燃?xì)廨啓C(jī)余熱利用方式分析

摘要：作為海上石油開發(fā)的關(guān)鍵性設(shè)備，海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪

（FPS0）在海上石油、天然氣等的開采、加工及運(yùn)輸上發(fā)揮著重要作用。但受其工作環(huán)境和自身電力系統(tǒng)等的限制，燃?xì)廨啓C(jī)大多沒有相應(yīng)的余熱回收設(shè)備。為降低能耗，保護(hù)環(huán)境，海上燃?xì)廨啓C(jī)的余熱回收利用越來越引起人們的廣泛關(guān)注。本文重點(diǎn)探討余熱利用的方法方式。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī) 余熱利用 海上石油平臺(tái) 回?zé)崞?/p>

1 海上平臺(tái)電力系統(tǒng)

在海上油氣資源的開采過程中，海上石油平臺(tái)電力系統(tǒng)為整個(gè)海上石油開采系統(tǒng)提供能源和動(dòng)力，保證了石油開采和運(yùn)輸?shù)娜粘＿\(yùn)營，是海上油氣開采作業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：①海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪（FPSO）的電力系統(tǒng)與陸地上相比有其獨(dú)特性，主要表現(xiàn)在：海上平臺(tái)電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)調(diào)壓動(dòng)作時(shí)間短、速度快、勵(lì)磁能力和過載能力較強(qiáng)；此外，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)還具有啟動(dòng)快、運(yùn)行平穩(wěn)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。②海上電力平臺(tái)系統(tǒng)可以充分利用海上油氣開采平臺(tái)采集到的天然氣作為燃?xì)廨啓C(jī)的能源供給，既降低了燃?xì)膺\(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)，又節(jié)省了燃?xì)膺\(yùn)輸費(fèi)用。③燃?xì)廨啓C(jī)具有功率大、體積小、效率高、運(yùn)行靈活、啟動(dòng)快捷、排放氣體污染小等特點(diǎn)。因此，其在海洋采油生產(chǎn)設(shè)施上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)不言而喻。

2 燃?xì)廨啓C(jī)余熱利用必要性

目前，燃?xì)廨啓C(jī)的單循環(huán)熱效率為20%-42%，而小型、微型燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率低于20%，既浪費(fèi)了大量燃?xì)鉄崮?，又造成了氮氧化物等的超?biāo)排放，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)未來的應(yīng)用與發(fā)展是極為不利的。為了推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，提高燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱的利用率，降低能源消耗。加大科技投入積極開發(fā)綠色產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)余熱的高效回收利用，是我國當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的必由之路。

3 燃?xì)廨啓C(jī)余熱利用的方式

燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱回收方式一般分為2種：聯(lián)合循環(huán)式和回?zé)崾健?/p>

3.1 聯(lián)合循環(huán)式

余熱鍋爐是一種典型的熱交換器，主要用于燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱的回收和利用，可有效提高熱效率10%以上，在此過程中產(chǎn)生的蒸汽或熱水可用于取暖、制冷、發(fā)電等；將蒸汽回注可以有效提高熱效率，將熱效率提高4%以上。

余熱鍋爐裝置主要由省煤器、余熱鍋爐、過熱器三部分構(gòu)成，一方面其外壁不承受壓力，但另一方面其換熱管和外壁都要承擔(dān)熱負(fù)荷。一般地，單純使用余熱鍋爐并不能達(dá)到余熱回收的理想效果，而要使用單壓式余熱鍋爐裝置（簡稱單壓鍋爐）進(jìn)行余熱回收（如下圖所示），按照安裝形式劃分，可分為臥式和立式；按照循環(huán)方式劃分，可分為自然循環(huán)和強(qiáng)迫循環(huán)。為了降低其輔助設(shè)備的能耗和制造成本，余熱鍋爐裝置一般采用臥式自然循環(huán)。

燃?xì)廨啓C(jī)在工作時(shí)，其排煙溫度可高達(dá)400-600℃。為提升燃燒空氣溫度，降低排氣溫度達(dá)到回收廢熱目的。廠商經(jīng)過設(shè)計(jì)、開發(fā)、檢驗(yàn)推出了一整套燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組廢熱回收裝置，即在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組排煙管道原有的基礎(chǔ)上加裝一套熱交換器，即廢氣鍋爐和一套燃油燃?xì)忮仩t組合而成的一套熱介質(zhì)鍋爐。這套裝置通過對(duì)廢棄鍋爐和燃油燃?xì)忮仩t的串聯(lián)進(jìn)行介質(zhì)加熱，將排煙出口的溫度降低200-300℃，實(shí)現(xiàn)了廢熱回收和利用，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈾C(jī)余熱的二次利用，減少了大氣污染。

3.2 回?zé)崾?/p>

3.2.1 板式回?zé)崞?/p>

板式回?zé)崞魇窃诎迨綗峤粨Q器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)發(fā)展的，用于氣-氣的板式熱交換器，其換熱系數(shù)可達(dá)350W/（m2/ ），而管式熱交換器的換熱系數(shù)只能達(dá)到30W/（m2/ ）。板肋式熱交換器具有單位體積傳熱面積大、傳熱效率高、流體阻力小、熱容量小、結(jié)構(gòu)緊湊及同時(shí)允許幾種介質(zhì)進(jìn)行熱交換等優(yōu)點(diǎn)，它的傳熱面積能達(dá)到（1500-2500）m2，最高可以達(dá)到5000m2，而管式熱交換器僅能達(dá)到150m2左右，其采用真空鉛焊，特別適用于小型燃?xì)廨啓C(jī)。

近年來，波形板式回?zé)崞鹘?jīng)過一系列的改進(jìn)，新型波形板式回?zé)崞髋c原來相比有了很大的不同，它由兩塊薄的金屬板一次卷壓為異型，用激光焊接手法密封兩端，上下波形板的波形相交呈X形，冷熱流體在波形板兩側(cè)的流動(dòng)時(shí)，通過波形板實(shí)現(xiàn)熱交換；改良后的波形板式回?zé)崞髋c傳統(tǒng)的相比具有很大優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在：體積小、成本低、制造工藝簡單、傳熱面積大等。因此，波形板式回?zé)崞鞯臍怏w流通度較好，壓力損失率低；以波形接觸點(diǎn)作為結(jié)構(gòu)支撐點(diǎn)，強(qiáng)度較好；同時(shí)，將回?zé)崞髦瞥森h(huán)形，并安裝在燃?xì)廨啓C(jī)的外殼上，可以構(gòu)成一道堅(jiān)實(shí)的轉(zhuǎn)子破裂屏障，具有很高的安全性，噪聲小，安裝拆卸方便。

3.2.2 熱管式熱交換器

熱管式熱交換器作為一種新型的高效熱交換器，其應(yīng)用情況可追溯到上世紀(jì)六十年代，它具有超強(qiáng)的導(dǎo)熱能力，是優(yōu)良金屬的1000-10000倍，實(shí)現(xiàn)了低溫條件下的有效傳熱，其應(yīng)用已最初宇航的熱控制，擴(kuò)展到近期的電子工業(yè)、余熱回收、新能源、石油化工等方面，收效明顯。專門用于燃?xì)廨啓C(jī)余熱回收的熱管換熱器主要有三部分：殼體、熱管、隔板。熱管式熱交換器在工作時(shí)，利用其高溫?zé)煔馐构ぷ饕阂夯?，從而使冷流體的溫度在熱管的流動(dòng)過程中得到提高，冷熱流體一般是逆向流動(dòng)的，具有較高的熱傳導(dǎo)效率。

4 余熱利用實(shí)際數(shù)據(jù)分析

5 結(jié)論

余熱鍋爐燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的組合適用于回收和利用大中型燃?xì)廨啓C(jī)的余熱，熱效率高；回?zé)崞鬟m用于壓比低于10的中小型燃?xì)廨啓C(jī)的回收與利用，根據(jù)中小型燃?xì)廨啓C(jī)未來的發(fā)展趨勢(shì)，回?zé)崞骱芸赡艹蔀樾⌒腿細(xì)廨啓C(jī)的重要組件之一。就海洋石油發(fā)電系統(tǒng)而言：大型FPSO和中心平臺(tái)適合采用余熱鍋爐進(jìn)行余熱回收；而中小平臺(tái)由于受空間所限，適合于采用回?zé)崞魈嵘細(xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率。 實(shí)行余熱鍋爐和回?zé)崞鞯膬?yōu)化重組，進(jìn)一步提高燃?xì)廨啓C(jī)余熱的能源階級(jí)利用，提高整個(gè)系統(tǒng)的能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，是海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的必然選擇。

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