lng冷能发电系统设计与分析(附件)【字数：21352】
摘 要摘 要当今海洋污染是全球面临的一个重大问题。为有效控制船舶对海洋的污染，国际海事组织已出台相关规定，而以重硫油为燃料的传统船舶燃料很难达到这些要求。在这种国际环保呼吁大背景下，清洁而高效的液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）动力船应运而生，LNG动力船的研究对节约能源、降低污染排放量、提高能源利用率有着极其重大意义。LNG动力船上，在使用LNG时通过与海水换热或者其他热源加热汽化。LNG具有大量的冷?、压力?，如果不加以利用，那么这些LNG在汽化时释放出的大量的冷能会被白白地浪费。而LNG冷能发电重新回收利用这些冷量，通过发电系统将冷能转换为电能，供动力船日常运行和工作使用。本文先从熔点、沸点、化学稳定性以及其他重要性质等方面考虑，选丙烷作为LNG发电系统的冷媒；研究了多种因素对LNG冷能发电系统发电效率的影响，应用化工流程模拟软件构建出直接膨胀法、二次媒体法、联合法、低温布雷顿循环法发电系统流程；对各个关键设备进行了?分析；最后，对目前LNG冷能发电研究中存在的冷能利用率比较低、系统?损失大等问题提出有效降低?损失的方法，使得冷能利用更加充分，提高了系统发电效率；针对系统的设备参数进行热力学数值对比分析，得出四种发电系统中低温布雷顿循环与联合法发电系统最高，并且应用?分析的手段，结合不同的应用工艺和船舶的动力特征选取高效的发电系统。关键词LNG动力船；冷能发电；影响因素；?分析
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 3
1.3 LNG冷能发电研究现状 4
1.4 研究内容 5
1.5 研究方法 5
第二章 冷能发电技术 7
2.1 冷能发电技术概述 7
2.2 冷能发电模型的建立 7
2.3 系统流程模拟参数 10
2.4 小结 10
第三章 系统效率的影响因素及物性计算 12
3.1 LNG冷?及影响因素 12
3.2 发电系统中工质的选择 13
3.3 系统发电效率的影响因素 14
3.4 天然气及循环工质的物性计算 17
3.5 系统效率计算 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
6
3.6 小结 27
第四章 发电系统?分析 28
4.1 ?分析原理 28
4.2 主要设备的?分析 32
4.3 计算结果 37
4.4 小结 40
第五章 研究结论与展望 41
5.1 结论 41
5.2 展望 42
参考文献 43
致 谢 46
第一章 绪论
1.1 研究背景
由于近年来世界能源与环境问题越来越不容忽视，传统工业已经不能满足人们节能环保的需求，因此各种新型能源应运而生，世界能源结构多样化、多极化，不再是石油和煤的单极结构[1]。其中，天然气污染小、热值高、市场稳定，在现代工业中更有发展空间。海上天然气运输动力船也逐渐进入人们的视野，一度引起了商业、工业、科学界等各界的关注与研究。
1.1.1世界能源结构多样化
我国对煤和石油的消耗依赖性依旧比较大，对于任何一个国家来说，单一能源结构是极其不利的，因为这将会对国家的能源安全造成很大的影响。中国虽有丰富的煤矿资源，但是在取保煤炭的清洁、安全、经济、供应方面存在很大的压力，例如，煤
矿区存在着严重的环境污染问题；煤矿下的工作环境差；煤矿开发中高硫磺的比例较大等[2]。我国是世界石油进口大国，每年石油进口量达到了10700万吨，2007年达到了183480万吨，到2016年已经创下了近六年最大增幅的记录，达到了3.81亿吨。石油进口量的增多势必使得对外依存度相应提高，这必对我国能源安全、国民经济和国家安全造成一定的威胁。
图11 近年石油增长趋势图
而天然气，是一种以烷烃为主要成分的混合气体，其中甲烷所占比例最大，此外还有少量的乙烷、丙烷、丁烷等气体。这些以烃类为主的混合气体燃烧产物绝大多数为二氧化碳和水蒸气等清洁气体，与煤和石油相比对环境影响很小，而且燃烧热值较高。如表11所示，天然气含硫成分极其微量，因此天然气是一种清洁而高效的燃料。
表11 典型地区天然气成分及含量
燃料名称
气体成分
热值(kJ/m3)
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
CmHn
H2
H2S
CO2
O2
N2
天然气
（四川）
88.59
6.06
2.02
1.54
0.06
0.07
0.2
1.46
39540
天然气
（东海）
87.93
6.92
0.26
2.62
0.37
1.90
36240
天然气
（南海）
94.0
1.2
0.7
0.4
0.2
微
0.2
3.3
36000
图12 能源需求趋势
如图12所示，我国对清洁节能的能源需求呈逐年递增的趋势。天然气是一种清洁、高效的能源，我国在“十二五”规划中，提出要加速天然气的发展，促进我国能源多元化[3]。
1.1.2 中国LNG动力船的发展
海洋环境与能源问题已然成为世界性的难题。我国作为世界造船大国，传统的海上运输方式不仅消耗了大量的能源，还造成了严重的环境污染。合理选取运输船的燃料成为节约能源的必由之路。国际海事组织新的防污染公约对排放废气有了更高的要求，天然气以清洁、高效等优势突破了大型船舶仅仅依靠煤和石油为燃料的瓶颈，而LNG更能满足高效、环保的需求，LNG动力船市场在我们乃至全世界迅速发展。
1.1.3 天然气市场及供应现状
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 3
1.3 LNG冷能发电研究现状 4
1.4 研究内容 5
1.5 研究方法 5
第二章 冷能发电技术 7
2.1 冷能发电技术概述 7
2.2 冷能发电模型的建立 7
2.3 系统流程模拟参数 10
2.4 小结 10
第三章 系统效率的影响因素及物性计算 12
3.1 LNG冷?及影响因素 12
3.2 发电系统中工质的选择 13
3.3 系统发电效率的影响因素 14
3.4 天然气及循环工质的物性计算 17
3.5 系统效率计算 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
6
3.6 小结 27
第四章 发电系统?分析 28
4.1 ?分析原理 28
4.2 主要设备的?分析 32
4.3 计算结果 37
4.4 小结 40
第五章 研究结论与展望 41
5.1 结论 41
5.2 展望 42
参考文献 43
致 谢 46
第一章 绪论
1.1 研究背景
由于近年来世界能源与环境问题越来越不容忽视，传统工业已经不能满足人们节能环保的需求，因此各种新型能源应运而生，世界能源结构多样化、多极化，不再是石油和煤的单极结构[1]。其中，天然气污染小、热值高、市场稳定，在现代工业中更有发展空间。海上天然气运输动力船也逐渐进入人们的视野，一度引起了商业、工业、科学界等各界的关注与研究。
1.1.1世界能源结构多样化
我国对煤和石油的消耗依赖性依旧比较大，对于任何一个国家来说，单一能源结构是极其不利的，因为这将会对国家的能源安全造成很大的影响。中国虽有丰富的煤矿资源，但是在取保煤炭的清洁、安全、经济、供应方面存在很大的压力，例如，煤
矿区存在着严重的环境污染问题；煤矿下的工作环境差；煤矿开发中高硫磺的比例较大等[2]。我国是世界石油进口大国，每年石油进口量达到了10700万吨，2007年达到了183480万吨，到2016年已经创下了近六年最大增幅的记录，达到了3.81亿吨。石油进口量的增多势必使得对外依存度相应提高，这必对我国能源安全、国民经济和国家安全造成一定的威胁。
图11 近年石油增长趋势图
而天然气，是一种以烷烃为主要成分的混合气体，其中甲烷所占比例最大，此外还有少量的乙烷、丙烷、丁烷等气体。这些以烃类为主的混合气体燃烧产物绝大多数为二氧化碳和水蒸气等清洁气体，与煤和石油相比对环境影响很小，而且燃烧热值较高。如表11所示，天然气含硫成分极其微量，因此天然气是一种清洁而高效的燃料。
表11 典型地区天然气成分及含量
燃料名称
气体成分
热值(kJ/m3)
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
CmHn
H2
H2S
CO2
O2
N2
天然气
（四川）
88.59
6.06
2.02
1.54
0.06
0.07
0.2
1.46
39540
天然气
（东海）
87.93
6.92
0.26
2.62
0.37
1.90
36240
天然气
（南海）
94.0
1.2
0.7
0.4
0.2
微
0.2
3.3
36000
图12 能源需求趋势
如图12所示，我国对清洁节能的能源需求呈逐年递增的趋势。天然气是一种清洁、高效的能源，我国在“十二五”规划中，提出要加速天然气的发展，促进我国能源多元化[3]。
1.1.2 中国LNG动力船的发展
海洋环境与能源问题已然成为世界性的难题。我国作为世界造船大国，传统的海上运输方式不仅消耗了大量的能源，还造成了严重的环境污染。合理选取运输船的燃料成为节约能源的必由之路。国际海事组织新的防污染公约对排放废气有了更高的要求，天然气以清洁、高效等优势突破了大型船舶仅仅依靠煤和石油为燃料的瓶颈，而LNG更能满足高效、环保的需求，LNG动力船市场在我们乃至全世界迅速发展。
1.1.3 天然气市场及供应现状
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