利用LNG梯级冷能的冷库系统构建与载冷剂选择

　　0 引言

　　天然气是三大主要能源之一，为了便于远洋运输，往往把气态的天然气进行液化处理，成为液化天然气( LNG) . 而LNG 气化成常温气体供给用户使用的过程中将释放出大量的冷能. 制冷行业是耗能耗电大户，据测算，制冷设备所消耗的电能约占到社会总用电量的15 % ～20 % 左右. 传统的冷库大都采用电动压缩式制冷设备维持冷库的低温，电耗很大，在一般食品生产企业中，冷库动力消耗约占全厂总耗电量的50 % ～60 %[1]. 基于充分利用LNG 梯级冷能的目的，本文研究构建 LNG 冷能冷库对食品进行冷冻冷藏. 预计不仅能够节约大量冷库制冷装置的设备投资和运行费用，经济效益显著，而且可以带来明显的节能与环保效益.

　　1 LNG 冷能的梯级利用

　　从能量有效利用的角度来看，各种单一利用LNG 冷能的方法，只是考虑了冷能的回收，而没有考虑冷能利用的能级，从而造成大量高品位冷能的损耗. 因此必须对LNG 冷能进行梯级利用[2]. 结合LNG 冷能冷库所需冷能的能级及制冷工艺的需要，可作如下LNG 冷能级利用设计: 液化分离空气→制取液化 CO2及干冰→LNG 冷能冷库.

　　1) 空气分离需要在低于-150 ℃ 的温度下进行，而LNG 的气化温度是-162 ℃ ，二者的温度区间基本匹配. 因此，利用刚从储罐出来的LNG 气化产生的冷能来液化分离空气，作为LNG 冷能梯级利用的第一级.

　　2) LNG 经过空分设备换热后的温度在-100 ℃ 左右，此温度与环境温度还存在着较大的温差，可利用的冷能仍然比较可观. 而CO2的液化温度是-70 ℃，干冰温度为-78. 5 ℃，均与LNG 通过空分设备后的温度相匹配. 因此，将液化CO2和制取干冰作为LNG 冷能梯级利用的第二级是比较适合的.

　　3) 利用LNG 第二级冷能制取液态CO2和干冰之后，其温度仍低于-60 ℃. 而一般低温冷库的温度范围大致在-40 ～-10 ℃之间，故将LNG 冷能梯级利用的第三级作为低温冷库的冷源，是可行且合理的做法.

　　因此，LNG 从储罐出来，经过以上三级的冷能梯级利用后，温度已接近所需的供气温度，再经供气前处理后即可通过NG 城市管网对天然气用户进行供气. 以上梯级利用方案只要匹配好各级热交换温度，就能实现充分合理利用LNG 冷能的目的.

　　2 冷库系统构建与载冷剂选择

　　2. 1 LNG 冷能冷库系统组成

　　2. 1. 1 蓄冷装置及蓄冷介质

　　由于LNG 气化时冷量产生的不均匀性，在利用第三级LNG 冷能作为冷库的冷源时，必须设置蓄冷装置( 蓄冷池) 把冷量储存起来，以解决冷库冷量供需的矛盾. 蓄冷装置的智能化程度要求比较高，可根据冷库冷量需求的变化自动调整冷量输出，从而提高了冷量利用效率. 而且，设置蓄冷装置还可以加快初冷速度，使得库房温度更稳定，从而保证冷产品的质量.蓄冷介质一般都采用无相变蓄冷方式. 在选用时，既要保证蓄冷介质有较低的凝固点(冰点) ，又应具有较强的蓄冷能力. 综合考虑各种因素，选择60%乙二醇水溶液作为LNG 冷能冷库蓄冷介质较为理想，其溶液性质见表1[3].