论文题目：天然气场站压差发电工艺模拟及经济性评价
摘要：天然气是我国能源转型的桥梁,对实现“碳达峰”、“碳中和”有重要意义,未来天然气消费将持续增长。天然气在场站进行调压时,大量的天然气压力能被浪费。天然气压差发电工艺作为回收天然气压力能用来发电的一种工艺,尚未得到有效推广。因此,本文基于工程热力学原理,对天然气场站单级膨胀与多级膨胀压差发电工艺性能进行研究,通过工艺流程模的方式探究提高压差发电工艺性能的方法,并结合工艺分析及模拟结果探讨压差法工艺的评价方法,建立一套经济性评价体系,为天然气压差发电工艺的方案设计与技术推广提供参考。本文基于工程热力学原理,对单级膨胀工艺与多级膨胀工艺的膨胀过程进行热力学分析。在相同调压工况下,多级膨胀过程更接近于等温膨胀过程,天然气膨胀输出技术功更多,多级膨胀工艺具有更大的发电潜力。利用软件Hysys对天然气压差发电工艺进行模拟,模拟得到发电量与压差发电实际项目误差为6%,通过对误差的分析证明模型设计可行,并将模型的发电机效率修正为95%。利用修正后模型对单级膨胀压差发电工艺进行模拟,结果表明单级膨胀工艺通过预热天然气、增大流量或降低出口压力的方式能够提高工艺发电量。基于单级膨胀工艺的研究结论,设计多级膨胀压差发电工艺流程并进行工艺流程模拟。为了分析工艺的性能,定义了天然气零度冷能与加热后天然气最高温度作为发电功率以外的评价参数。不同中间压力工况下两级、三级膨胀工艺的模拟结果分析表明,等膨胀比工况为多级膨胀工艺的最佳工况。通过对比多级膨胀与单级膨胀工艺在4.5 MPa至1.6 MPa调压工况下的模拟结果,确定两级膨胀工艺为该调压工况下的最佳工艺。从技术性、经济性、环保性三方面选取了天然气城市门站压差发电工艺的评价指标,通过分析确定压差发电工艺经济性作为评价目标,并将技术性指标与环保性指标转化成经济性评价指标,建立了以内部收益率为核心评价指标,投资回收周期为辅助评价指标的天然气场站压差发电工艺经济性评价体系。本课题的研究结论,为天然气场站压差发电工艺的应用及建设人员提供参考,对未来压差发电项目的设计、建设与推广具有重要意义。
关键词：天然气场站;压差发电;单级与多级膨胀;发电量;等膨胀比;评价
学科专业：建筑与土木工程（专业学位）
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 国内外研究现状总结
1.3 本文的主要研究内容与技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
第2章 天然气压差发电工艺比较分析
2.1 天然气压差发电工艺分类及应用
2.1.1 单级膨胀压差发电工艺
2.1.2 多级膨胀压差发电工艺
2.2 天然气压差发电工艺热力过程分析
2.2.1 单级膨胀热力过程
2.2.2 多级膨胀热力过程
2.3 压差发电热工理论计算
2.3.1 压力能回收能力计算
2.3.2 压差发电工艺的?分析
2.4 本章小结
第3章 单级膨胀压差发电工艺流程模拟
3.1 工艺流程模拟方法
3.1.1 Aspen Hysys软件
3.1.2 模型假设
3.1.3 天然气组分设置
3.1.4 基本方程
3.2 单级膨胀工艺流程模拟
3.2.1 工程案例
3.2.2 模拟结果与分析
3.3 单级膨胀工艺性能影响因素分析
3.3.1 预热对发电工艺性能的影响
3.3.2 运行参数对工艺性能的影响
3.4 本章小结
第4章 多级膨胀压差发电工艺研究
4.1 多级膨胀压差发电工艺流程设计
4.2 两级膨胀压差发电工艺
4.2.1 模型建立及中间压力选取方案
4.2.2 模拟结果及分析
4.3 三级、四级膨胀压差发电工艺
4.3.1 中间压力参数选取
4.3.2 模拟结果及分析
4.4 单级与多级工艺性能对比分析
4.4.1 发电功率与天然气冷能
4.4.2 加热后天然气温度对工艺性能的影响
4.4.3 工艺性能对比结果
4.5 大压差工况模拟分析
4.5.1 参数选取及建模
4.5.2 结果及分析
4.6 本章小结
第5章 天然气场站压差发电工艺评价
5.1 压差发电工艺评价指标选取
5.1.1 工艺评价技术性指标
5.1.2 工艺评价经济性指标
5.1.3 工艺评价环保性指标
5.2 压差发电经济性评价方法
5.3 评价案例
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢