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双余热源驱动吸收式制冷具有显著应用潜力

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传统大型固定式液化工厂加管网的集输模式经济性差,该类气源多直接放空或燃烧,造成能源浪费和环境污染。发展针对偏散气源集输的系列规格撬装天然气液化装置,具有社会意义和经济效益。
  
  基于丙烷预冷-混合工质主冷的撬装天然气液化技术可有效实现偏散天然气源回收。传统系统通常只关注主冷液化系统,忽视预冷系统优化。事实上,在典型液化场站中,预冷级采用压缩式制冷系统,耗电量占总耗电量的20%以上,节能潜力大。
  
  吸收式制冷系统(ARS,absorption refrigeration system)是热驱动制冷技术,可有效回收中低品位余热,并提供零度以下制冷,适用于既有余热产出又有制冷需求的天然气液化场站。然而,传统吸收式技术对于以烟气、导热油为代表的有限热容变温热源的利用率较低,难以提供足够的制冷量用于天然气和混合工质预冷。
  
  中国科学院理化所研究研究团队提出了全工艺链优化建站新思路(图a),以天然气液化过程的闪蒸气作为发电机燃料,以发电机余热驱动吸收式制冷替代现有的压缩式制冷作为预冷级,进而大幅提高能量利用率和液化效率。为了最大程度利用发电机余热,科研团队开发了新型吸收式制冷系统(图b),该系统采用具有自主知识产权的连续变温分馏发生结构(图c),通过热质耦合传递强化手段,实现了对天然气液化场站内燃机烟气和缸套水余热的高效回收,并提供-10℃的制冷量同时用于天然气和主冷级混合工质预冷。
  
  实验研究表明,新型系统余热回收率较传统系统提升150%。以位于鄂尔多斯的3万标方/天的天然气液化场站为例,利用该新型吸收式系统替代原有压缩式系统用于天然气预冷的经济性分析显示,液化场站年天然气消耗和运行成本分别降低17.3%和9.4%(图d),系统比功耗则由原来的0.4千瓦时/标方大幅降低至0.28千瓦时/标方,投资回收周期仅2.2年。

(a)全工艺链场站优化流程;(b)双余热源驱动吸收式制冷

(c)新型发生结构与传统发生结构对比;
  上述结果显示出吸收式制冷预冷的天然气液化技术的应用潜力。近日,相关研究成果以Experimental study and economic analysis of an absorption refrigeration system with new generator structure applied for pre-cooling in liquefied natural gas plant为题,发表在International Journal of Refrigeration上。理化所研究员公茂琼为论文通讯作者,特别研究助理鹿丁为论文第一作者。研究工作得到国家杰出青年科学基金和中科院国际伙伴计划“一带一路”科技合作项目“与印度合作天然气撬装液化技术研究”的资助。

2021年5月31日 14:53
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