天然氣發(fā)電機(jī)余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

鮑磊胡冰任海澎

（1.大港油田公司采油二廠；2.大港油田公司對(duì)外合作項(xiàng)目部）

天然氣發(fā)電機(jī)余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

鮑磊1胡冰2任海澎1

（1.大港油田公司采油二廠；2.大港油田公司對(duì)外合作項(xiàng)目部）

隨著天然氣發(fā)電機(jī)在油田場(chǎng)站的廣泛應(yīng)用，如何利用發(fā)電機(jī)排放的高溫尾氣的熱能已經(jīng)成為一個(gè)新的課題。通過(guò)對(duì)余熱回收設(shè)備及配套技術(shù)的應(yīng)用研究分析，系統(tǒng)地闡述了余熱利用的設(shè)備組成、性能原理。并結(jié)合實(shí)際案例利用發(fā)電機(jī)燃燒后排出廢氣的熱量，通過(guò)余熱回收設(shè)備及配套的保護(hù)部分將其變?yōu)榭捎媚茉矗娲細(xì)饧訜崽峁嵩?，取得良好的?jié)能效益。為余熱回收技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了參考。

天然氣發(fā)電機(jī) 余熱 節(jié)能

目前燃料的能量只有約35%被發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)化為電能,約有30%隨廢氣排出，25%被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水帶走,通過(guò)機(jī)身散發(fā)等其它損失約占10%左右,廢氣和換熱器損失的功率比有用功還多。占燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)燃料近55%熱值的排氣余熱和冷卻水余熱資源基本上被白白浪費(fèi)掉，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)余熱利用技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用尚處于起步階段[1]。

目前隨著國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)日益緊張，節(jié)能、降耗，提高能源利用率越來(lái)越引起人們重視，天然氣發(fā)電機(jī)余熱利用是必然趨勢(shì)。

1 系統(tǒng)的組成、基本原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 系統(tǒng)的組成

天然氣發(fā)電機(jī)余熱回收系統(tǒng)主要由以下部分組成：①天然氣發(fā)電機(jī)排煙控制及保護(hù)部分；②針形管余熱回收裝置；③導(dǎo)熱介質(zhì)輸送部分；④用能單元交換部分，見(jiàn)圖1。

圖1 余熱回收系統(tǒng)組成部件實(shí)物圖

1.2 基本原理

在天然氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電的同時(shí)，排煙氣和天燃?xì)獍l(fā)電機(jī)冷卻水通過(guò)特制的余熱回收裝置加熱導(dǎo)熱介質(zhì)，使導(dǎo)熱介質(zhì)達(dá)到規(guī)定溫度，通過(guò)導(dǎo)熱介質(zhì)輸送系統(tǒng)，將導(dǎo)熱介質(zhì)輸送到水套爐或熱交換器，與原油間進(jìn)行熱交換，加熱原油，從而取代或部分取代原來(lái)的水套爐或熱媒爐。該系統(tǒng)可獨(dú)立使用，也可利用原有的原油加熱系統(tǒng)改造，并入原系統(tǒng)，天燃?xì)獍l(fā)電機(jī)維修時(shí)，原系統(tǒng)仍可正常工作。

1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

單位長(zhǎng)度的針形管換熱面積是光管的6-8倍，針形管之間用小半徑推制彎頭連接，焊縫全部采用氬弧焊焊接；設(shè)備的體積、重量大幅度降低。

由于設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和針形管自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其具有消聲器的結(jié)構(gòu)特征，因此設(shè)備能起到消聲器的作用。

每一受熱元件在整體組裝時(shí)，無(wú)任何強(qiáng)制組裝現(xiàn)象，不會(huì)產(chǎn)生組裝應(yīng)力；每一針形管組，只有一端焊接在鋼結(jié)構(gòu)上，另一端呈自由狀態(tài)，這樣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)熱應(yīng)力產(chǎn)生。另外設(shè)備的聯(lián)箱上設(shè)計(jì)有安全閥、排污（放空）閥、溫度計(jì)等儀表閥門(mén)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)超壓、干燒等問(wèn)題時(shí)，上述儀表閥門(mén)能起到保護(hù)作用。

設(shè)備是根據(jù)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組配套設(shè)計(jì)，設(shè)備外表用耐高溫的硅酸鋁陶瓷纖維保溫，外包2mm鐵板，表面涂附耐高溫油漆；安裝時(shí)只需將設(shè)備聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)的排煙出口上，將熱水系統(tǒng)聯(lián)接到設(shè)備的進(jìn)、出口聯(lián)箱上，設(shè)備即可正常運(yùn)行；設(shè)備在進(jìn)出口煙、箱設(shè)有用不銹鋼螺栓聯(lián)接的檢查門(mén)，打開(kāi)檢查門(mén)即可對(duì)設(shè)備的受熱面進(jìn)行檢查和維護(hù)；另外，設(shè)備的針形管組成模塊式，當(dāng)需要更換加熱管組時(shí)，可單組抽出進(jìn)行更換。

2 天然氣發(fā)電機(jī)余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 南一聯(lián)合站生產(chǎn)現(xiàn)狀

南一聯(lián)合站于1978年建站，1992年進(jìn)行整體改造。自2001年至今先后在南一聯(lián)合站安裝天然氣發(fā)電機(jī)組6臺(tái)，200kW機(jī)組（運(yùn)行功率150 kW）2臺(tái)，400kW機(jī)組（運(yùn)行功率250kW）4臺(tái)。

南一聯(lián)合站站外輸加熱系統(tǒng)包括2500kW真空加熱爐（WNS3.57-0.7-Y、Q）2臺(tái)，擔(dān)負(fù)著王徐莊油田、羊二莊油田、采油三廠、采油六廠的原油外輸任務(wù)，日加熱外輸原油5000t。

2.2 南一聯(lián)合站在能源消耗和生產(chǎn)上存在的問(wèn)題

南一聯(lián)合站有3條供電線路（1213、1215、1220），有6臺(tái)天然氣發(fā)電機(jī)，4個(gè)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行點(diǎn)，南一聯(lián)合站內(nèi)共有7個(gè)電源，這種運(yùn)行方式不利于發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行管理，同時(shí)也增加了發(fā)電機(jī)值班人員數(shù)。

6臺(tái)天然氣發(fā)電機(jī)排煙管溫度在600℃以上，機(jī)組冷卻循環(huán)水的出口溫度在60℃左右，均自然散熱，存在著大量的熱能浪費(fèi)。

2.3 天然氣發(fā)電機(jī)余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用情況

將南一聯(lián)合站6臺(tái)發(fā)電機(jī)集中組成發(fā)電機(jī)站，統(tǒng)一在1215線路并網(wǎng)運(yùn)行，將現(xiàn)有的消防坑墊出30×40m的平地，建成天然氣發(fā)電機(jī)場(chǎng)，1215線路架到發(fā)電機(jī)場(chǎng)地；從緩沖罐氣出口引天然氣管線至改造后的發(fā)電機(jī)組。

充分利用南一聯(lián)合站內(nèi)現(xiàn)有6臺(tái)發(fā)電機(jī)的余熱，在6臺(tái)發(fā)電機(jī)的排煙管分別安裝4臺(tái)KNPT-400、2臺(tái)KNPT-200針型管余熱回收裝置見(jiàn)圖2，回收排煙余熱做為南一聯(lián)合站外輸原油一次加熱的熱源。

圖2 余熱回收裝置工藝流程圖

改造后原油先通過(guò)余熱回收系統(tǒng)加熱（一次加熱），然后進(jìn)入加熱爐（二次加熱）。加熱爐系統(tǒng)可根據(jù)余熱回收系統(tǒng)一次加熱后的末點(diǎn)溫度，靈活調(diào)整二次加熱所需要提高的溫度見(jiàn)表1。

表1 余熱回收系統(tǒng)投產(chǎn)前后生產(chǎn)參數(shù)對(duì)比

夏季環(huán)境溫度較高時(shí)，熱量損失較少，經(jīng)過(guò)余熱回收系統(tǒng)一次加熱，能夠滿足外輸溫度要求時(shí)，可停爐不進(jìn)行二次加熱。

3 效益計(jì)算

3.1 節(jié)能效益

將發(fā)電機(jī)的高溫?zé)煔鉄崮芎桶l(fā)電機(jī)的高溫循環(huán)水熱能一并回收利用起來(lái)，每小時(shí)可回收117×104kW的熱量，年回收熱量約4284×104kJ，相當(dāng)于1464.2t標(biāo)煤的熱量，或110.1×104m3天然氣。南一聯(lián)合站1#加熱爐熱效率89%[2]，年節(jié)約123.7× 104m3天然氣。

余熱回收系統(tǒng)自2011年5月底投產(chǎn)以來(lái)，包括夏季短暫停爐，累計(jì)節(jié)約天然氣150×104m3。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

余熱回收系統(tǒng)投入資金285萬(wàn)元。

目前南一聯(lián)合站加熱爐已累計(jì)節(jié)約天然氣150×104m3，燃?xì)赓M(fèi)用按2.2元/m3計(jì)算，年節(jié)約費(fèi)用330萬(wàn)元，扣除循環(huán)水泵每年消耗電能費(fèi)用9萬(wàn)余元，已累計(jì)節(jié)約費(fèi)用321萬(wàn)元。

3.3 社會(huì)效益

降低了排煙熱效應(yīng)，減少環(huán)境污染；噪音治理效果顯著，降低了噪音污染。

4 結(jié)束語(yǔ)

天然氣發(fā)電機(jī)余熱回收利用使不可再生資源得到充分的利用。通過(guò)這一項(xiàng)目不僅降低了企業(yè)的系統(tǒng)能耗，同時(shí)“變廢為寶”獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的清潔發(fā)展，創(chuàng)造了良好的環(huán)境和社會(huì)綜合效益。

[1]戚濤,志勇.天然氣發(fā)電機(jī)煙氣余熱利用技術(shù)在油氣田場(chǎng)站的應(yīng)用[J].節(jié)能,2006(10):52-54.

[2]完衛(wèi)平.2011年度大港油田第二采油廠節(jié)能監(jiān)測(cè)報(bào)告[R]:No.L1671,天津大港:大港油田公司檢測(cè)監(jiān)督評(píng)價(jià)中心節(jié)能監(jiān)測(cè)站,2011:12-14.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.07.009

2012-04-12）

鮑磊，2005年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），工程師，從事節(jié)能管理工作，E-mail：bill22012@163.com，地址：河北省黃驊市南大港管理區(qū)采油二廠油田管理科，061103。