استفاده از اگزرژی برودتی گاز طبیعی مایع برای تولید برق با سیکل استرلینگ
چکیده
یکی از مهمترین روش های بکارگیری انرژی سرمایی در طی فرآیند گازسازی مجدد LNG (گاز طبیعی مایع)، تولید برودتی است. این مقاله، اساساً تولید برودتی از LNG را با روش سیکل استرلینگ، بر اساس مطالعات قبلی، بررسی می کند. در ابتدا یک فرآیند پایه برای تولید برودتیاز LNG با سیکل استرلینگ ارائه شد که در آن آب دریا و LNG به ترتیب منبع حرارتیو چاه حرارتی هستند و به منظور تایید امکان سنجی تئوری روش سیکل استرلینگ، آنالیز ترمودینامیکی فرآیند انجام گردید.همچنین ظرفیت تولید، بازده اگزرژی و بازده بکارگیری انرژی سرمایی فرآیند پایهمحاسبه شدند. در ادامه تاثیر فشار تبخیر بر کار خالص، عملکرد تجهیزات و بازده کل بکارگیری انرژی سرمایی، مورد بحث قرار گرفت و اثر دبی جرمی LNG و همچنین دمای محیط نیز مطالعه گردید. درنهایت به عنوان امکان سنجیدر بهبود فرآیند پایه، ترکیب یک فرآیند بهبودیافته تولید برودتی ازLNG با روش سیکل استرلینگ و یک فرآیند مایع سازی هوا پیشنهاد گردید.
1. مقدمه
LNG (گاز طبیعی مایع) اختلاف دمای زیادی (حدود 182 کلوین) با هوای محیط و آب دارد و لذا حاوی انرژی سرمایی قابل ملاحظه ای بوده که می تواند برای تولید برق، جداسازی هوا، منجمد کردن غذا و غیره بازیابی شود. استفاده از انرژی سرماییبرای تولید برق،ﻣﺆثرتر از استفاده از حرارت اتلافی با اختلاف دمای یکسان است]1[.بنابراین تولید برودتی، کاراترین روش بازیاب انرژی سرمایی LNGاست.آنچه که درباره این موضوع بسیار کار شده این است که تعداد زیادی از مطالعات گذشته در مورد روش ﻣﺆثرتری برایتولید برق با استفاده از انرژی سرمایی LNGجهت دهی شده اند. .Wang et al]2[ یک سیستم توان آب – آمونیاک پیشنهاد دادند که LNG به عنوان چاه حرارتی بوده تا از حرارت اتلافی کم ارزش استفاده شود و همچنین پارامترهای کلیدی طراحی ترمودینامیکی را بهینه کردند. .Szargut et al]3[سه نوع نیروگاه برودتی را بررسی کردند و تاثیر تغییر دمای محیط بر بازده نیروگاه برودتی را مطالعه نمودند. .Dispenza et al]4و5[ فرآیندی خلاقانه پیشنهاد دادند که از LNG به عنوان منبع سرد در یک نیروگاه بهبودیافته CHP ( برق و حرارت ترکیبی) استفاده می کند و عملکرد ترمودینامیکی و اقتصادی آن را آنالیز نمودند.در همین حال، مطالعاتی به منظور بهبود بازده بازیاب انرژی سرمایی یک نیروگاه برودتی LNG انجام شده است. Tsatsaronis and Morosuk]6،7[ آنالیز پیشرفته و مفصل اگزرژی یک مفهوم جدیدرا برای تولید همزمانارائه دادند که گازسازی مجدد LNG را با تولید برق ترکیب می کند. در سال های اخیر تحقیقاتی برای تولید برق بااستفاده از انرژی برودتی LNG در چین توسعه یافته است.Liu and Guo]8[ سیکل برودتی جدیدی را پیشنهاد کردند که از یک مخلوط دوتایی به عنوان سیال عامل استفاده کرده و با یک فرآیند جذبی بخار، برای بازیاب انرژی سرمایی LNG ترکیب می شود. .Lu et al]9[یک سیکل توان آبشاری با انبساط مستقیم LNG را برای بازیاب انرژی سرمایی LNGپیشنهاد کردند کهشامل یک سیکل رانکین با سیال عامل آب – آمونیاک و یک سیکل توان با گاز قابل احتراق است.
5- جمع بندی
در این مقاله، در مورد سیکل استرلینگ نیترژن که برای تولید توان برودتی LNG بکار گرفته شده، بحث می شود. فرآیند ترمودینامیکی فرآیند پایه،تجزیه و تحلیل می گردد. پارامترهای فرآیند گازسازی مجدد و سیکل توان و همچنین میزان حساسیت این پارامترها نیز مورد مطالعه قرار می گیرند. آزمایشات دیگری برای مطالعه بیشتر سیکل استرلینگ مورد نیاز است. طبق محاسبات انجام شده، زمانی که نرخ جریان LNG تا 60 تن بر ساعت افزایش می یابد (در فشار تبخیر 3 مگاپاسکال)، کار خالص خروجی فرآیند پایه 1667 کیلووات می شود.در مقایسه با ایستگاه توان برودتی Senboku Dainiژاپن، توان خروجی فرآیند پایه، تا 97/14 درصد افزایش می یابد. افزایش توان خروجی را می توان توسط یک سری از فرضیات گرفته شده مانند تراکم همدما، انبساط همدما و غیره توضیح داد.
Abstract
Cryogenic generation is one of the most important ways to utilize cold energy during LNG (liquefied natural gas) regasification. This paper fundamentally investigates LNG cryogenic generation with the Stirling cycle method based on previous studies. A basic process of LNG cryogenic generation with the Stirling cycle was presented initially with seawater and LNG as heat source and heat sink. And its thermodynamic analysis was performed to verify the theoretical feasibility of the Stirling cycle method. The generating capacity, the exergy efficiency and the cold energy utilization efficiency of the basic process were also calculated. Subsequently, the influences of evaporation pressure on net work, equipment performance and comprehensive efficiency of cold energy utilization were discussed and the effect of LNG mass flow as well as the ambient temperature was also studied. Finally an improved process of LNG cryogenic generation with Stirling cycle method combined with an air liquefaction process is proposed as feasibility in improvements of the basic process.
1. Introduction
LNG (Liquefied natural gas) has a large temperature difference (about 182 K) between ambient air and water, and thus contains considerable cold energy which can be recovered for electricity generation, air separation, food freezing etc. Using cold energy to generate electricity is more efficient than using waste heat with the same temperature difference [1]. Thus, cryogenic generation is the most effective way to recover the cold energy of LNG. What’s more, many previous studies about more effective way to use LNG cold energy for power generation have been conducted. Wang et al. [2] proposed an ammoniaewater power system with LNG as its heat sink to utilize the low grade waste heat, and optimized the key thermodynamic design parameters. Szargut et al. [3] investigated three variants of cryogenic power plant and studied the influence of the changing ambient temperature on the efficiency of the cryogenic power plant. Dispenza et al. [4,5] proposed an innovative process which uses LNG as the cold source in an improved CHP (combined heat and power) plant, and analyzed the performance based on thermodynamics and economics. Meanwhile, to improve the cold energy recovery efficiency of an LNG cryogenic power plant, some studies have been carried out. Tsatsaronis and Morosuk [6,7] presented a detailed advanced exergetic analysis of a novel cogeneration concept that combines LNG regasification with the generation of electricity. In recent years, researches for the production of electricity form LNG by utilizing its cryogenic energy have developed in China. Liu and Guo [8] proposed a novel cryogenic cycle by using a binary mixture as working fluids and combined with a vapor absorption process for LNG cold energy recovery. Lu et al.[9] proposed a cascading power cycle with LNG directly expanding consisting of a Rankine cycle with ammoniaewater as working fluid and a power cycle of combustion gas to recover cold energy of LNG.
5. Conclusions
This paper discusses the Stirling cycle with nitrogen applied for LNG cryogenic power generation. The thermodynamic process of the basic process is analyzed. The parameters of the regasification process and the power cycle, as well as their sensitivities are also studied. More experiments are needed to study the Stirling cycle further. By calculation, when LNG flow rate is raised to be 60 t/h (vaporization pressure is 3.0 MPa), the net work output of the basic process is 1667 kW. Compared with Senboku Daini cryogenic power station in Japan, the power output of the basic process is increased by 14.97%. The increase of output power can be explained by a series of assumptions, such as isothermal compression, isothermal expansion, etc.
چکیده
1. مقدمه
2. توصیف فرآیند پایه
3. عملکرد فرآیند پایه
3-1 محاسبه پارامترها
3-2 محاسبات ترمودینامیکی
3-3 آنالیز اگزرژی فرآیند پایه
4. آنالیز حساسیت پارامتریک و بحث و بررسی
4-1- در مورد کار خروجی فرآیند پایه
4-2- در مورد عملکرد تجهیزات
4-3- در مورد بازده کل استفاده از انرژی سرمایی
4-4 تاثیر دمای محیط بر کار خالص
4-5- امکان سنجی در بهبود فرآیند پایه
5- جمع بندی
Abstract
1. Introduction
2. Basic process description
3. Basic process performance
3.1. Parameters calculation
3.2. Thermodynamic calculation
3.3. Exergy analysis of basic process
4. Parameter sensitivity analysis and discussion
4.1. On the work output of the basic process
4.2. On the equipment performance
4.3. On the comprehensive efficiency of cold energy utilization
4.4. Effect of ambient temperature on net work
4.5. Feasibility in improvements of the basic process
5. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه