金通灵科技集团股份有限公司，江苏南通 226000）

随着中国从国外大规模进口LNG，中国的LNG冷能的利用技术亟待提高，以获得较高的能源利用率。为进一步提高联合循环法的能源利用率，对膨胀媒介法发电系统进行了方案优化，开发LNG冷能发电-制冰系统，包括中间介质发电子系统、天然气膨胀机发电子系统、海水制冰子系统，同时提供3～4 MPa和0.6～1 MPa两种压力范围的天然气给用户，直接利用LNG冷能制冰和制冷压缩机组海水制冰相结合的方式，可有效满足周边渔港对冰的需求，有效提高冷能的利用效率。

海水制冰；冷能发电；LNG天然气；利用效率

1 引言

天然气是一种低排放的清洁燃料，是当今世界增长速度最快的清洁能源。促进液化天然气快速发展的一个重要因素是日益严格的环境保护要求，由于全球燃烧大量的不可再生燃料，排放大量CO2、NOx等温室性气体，造成了全球的温室效应和一些地区的热岛效应，造成环境和生态的破坏，现在越来越多的国家开始严格控制污染物的排放，以实现可持续发展。

中国天然气的缺口非常严重，随着近年来中国在能源结构上的不断改革，从国外进口的LNG越来越多。在中国东南及东部沿海地区，已经投产许多LNG接收站，同时规划建设了许多大型的接收站。液化天然气接收站主要用于船运液化天然气的接收（含码头卸船）、液态储存、升温气化和管道外输等作业。

2 LNG冷能概述

LNG接收站将海上液化天然气船运送的低温LNG加载到LNG储罐中，根据下游用户的需求提高输送压力，再经过气化换热装置将液化天然气气化后，经输气门站将气体输送进入输气管线，并运送至最终用户。整个过程中，会有很大部分冷能随气化换热装置的海水和空气流失了，造成很多冷能资源的浪费。

LNG冷能，指的是在常规条件下，可以利用的一定的温度差获得的一部分能量。同时参照热力学基础，利用温度差就获得有用能量的方法，就叫作LNG冷能的利用。LNG冷能属于利用价值较高的能源，如果能通过先进的工程技术利用这些能源，就达到了节省能源，同时提高经济效益的目的。目前，日本是全球进口天然气量最多的国家之一，在世界上使用LNG冷能的时间最早，能源利用率也非常高，一直走在世界前列。中国的液化天然气能利用研究开始于20多年前。陈国邦和朱建文先后都提出了液化天然气具有很多冷能，并为中国LNG冷能的开发研究进行了比较详细的论述。尽管中国LNG进口比世界上要滞后几十年，LNG冷能利用也比日本、美国以及欧洲一些发达国家滞后，但最近几年来，随着中国从国外大规模进口LNG，中国的LNG冷能利用技术得到了很大的提高。

3 LNG冷能的利用方式

现有的LNG冷能利用主要有两大方式，分别是直接利用和间接利用，前者包括发电、空分、冷库、液化二氧化碳，后者包括用空气分离后的附属产品液氮、液氧来进行低温破碎、污水处理等。

在全球LNG冷能利用的方法中，比较多的就是直接利用LNG冷能来发电。利用LNG冷能来发电的原理主要是利用LNG的超低温使工质液化，而后液态LNG经锅炉加热汽化，输送到汽轮机中进行膨胀做功，最终通过联轴器将机械功带给汽轮发电机，产生电能。概括地说，LNG的冷能用于发电主要有以下三种方式。

3.1 膨胀做功法

直接膨胀阀是将液态的天然气，通过泵压缩为高压的液体，然后通过海水热交换器把液态的LNG加热到高温高压的状态，输送到透平膨胀机中对外做功。它的主要特点是发电原理比较简单，发电效率不高，对LNG冷能的回收率不足25%。

3.2 多次媒介法

多次媒介法是一种增加了多种中间载热体的多个朗肯循环，将LNG通过热交换器把低温能量传递到其他的媒介上，媒介的种类不单一，利用媒介的物理特性，完成媒介进行蒸汽轮机循环，对外释放能量做功。特点是如果采用单一媒介，冷能的利用效率约为18%；如果采用混合媒介，冷能的利用效率可达到36%以上。

3.3 膨胀媒介法

膨胀媒介法综合了膨胀做功法与多次媒介法。液化天然气经液压泵升压后，通过热交换器将一部分冷量传递给媒介，LNG再经过换热锅炉变成高压高温的天然气，输送到透平膨胀机，机械能传递给发电机转化为电能，然后经过热交换器变成用户需求的常温气体。而媒介被液化经过压泵升压和回热锅炉变成高温高压气体，透过透平膨胀机带动汽轮发电机组发电，媒介可再次循环利用。目前，这种方法在日本得到普遍采用，冷能的发电效率可达到52%以上。

利用LNG 冷能的发电方法，其中膨胀做功法和多次媒介法的工艺路线比较简单，初期的投入较少，已有很多的实际工程应用，但冷能的发电利用效率非常低。而效率很高的多级媒介法和卡琳娜膨胀媒介循环法却因为工艺路线非常复杂，所用的设备较多，并未有很好的工程应用案例。

4 LNG冷能发电及海水制冰系统

为进一步提高联合循环法的能源利用率，对联合循环系统进行优化，开发LNG冷能发电-制冰系统，提供3～4 MPa和0.6～1 MPa两种压力范围的天然气给用户，同时增加冷能回收装置，提高冷能的利用效率。在天然气透平膨胀机前增加太阳能换热器，提高天然气膨胀机的功率和效率，直接利用LNG冷能制冰和制冷压缩机组海水制冰相结合的方式，可有效满足周边渔港对冰的需求。LNG冷能发电及海水制冰系统如图1所示。