LNG气化站冷能利用方式的探讨

摘　要：随着LNG用量的持续增长,气化产生的冷量也相继增多,气瓶汽化器缓冲罐回收利用这部分冷能具有可观的经济和社会效益。通过分析LNG冷能利用的概况及LNG气化站的特点,确定了比较适合气化站冷能利用的3种方式:低温集中式空调系统冷源、冷库冷源与小型冷热电三联产系统相结合。

    1　概述

    近10 a来,液化天然气(LNG)技术在我国日益受到重视,相继建成了多套生产装置,已建成天然气液化工厂有上海的LNG事故调峰站、河南中原天然气液化工厂和新疆天然气液化工厂等[1、2]。同时我国也在积极引进液化天然气,开拓能源供应渠道多元化。我国引进LNG三大项目———广东、福建、上海LNG项目近来均获重要进展。其中广东大鹏湾LNG接收站已于2006年6月底建成投产,规模为370×104t/a。此外,江苏如东、辽宁大连等城市的LNG项目也都在投资策划中。截至2020年,我国LNG的年进口量将超过6 000×104t/a,使天然气在一次能源消费中所占的比例上升到8%以上[3]。与此同时, LNG气化站也得到了长足的发展。

    LNG气化站是一种小型的LNG接收和气化设施,用于接收从LNG终端接收站或液化装置通过专用汽车槽车或铁路槽车运来的LNG,经气化加臭后,通过管网供应给用户,没有液化能力[4]。我国的山东、江苏、河南、浙江和广东等省的一些城镇相继建设了气化站,向居民或企业供应天然气。从2000年开始,淄博、青岛、广东龙川、浙江余姚、江苏姜堰等城市的气化站相继建成投产,至今已建成逾80座LNG气化站。

    通常生产1 tLNG的动力及公用设施耗电量约850 kW·h,而在LNG接收站,一般又需将LNG通过气化器气化后使用,气化时放出很大的冷量,其值约830 kJ/kg[5]。若LNG拥有的冷能以100%的效率转化为电力,那么1 tLNG的冷能相当于230 kW·h电。回收这部分可用冷能,不仅有效利用了能源,而且减少了机械制冷大量的电能消耗,具有可观的经济效益和社会效益。

    LNG气化过程中,其释放的冷能可采用直接或间接的方法加以利用[6]。直接利用方法有冷能发电、空气液化分离、冷冻仓库、制造液化二氧化碳、海水淡化、空调和低温养殖栽培等;间接利用方法有用空分得到的液氮、液氧来进行低温破碎、污水处理、低温医疗等。其中,LNG冷能用于发电是目前LNG冷能利用的主要方式,且技术较为成熟。在我国,深圳大鹏“冰雪大世界”拟利用广东LNG大型接收站冷能。福建LNG莆田接收站计划利用LNG气化冷能,并进行了相关项目的招标工作。目前,有关小型气化站冷能利用的报道几乎是空白。

    2　LNG气化站的特点

    ①　建设投资规模小。一个可供6×104户居民用气的气化站需投资500×104元左右,可大大减少发展城镇燃气对资金的需求。

    ②　建设期短。一般0. 5 a左右就可建成投产。

    ③　可实现多气源供气,从而提高供气的可靠性。

    ④　具有调峰功能。建LNG气化站,可省去城镇供气系统中的调峰设施,节省管网建设造价。

    ⑤　设计、制造、安装以及陆上运输技术已成熟,绝热技术的发展大大提高了LNG运输、储存和使用的安全性和经济性,促进了LNG气化站的迅速发展。

    LNG气化站规模的大小一般根据用户的规模而定,用户用气量大,则气化站规模就大,相应产生的冷量也就多;反之,冷量就少。已建成的气化站的气化量也是随时间而变化的,具有年、月、日、小时不均匀性。因此在选择冷能利用方案和建立冷能利用系统时,要充分考虑这些特点,以更加合理地利用冷能。

    3　LNG气化站的冷能利用

    3.1　用作低温集中式空调系统冷源低温集中式空调系统是指系统运行时送风温度≤11℃的空调系统罐车防波板低温送风系统与常规空调系统相比,在技术上有了很大进步,其造价降低,运行费用降低,电力需求小,空气品质优良,人体舒适感提高。

    利用LNG的潜热或显热直接与空气进行换热时,换热温差达到160℃左右,容易造成空气中水蒸气、CO2等气体的冻结,阻塞换热器流道,无法正常工作,从安全角度以及空调环境所要求的温度和湿度来看都是不可行的。因此必须考虑通过中间冷介质来降低换热温差,即将LNG的冷量先转移至低凝固点的中间冷介质上,再通过冷介质的循环把冷量传递给需要冷却的空气,尽量减小传热温差。由于LNG气化站冷量产生的不均匀性,在利用气化冷量作为集中式空调的冷源时,必须用到蓄冷技术,把冷量储存起来。