南方地区冷库利用液化天然气冷能的技术研究_杜琳琳

1、第27卷第6期天然气工业加工利用与安全环保南方地区冷库利用液化天然气冷能的技术研究杜琳琳1, 2罗东晓2, 3徐文东2(1. 深圳市燃气集团有限公司2. 华南理工大学天然气利用研究中心3. 广州市煤气公司杜琳琳等. 南方地区冷库利用液化天然气冷能的技术研究. 天然气工业, 2007, 27(6 :115-117.摘要LN G 冷能的利用不仅要看其能量回收的多少, 更重要的是在经济合理的前提下实现能量的梯级利用。为此以L NG 冷能的梯级利用为目标, 设计了L NG 冷能用于冷库制冷的工艺流程, 提出利用一股冷媒与L NG 换冷以减少冷媒系统的投资费用和传输过程的冷能损失, 通过压力调节控制冷媒

2、的蒸发温度, 使其为不同用途的冷库提供相应温位的冷能。筛选工艺中的冷媒, 计算冷库的耗冷量, 并以总容量为1. 5×104t 的冷库为例进行具体计算, 模拟出冷库利用LN G 冷能的工艺流程。总结了L NG 冷能用于冷库技术的发展优势, 提出LN G 冷能集成利用的发展方向。主题词液化天然气冷能回收冷媒冷库能量转换经济评价发展方向生产1t 液化天然气(LNG 的动力及公用设施耗电量约为850kW ·h , 而在LNG 接收站, 其气化过程中会释放出大量冷能(高达860830kJ /kg 。这部分冷能通常在气化器中随海水或空气被舍弃, 造成了能源的极大浪费, 甚至造成环境污染

3、(海水冷污染 , 影响周围海域及地区的生态环境。广东大鹏LNG 项目一期规模为370×10t /a 进口量, 相当于年进口25802490TJ 的冷能; 福建LNG 项目规模为260×10t /a 进口量, 相当于年进口22402160TJ 的冷能。未来几年, 将在沿海地区建成十几个LNG 接收站, 几千万吨/年LNG 携带数万太拉焦耳/年的巨额冷能2。所以开发LNG 冷能集成优化利用技术, 是我们面临的历史机遇。441能用于冷库的实例并不太多。目前, 国内LNG 冷能利用尚属空白。全国冷库总容量达500多万吨, 基本上都是采用多级电压缩制冷装置。而利用LNG 冷能作为冷库

4、的冷源, 则既可以减少压缩制冷系统的投资, 又可回收LNG 冷能, 减少耗电量。二、冷库的分类及能耗指标根据冷库温度的不同, 冷库可以分为冷却库、冻结库和冷藏库。冷却库又称高温库, 用于果蔬类食品的储藏, 库内温度不低于食品汁液的冻结温度, 通常保持在0左右; 冻结库又称低温冷库, 库内温度在-20-30,通过冷风机或专用冻结装置来实现对肉类食品的冻结; 冷藏间, 即冷却或冻结食品的储藏库, 用于把不同温度的冷却食品和冻结食品在不同温度的冷藏间和冻结间内作短期或长期的储存。据统计, 我国冷库总耗电量为10×10kW ·h /a 以上, 冷库动力费用占整个冷库仓储成本的25%

5、30%;而一般食品工厂冷库动力耗电量占全厂总耗电量的50%60%。冷藏企业耗电考核标准规定:冷库冻结物冷藏的耗电量指标为0. 3kW ·h /(t ·d ; 冷却物冷藏的耗电量为0. 9kW ·h /(t ·d ; 冷冻加工耗电量为120kW ·h /t 。8一、国内外LNG 冷能利用现状LNG 冷能利用技术主要有发电、冷冻仓库、液化二氧化碳、空气分离等3。日本是最早开发LNG冷能利用技术的国家之一(已有20多年 , 在低温发电、冷冻食品和空气液化等方面达到了实用化程度, 经济、社会效益相当显著。作为耗能较大的制冷行业, 欧美等发达国家每年制冷

6、耗电量约占全世界生产电能的15%。英国工、农、商业中制冷装置每年耗电量约为76. 35×108kW ·h , 其中冷库耗电量约为9. 1×108kW ·h 4。尽管这些国家LNG 用量可观, 但回收LNG 冷加工利用与安全环保天然气工业2007年6月三、LN G 冷能用于冷库技术研究1. 冷库利用LNG 冷量的基本思路与优势为了有效利用LNG 冷能, 可将食品冻结及加工装置、冷冻库、冷藏库及预冷装置等按不同温度带连成一串。按LNG 的不同温度带, 用不同的冷媒与之换冷, 之后分别送入低温冻结库或低温冻结装置(-60 、冷冻库(-35 、冷藏库(0以下 以

7、及果蔬冷藏库(010 。这样可以使LNG 的冷能得以充分利用, 能量利用效率大大提高, 冷库运行成本下降37. 5%。与传统低温冷库相比, 采用LNG 冷能的冷库具有占地少、投资省、温度梯度分明、维护方便等优点。2. LNG 冷能用于冷库技术工艺设计(1 工艺流程简介图1为LNG 冷能用于冷库技术的流程示意图。储罐中-162的LNG 经泵加压到高压输气管网所需的压力, 温度升至约-150。由于LNG 温度低, 冷能品位非常高, 故可用于一些深冷用户, 如废旧轮胎的深冷粉碎、二氧化碳制干冰等。冷能通过深冷用户的一次利用后, 温度从-150升到-70左右, LNG 全部气化为低温的高压天然气 。5

8、R410A 热容和气化热较大, 有较高的导热系数; 动力黏度小; 化学稳定性较好, 对金属无腐蚀; 无毒, 不燃烧, 与空气混合不会爆炸; 容易制取, 价格低廉, 是一种优质的环保型制冷剂, 目前在国外广泛用于冰箱和空调的制冷。(3 冷库用冷特性分析为便于计算, 本技术以总容量为1. 5×104t 的冷库为例进行计算, 并设计成3座冷库。其基本设计参数如表1。表1冷库基本设计参数表冷库名称冷库1冷库2冷库3总面积容量蒸发温度库房温度建筑面积(含月台(104t ( ( (m 2(m 2 0. 50. 50. 5-42-28-15-30-18-1050005000500053005300

9、5300注:设计规模为1. 5×104t 。(4 冷库用冷量计算1 冷库维护结构的耗冷量计算库内外温差传热的耗冷量为:Q a =K ·F (t w -t n (1式中:K 为冷库维护结构的传热系数; F 为冷库维护结构的传热面积; t w 为库外计算温度; t n 为库内计算温度。K 取1. 005J /(m 2·h · , 冷库按方形设计, 墙高5m , 库外温度按城市的室外平均温度计算, 本图1LN G 冷能用于冷库流程示意图设计t w 取36。计算可得3座冷库库房内外温差传热产生的耗冷量分别为424. 44、347. 27、295. 82M J /

10、h 。由于阳光辐射进入室内的热量:Q b =0. 75-(t w -t n 25(2在冷库中蒸发的冷媒蒸气在高效换热器中同约-70的高压天然气换冷, 冷媒获得冷能而全部液化, 高压天然气获得热量温度升高。冷媒泵将液化的冷媒升压后通过保温管线输送至冷库。在库房的蒸发器内, 冷媒蒸发放出冷能, 通过库房内的抽风机与库房内循环流动的空气换冷, 带走库房内空气的热量, 使冷库温度保持在需要的低温。蒸发后的冷媒再通过管线输送到高效换热器中同低温的高压天然气换热, 由此形成载冷循环。(2 冷媒筛选冷媒的主要功能就是将LNG 的冷能携带到冷库中为冷库提供冷量, 本技术采用R410A 作为冷媒。R410A 是

11、一种共沸制冷剂, 可通过调节压力控制其蒸发温度, 为冷库提供多种不同温位的冷能。式中:J 为夏季阳光辐射的计算强度; A 为维护结构外表面太阳辐射吸收率。由于阳光辐射而进入室内的热量采用补偿温度差的方法来计算, 面向南和西南的强阳光辐射的传热量可看作是室内外为510的传热, 对于屋顶可看作增加室内外1520的传热。计算可得3座冷库由于阳光辐射产生的耗冷量分别107. 52、96. 06、78. 88MJ /h 。2 货物的耗冷量:Q c =G (i 1-i 2 +g b c b (t 1-t 2(3式中:G 为平均每小时入库的货物量; i 1、i 2为货物入第27卷第6期天然气工业加工利用与安

12、全环保库时在库内降温后的含热量; g b 、c b 分别为包装材料的重量、比热; t 1、t 2为包装材料入库、出库时的温度。考虑到货物每次进入冷库开始时热负荷较大, 为使最初阶段易于降温, 增加系数1. 3, 按水产品的年处理量25×10t 计算, 货物平均入库量为37. 1t /h 。包装材料的耗冷能按货物耗冷能的10%计算。冷库1、2、3中货物的入库温度分别为20、-10、20,出库温度为-20、-18、0。计算得3座冷库货物耗冷量分别为14523. 38、1213. 13、3106. 61MJ /h 。3 库房内操作经营的耗冷量库房照明耗冷量:Q d =0. 86WZ /24

13、(4 式中:W 为室内点灯总瓦数, 按70W 计算; Z 为照明时间, 一般按3h 考虑。计算可得照明耗冷量均为27. 09M J /h 。库房开门耗冷量:Q e =nVr (i w -i n /24(5式中:n 为每昼夜因开门造成的换气次数; V 为冷藏间的容积; r 为库内空气的比重; i w 、i n 分别为室外、室内空气的含热量。大型冷库n 取0. 7。库外温度均为30,库内空气温度分别为-30、-18、-10。计算可得3座冷库库房开门产生的耗冷量分别为98. 93、85. 51、77. 25M J /h 。库房内工作人员的耗冷量:Q f =nQ s Z /24(6式中:n 为工作人员

14、数; Q s 为每个工作人员单位时间内产生的热量; Z 为工作人员每昼夜在库房内的操作时间, 可按3h 考虑。工作人员产生的热量与库房温度有关。冻结间、低温冷藏间、高温冷藏库分别按1. 59、1. 26、1. 00MJ /h 考虑。工作人员按50人考虑。计算可得3座冷库库房内工作人员产生的耗冷量分别为9. 29、8. 63、6. 28M J /h 。(5 LNG 利用量计算本设计采用的LNG 冷能用于冷库的技术流程(见图2 。一股R401A 冷媒与LNG 换冷液化, 经泵加压输送至冷库区域后再分成3股, 分别为冷冻库、低温冷藏库、高温冷藏库提供冷能。压力调节器分别将3股R401A 控制在0.

15、486、0. 294、0. 16M Pa 压力下, 得到温度为-42、-28、-15的气相冷媒为各个冷库提供其所需温位的冷能 。1999(3 :1-2.2华贲, 郭慧, 岳永魁, 等. 重视天然气资源的综合优化利用J . 能源政策研究, 2005(2 :30-34.3王强, 厉彦忠, 张朝昌. 液化天然气(L NG 冷能回收及其利用J . 低温工程, 2002, 128(4 :38-42.4余华明. 冷库及冷藏技术M . 北京:人民邮电出版社,2003.5李亚峰, 游立新. 液化天然气冷量火用特性研究J . 能量研究与利用, 1997(1 :7-10.(修改回稿日期2007-04-10编辑赵勤

16、 图2LN G 冷能用于冷库技术流程图4采用流程模拟软件ASPEN 对冷库的冷能利用过程进行模拟, 得出流程中-80的LNG 的流量为70t /h , 冷媒R401A 的流量为70t /h 。四、结束语目前国内LNG 气化主要采用海水加热方式, 大量的冷能没有被利用。将LNG 的冷能用于冷库能够大大减少耗电量, 节省投资, 降低冷库的生产成本, 同时冷藏品质量提高, 具有良好的前景。如果在冷库利用LNG 冷能的基础上, 根据LNG 接收站附近港口资源和产业布局的特点, 适当增加冷冻产品深加工项目, 扩大港口经营范围, 大力发展冷物流加工产业和储运产业, 可使冷库的效益更加突出, 同时还可以提升

17、港口的生存竞争力, 促进港口地区的经济发展。此外, 研发LNG 冷能集成利用技术会比任何单一LNG 冷能利用技术更有优势, 因此, 全面、系统的LNG 冷能集成利用方式是今后冷能集成优化利用的主要发展方向。参考文献1朱刚, 顾安忠. 液化天然气冷能的利用J . 能源工程,N A TUR A L GAS I NDUS TRY , vol . 27, no . 6, 2007June 25, 2007v aluatio n result w as ultimately taken as o ptimal site fo r the substation . T he calcula tion ex

18、 ample indicated that the optimal result of the gas tr ansmissio n substa tion wa s not o nly re lated w ith the change s of technical parameter s , but also ha s something to do with the environment facto rs of the substatio n . Fur the r studies on site o ptimiza tion sho uld be co nduc ted in cas

19、e that there a re sev eral transmission substatio ns alo ng tr unk line .SUBJEC T HEADINGS :g as transmission pipeline , g as transmission substa tion , mathematical model , optimizatio n , plan , de -sig n , evaluationWANG Yu -chun (professor , bor n in 1949, g raduated in oil and g as sto rage and

20、 transpo rting f rom the fo rmer Ea st China Pet ro -leum I nstitute , being eng aged in teaching and research w or ks on oil and gas sto rag e and tr anspor tation . H e has issued mo re tha n 30paper s in Chinese periodicals . He has been awa rded by many prizes fo r his papers , teaching and rese

21、arch wo rks . Add :Southwest Pe troleum U niversity , Xindu District , Cheng du , Sichuan Pr ovince 610500, P . R . China Tel :+86-28-83033090E -mail :w ang yc3090sw pu . edu . cn TEC HNICAL STUDY ON LNG CRY OGENIC ENERGY USED FOR C OLD ST ORAGE IN S OUTH CHINA1, 22, 3212DU Lin -lin , LUO Dong -xiao

22、 , XU Wen -dong (Shenzhen Gas G roup Co . , Ltd . ; Natural Gas Utili -3zation Research Centre o f South China University of Techno logy ; Guangzhou G as Company ; . N A TUR . GAS I ND . v . 27, no . 6, pp . 115-117, 06/25/2007. (ISSN 1000-0976; In Chinese ABSTRAC T :Compared with the quantity , the

23、 quality of cry og enic energ y f rom LNG (liquefied natural g as seems mea ning ful in e ner gy r eco very sy stem . A s for the pur po se of cascading use of L NG cry og enic energ y , a technolog ical pro cess o f LN G cry o -g enic ener gy used for cold sto rage ref rig erating w as desig ned .

24、T his process , in w hich a stream of coo lant was used to e xchang e co ld with LN G to reduce the inve stment fee fo r coo lant sy stem a nd the cry og enic energ y lo ss during the transmission , can pro -vide the co rresponding tempe rature -lev el cry og enic ene rgy fo r diffe rent -purposed c

25、old sto rag es thro ug h contro lling the vapo ri -zing tem pera tur e by pressure adjustment . T his pape r simulated this technological pro ce ss by selecting the co ola nt fo r technical use , calculating the quantity of consuming cry oge nic energy , and taking a co ld stor age with capacity of

26、15thousand tons a s an e xample . It summa rizes this techno lo gy and its dev elo ping advantage s at pre sent , and po ints o ut its dev elo ping dir ection fo r the integr ated use o f L NG cry ogenic energ y in the future . SUBJEC T HEADINGS :LN G (liquefied natural g as , co ld energ y recy cli

27、ng , co ld co al , co ld sto rag e , ener gy transfo rming , eco -nomic ev aluatio n , deve lopment trendREFORM ON DE -BENZENE TEC HNOLOGY IN LNG MANUFAC TURERS DONG Jia -qing , ZH ANG Yun -xiao (LNG Manufacturer of Green Ene rg y Hig h Technolog y Co . , Ltd . , S INOPEC Zhong yuan Oilfield Com pan

28、y . N A TUR . GAS I ND . v . 27, no . 6, pp . 118-119, 06/25/2007. (ISSN 1000-0976; In Chinese ABSTRAC T :The L NG M anufac ture r of G reen Energ y Hig h T echno log y Co . , Ltd . , SI NO PEC Z hongy uan Oilfield Com pany , is the first LN G facto ry under co mmercial operation in China . Because

29、of the benzene exists in the g as source of this facto ry , the re is potential risk fo r be nzene blocking the pipelines . In L NG factories , the re w ere many disadvantag es like the co st w ill be e xt remely hig h because hug e quantities of isopentane had to be used in the previo us de -benzene techno log y by use o f the similar -ity and co mpatibility theor em . T herefo re , unde r the no rmal pro ductio n , the refor m w as carried o ut o n de -benzene technolog y . T hro ug h study and analy sis , heavy hy drocar b