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《熱聲制冷技術(shù)及其在天然氣液化的應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、熱聲制冷技術(shù)及其在天然氣液化的應(yīng)用2007-12-29摘要:將當(dāng)前的天然氣液化技術(shù)與熱聲制冷技術(shù)進(jìn)行比較。熱聲制冷技術(shù)使制冷系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)了制冷系統(tǒng)中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,在利用廢熱、太陽(yáng)能等低品位能源上有較大優(yōu)勢(shì)。介紹了熱聲制冷機(jī)、熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和熱聲驅(qū)動(dòng)的脈管制冷機(jī),闡述了熱聲制冷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其在天然氣液化方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:熱聲制冷脈管制冷機(jī)天然氣液化ThermoacousticRefrigerationTechnologyandItsApplicationtoNaturalGasLiquefaction
2、ZHA0Hai-bo,?FENGLiang???(CollegeofMechanicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Thecurrentnaturalgasliquefactiontechnologyiscomparedwiththermoacousticrefrigerationtechnology.Thethermoacousticrefrigerationtechnologymakestherefrigera
3、tionsystemsimple,withoutmovingpansinit.Inaddition,thistechnologycanmakegooduseofwasteheat,solarenergyandotherlowgradeenergysources.Thethermoacousticrefrigerator,thermoacousticengineandthermoacousticallydrivenorificepulsetuberefrigeratorareintroduced,andt
4、hedevelopmentstatusofther-moacousticrefrigerationtechnologyanditsapplicationtonaturalgasliquefactionareexpounded.Keywords:thermoacousticrefrigeration;orificepulsetuberefrigerator;naturalgasliquefaction1?當(dāng)前的天然氣液化技術(shù)[1~4]???天然氣液化系統(tǒng)一般生產(chǎn)工藝過(guò)程是將甲烷體積分?jǐn)?shù)為90%以上的天然氣
5、,經(jīng)過(guò)脫水、脫烴、脫酸性氣體凈化處理后,采取先進(jìn)的膨脹制冷工藝或外部冷源,使天然氣變?yōu)?162℃的低溫液體。目前天然氣液化裝置工藝路線(xiàn)主要有3種類(lèi)型:階式制冷工藝、混合工質(zhì)制冷工藝和膨脹制冷工藝。???①階式制冷工藝???該工藝制冷機(jī)組多,流程長(zhǎng),對(duì)制冷劑純度要求嚴(yán)格,且不適用于含氮量較多的天然氣。因此這種液化已較少應(yīng)用。???②混合工質(zhì)制冷工藝???混合工質(zhì)制冷工藝采用多組分制冷劑,利用混合物各組分不同沸點(diǎn)、部分冷凝的特點(diǎn),達(dá)到所需自不同溫度水平。該工藝制冷劑混合物的組成一旦確定之后很難調(diào)整,很難使液
6、化過(guò)程都能按冷卻曲線(xiàn)提供所需的冷量,導(dǎo)致混合工質(zhì)制冷工藝的效率降低。另外,原料氣、多種冷凝物、汽化餾分等需要獨(dú)立的換熱管束,致使主換熱器既龐大又復(fù)雜。??、叟蛎浿评涔に? 該工藝的特點(diǎn)是利用原料天然氣的壓力對(duì)外自功以提供天然氣液化所需的冷量。系統(tǒng)液化率主要取決于膨脹比和膨脹效率。該工藝特別適用于天然氣輸送壓力較高而實(shí)際使用壓力較低、需要降壓的情況。其優(yōu)點(diǎn)是能耗低、流程短、造價(jià)低、操作靈活;缺點(diǎn)是液化率低。? 以上幾種液化工藝都比較復(fù)雜,并且在環(huán)境保護(hù)方面做得還不夠。2熱聲制冷技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)介? 熱聲制冷技
7、術(shù)是基于熱聲效應(yīng)原理的一種新型制冷技術(shù)[5、6]。熱聲效應(yīng)就是熱能與聲能之間相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。從聲學(xué)角度看,它是由于處于聲場(chǎng)中的固體介質(zhì)與振蕩流體之間的相互作用,結(jié)果導(dǎo)致在距固體壁面一定范圍內(nèi)產(chǎn)生沿著聲傳播方向(和逆向)的時(shí)均熱流和時(shí)均功流。按能量轉(zhuǎn)換方向的不同,熱聲效應(yīng)可分為兩類(lèi):一是熱產(chǎn)生聲,即熱驅(qū)動(dòng)聲振蕩;二是聲驅(qū)動(dòng)熱量傳輸,即熱聲制冷效應(yīng)。因此可以把熱聲效應(yīng)應(yīng)用于熱聲制冷機(jī)和熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)。???①熱聲制冷機(jī)???熱聲制冷機(jī)的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,主要由揚(yáng)聲器、板疊、熱端換熱器、冷端換熱器、共振管等組成。板
8、疊是工作介質(zhì)發(fā)生熱力過(guò)程的場(chǎng)所,板疊通道間充滿(mǎn)氣體工作介質(zhì)。在熱聲制冷機(jī)中,多采用氮?dú)?、氦氣或其他惰性氣體作為工作介質(zhì)。制冷效應(yīng)的產(chǎn)生還要依靠聲波的存在,聲波的存在會(huì)使氣體工作介質(zhì)發(fā)生壓縮與膨脹等一系列熱力過(guò)程。產(chǎn)生聲波的方法很多,圖1中采用了電磁驅(qū)動(dòng)(揚(yáng)聲器)形式。此外還有其他方式,例如熱驅(qū)動(dòng)和太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)等。?? 以揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲波的形式為例,通過(guò)對(duì)制冷機(jī)板疊單個(gè)通道中一個(gè)氣體微團(tuán)來(lái)分析其原理。? 圖2為板疊通道問(wèn)氣體微團(tuán)熱力過(guò)程。TH和T