基于LNG冷能发电的FSRU-LNG系统分析优化

作     者：豆少刚 

作者单位：西安石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：樊玉光;高琳;孙冬来

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：LNG-FSRU 冷能利用 净输出功 遗传算法 (?)损失分析 

摘      要：近年来,我国从国外进口的天然气已超过总消耗量的50%,其中的LNG占比较大。浮式储存再气化装置(FSRU)是一种包含LNG接收、储存、转运、再气化等多种用途的特种设备。LNG在FSRU气化为天然气的过程中会释放出可观的能量,结合蓝科高新《清洁能源-液化天然气冷能发电关键技术研究》项目,研究用低温朗肯循环发电系统回收该部分能量是非常有意义的。选用Peng-Robinson方程(简称PR方程)作为LNG的物性计算方程,利用HYSYS软件计算分析了压力与温度分别对LNG冷(?)的影响。LNG释放的总冷(?)与环境温度呈正相关,与气化压力呈负相关。借助Design Expert软件分析了LNG各组分含率与其冷(?)之间的关系,CH的含率对LNG在气化过程中释放的冷(?)量起决定性作用。构建了两级低温朗肯循环,筛选出综合性能较优的第一级循环工质R23与R170和第二级循环工质R290、R143a、R1270和R125。基于Design Expert软件中的混料试验,以系统净输出功为目标函数,得到了工质配比与系统净输出功之间的关系式。借助Matlab软件中遗传算法的优化工具箱,得到了各组分的最佳配比量。利用HYSYS软件对该结果进行验证,最终混合工质的配比结果为:第一级循环:80%的R23与20%的R170;第二级循环:33%的R290、3.2%的R143a、60.1%的R1270和3.7%的R125,此时系统的净输出功为1447.26 k W。经过对传统两级低温朗肯循环的分析研究,提出了改进的两级低温朗肯循环系统,并构建了三级串联低温朗肯循环系统。在理想情况下,以系统的净输出功为比较对象将三者进行计算分析对比,在同等条件下,改进的两级低温朗肯循环系统的净输出功最大为5202.11 k W,其余两者分别为1661.18 k W和1644.49 k W。对改进后的两级低温朗肯循环进行模拟优化,得到了优化后系统的关键参数为:系统低、高温级循环中工质的蒸发压力分别为4.6 MPa和0.64 MPa,冷凝压力均为0.1 MPa,LNG的气化压力为1.2 MPa。在理想情况下,系统的净输出功达到了17 831 k W,该值为优化前的3.4倍。利用(?)分析法对优化前后系统中的关键设备进行了有效能分析,对系统中的(?)损失分布进行了分析讨论。发现优化前换热器的(?)损失最大,占51.39%,优化后仅为23.11%;优化后系统的总(?)效率为61.7%,比优化前提高了15个百分点。改进后的两级低温朗肯循环优化后系统的关键参数,提高了系统的净输出功和总(?)效率,对液化天然气冷能低温朗肯循环发电系统回收能量技术提供了有益的参考方案。