吐哈油田航機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)

樊黑欽

(中原設(shè)計(jì)公司 ， 河南 濮陽　457100)

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吐哈油田航機(jī)煙氣余熱回收技術(shù)

樊黑欽

(中原設(shè)計(jì)公司 ， 河南 濮陽457100)

摘要：隨著能源價(jià)格的日益高漲，降低能耗，減少能耗排放已經(jīng)成為重要的發(fā)展方向，討論了吐哈油田余熱回收利用的難點(diǎn)及解決方法，介紹了煙氣余熱回收裝置工藝、安裝要點(diǎn)及方式，探討了煙氣余熱回收利用的應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)效益及節(jié)能意義。

關(guān)鍵詞：航機(jī)余熱 ； 節(jié)能 ； 熱管式換熱器 ； 煙道氣

0前言

目前吐哈油田鄯善航機(jī)站共有六臺(tái)航機(jī)，單臺(tái)航機(jī)每天尾氣量為20×104m3，尾氣溫度在600~700 ℃，全部放空，造成大量熱源浪費(fèi)，而鄯善聯(lián)合站及其辦公地點(diǎn)的采暖，是由鄯善聯(lián)合站三臺(tái)天然氣加熱爐提供熱量，如果為鄯善航機(jī)發(fā)電機(jī)組尾氣加裝余熱回收裝置，將這部分熱量利用起來，用于補(bǔ)充鄯善聯(lián)合站及其辦公點(diǎn)的采暖，將可以大量降低鄯善聯(lián)合站加熱爐能耗。

1煙氣余熱回收利用技術(shù)

在高溫?zé)煔夤艿牢膊吭O(shè)置煙氣余熱回收裝置，可有效提取煙氣中的尾部余熱，降低排煙熱損失。煙氣余熱回收裝置一般分為直接接觸換熱式和間接換熱式。直接接觸換熱式采用水噴淋的方式與煙氣直接接觸進(jìn)行熱質(zhì)交換，雖然此方式熱能回收率高，但吸收了煙氣中大量有害物質(zhì)，回收水質(zhì)為酸性，使用受到限制。間接換熱式余熱回收裝置通過管道與煙氣進(jìn)行熱交換，不直接接觸，煙氣的酸堿特性對(duì)管道中的流體無影響。常用的余熱鍋爐即為煙氣、水進(jìn)行間接換熱的余熱回收。工作原理如圖1所示。

燃燒排放的高溫?zé)煔?，排煙溫度一般?60～700 ℃，高溫?zé)煔庵苯优欧艓ё叽罅康臒崮堋Ｅc常規(guī)可回收應(yīng)用場(chǎng)合的熱媒溫度或室外空氣溫度相比，有70～450 ℃的溫差，具有較大的顯熱熱能；同時(shí)由于排放煙氣中一般含有約10%以上的水蒸氣，

圖1　余熱鍋爐工作原理圖

煙氣中的蒸汽還攜帶著大量的汽化潛熱。如果高溫?zé)煔馀欧帕枯^大，則煙氣中蘊(yùn)含的顯熱和潛熱量非?？捎^。

在高溫?zé)煔獾牢膊吭O(shè)置煙氣余熱回收裝置，可有效提取煙氣中的尾部余熱，降低排煙熱損失。煙氣余熱回收裝置一般分為直接接觸換熱式和間接換熱式。直接接觸換熱式采用水噴淋的方式與煙氣直接接觸進(jìn)行熱質(zhì)交換，雖然此方式熱能回收率高，但吸收了煙氣中大量有害物質(zhì)，回收水質(zhì)為酸性，使用受到限制。間接換熱式余熱回收裝置通過管道與煙氣進(jìn)行熱交換，不直接接觸，煙氣的酸堿特性對(duì)管道中的流體無影響。常用的余熱鍋爐即為煙氣、水進(jìn)行間接換熱的余熱回收裝置。

余熱鍋爐的進(jìn)口與燃燒排放的煙氣出口直接相連，高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐的換熱后，經(jīng)過余熱鍋爐換熱后的煙氣通過煙囪排出；同時(shí)在高溫?zé)煔馔ǖ乐性O(shè)置旁通煙道和三通閥，可根據(jù)熱負(fù)荷需求通過調(diào)節(jié)三通閥調(diào)整進(jìn)入到余熱鍋爐的煙氣量；余熱鍋爐內(nèi)設(shè)置多回程的蛇形水管，以增大換熱面，蛇形水管與高溫?zé)煔獬浞纸佑|，以對(duì)流換熱的方式吸收高溫?zé)煔獾臒崃?，?jīng)過管壁的熱傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流作用將管內(nèi)的水加熱，供給熱用戶使用；根據(jù)高溫?zé)煔鉁囟取崦胶蜔嶝?fù)荷需求等因素，通過設(shè)計(jì)調(diào)整換熱面積大小、熱媒管道流速等手段，可以確定最后的循環(huán)熱媒為蒸汽或熱水。

由于在煙道中增設(shè)了換熱器，增加了排煙管道阻力，為了減少換熱器對(duì)煙道阻力的影響，可以通過增大換熱器煙氣管道流通截面、提高排煙煙道高度、增設(shè)排煙風(fēng)機(jī)、增加風(fēng)壓檢測(cè)和自動(dòng)控制等相應(yīng)的風(fēng)壓平衡管理措施，有效降低煙氣阻力，以消除對(duì)燃料燃燒的影響，保證燃料平穩(wěn)、安全、可靠和充分燃燒。

由于在燃料中多含有硫、氮等成分，燃燒后煙氣多含有二氧化硫、氮氧化物，如果經(jīng)過余熱鍋爐換熱后，煙氣溫度過低，煙氣中水蒸氣將凝結(jié)，會(huì)使煙氣中的氮氧化物、二氧化硫等溶解，使凝結(jié)水成弱酸性，容易對(duì)煙道和余熱鍋爐造成腐蝕。因此在選用煙道和換熱元件時(shí)，要選用耐腐蝕材質(zhì)，以有效防止腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生；同時(shí)注意要對(duì)產(chǎn)生的冷凝水溶液進(jìn)行堿液中和后排放，以消除對(duì)周圍環(huán)境的影響。余熱鍋爐選擇計(jì)算時(shí)避免排出的煙氣溫度過低，以防范低溫腐蝕。

2航機(jī)煙氣余熱利用的可能性

吐哈油田鄯善航機(jī)發(fā)電機(jī)煙氣溫度為600 ℃，煙氣量8 300 Nm3/h， 經(jīng)換熱器換熱后溫度可降至153 ℃，單臺(tái)航機(jī)可提供熱量572.8×104kJ/h。而鄯善聯(lián)合站熱水鍋爐(采暖時(shí)間為7個(gè)月)平均燃?xì)夂牧繛?15 Nm3/h，燃?xì)馓峁崃? 055.1×104kJ/h，差額熱量為482.3×104kJ/h，此部分熱量由鄯善聯(lián)合站燃?xì)饧訜釥t補(bǔ)充，所需平均燃?xì)饬繛?44 Nm3/h；其采暖水的供、回水管道長(zhǎng)約4 km，按采暖水在其輸送過程中的熱損耗約為96.3×104kJ/h ，供水溫度90 ℃，回水溫度60 ℃，熱水流量46 m3/h，鄯善航機(jī)站實(shí)際為采暖地點(diǎn)的提供的熱量是289.7×104kJ/h。

3煙氣余熱回收技術(shù)設(shè)備參數(shù)

根據(jù)調(diào)研情況，為航機(jī)站設(shè)計(jì)兩臺(tái)換熱器，增加兩臺(tái)熱水增壓泵，新建鄯善航機(jī)站至鄯善聯(lián)合站供、回水管線4 km。

根據(jù)吐哈油田余熱回收利用的特點(diǎn)及可行性，擬采用間壁式換熱器中的熱管式換熱器。熱管換熱器由許多根熱管，按一定的排列方式組成，每支熱管都是獨(dú)立的換熱組件，所以其傳熱效率的高低取決于每支熱管，即熱管換熱器傳熱量的大小取決于熱管傳熱量的大小。一般熱管分為低溫?zé)峁?4~200 K)、中溫?zé)峁?200~700 K)、高溫?zé)峁?700 K以上)，工業(yè)和日常使用的熱管多為中溫?zé)峁?。凡是在排煙、排水、排氣等有余熱的地方，可以使用熱管換熱器進(jìn)行余熱回收。熱管式換熱器特性參數(shù)如表1所示。

表1　熱管式換熱器特性參數(shù)

4煙氣余熱回收工藝

根據(jù)調(diào)研情況，為航機(jī)站航機(jī)設(shè)計(jì)兩臺(tái)換熱器，增加兩臺(tái)熱水增壓泵。新建鄯善航機(jī)站至鄯善聯(lián)合站供、回水管線4 km。

煙氣自航機(jī)發(fā)電機(jī)排出，航機(jī)發(fā)電機(jī)煙氣排出溫度為600 ℃，其單臺(tái)航機(jī)的排煙量8 300 Nm3/h。原煙氣經(jīng)煙道直接由煙筒排出，在煙道與煙筒之間增加熱管式換熱器一臺(tái)，通過熱管式換熱器將煙氣余熱充分回收利用。熱管式換熱器回水溫度60 ℃，供水溫度90 ℃。

煙氣經(jīng)熱管式換熱器后，煙氣的排出溫度為153 ℃。60 ℃的采暖熱水經(jīng)換熱以后，其溫度升高至90 ℃，90 ℃的熱水輸送去鄯善聯(lián)合站熱水泵進(jìn)口總管。由熱水泵送去各采暖點(diǎn)，供冬季采暖及伴熱使用，使用后經(jīng)集水器一路去加熱爐，另一路經(jīng)熱水增壓泵送去航機(jī)站。增壓泵一開一備自動(dòng)切換，在進(jìn)鄯善聯(lián)合站熱水泵進(jìn)口前設(shè)溫度控制與報(bào)警。

5煙氣余熱回收列管式換熱器的安裝

對(duì)航機(jī)站內(nèi)5#、6#航機(jī)發(fā)電機(jī)進(jìn)行煙氣余熱回收，增加兩臺(tái)相同規(guī)格換熱器，分別布置在兩臺(tái)航機(jī)發(fā)電機(jī)的煙道上。航機(jī)煙道煙氣壓力大于1 000 Pa，換熱器壓降為505 Pa，經(jīng)核算加裝熱管式換熱器不影響航機(jī)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行。新增換熱器可布置在航機(jī)煙氣煙道上方，即煙氣出口至煙筒之間的煙道上。在換熱器前設(shè)置一個(gè)煙氣旁路，用于換熱器停用或故障檢修時(shí)的排煙。換熱器前、煙氣旁路上及換熱器后部煙道安裝三個(gè)自制閘門。

6改造效果

此次改造采用熱管式換熱器，熱管式換熱器傳熱系數(shù)高，徹底解決了泄漏問題，減輕露點(diǎn)腐蝕，單根或多根高效真空傳熱管的損壞不影響設(shè)備整體使用。所采用技術(shù)及工藝處于國(guó)內(nèi)行業(yè)領(lǐng)先水平，通過對(duì)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、工藝、設(shè)備等研究，鄯善航機(jī)站煙氣余熱利用安全、可靠、可行。工程實(shí)施后，預(yù)計(jì)將節(jié)省天然氣31×104Nm3/a，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

實(shí)施后，吐哈油田鄯善采油廠航機(jī)發(fā)電煙氣余熱回收利用成為油田采暖的重要輔助系統(tǒng)，通過深挖其節(jié)能潛力，降低了油田自用天然氣消耗，提高供熱系統(tǒng)整體效率，實(shí)現(xiàn)了油田節(jié)能減排目標(biāo)。

7結(jié)論

在發(fā)電機(jī)煙氣余熱綜合利用的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮以下幾方面的因素：①余熱利用應(yīng)避免對(duì)發(fā)電機(jī)的性能產(chǎn)生大的影響，即不影響燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行及功率輸出；②排氣總管到余熱鍋爐之間的距離應(yīng)盡可能短，同時(shí)應(yīng)充分考慮排氣管的隔熱保溫，減少?gòu)陌l(fā)電機(jī)排氣出口至余熱鍋爐的熱量損失；③需要考慮燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)給制熱造成的影響，避免因負(fù)荷變化使制熱過量或能力不足；④考慮到整個(gè)流程控制范圍大、操作難度大等因素，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)盡可能實(shí)行電氣自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)；⑤整套系統(tǒng)應(yīng)充分考慮維護(hù)操作及使用安全性。

生物農(nóng)藥中試成功

近日，記者從揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院了解到，經(jīng)過一年來的工藝及裝置優(yōu)化，由玉米秸稈制取生物農(nóng)藥的中試過程于日前在該院順利完成，產(chǎn)品達(dá)到了植物殺菌、去除農(nóng)藥殘留和增產(chǎn)的預(yù)期目標(biāo)。這不僅意味著此項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利技術(shù)已經(jīng)基本具備產(chǎn)業(yè)化條件，而且為我國(guó)生物農(nóng)藥制備及玉米秸稈綜合利用開辟了一條嶄新的途徑，并為生物農(nóng)藥的推廣提供了有力支持。

秸稈生物農(nóng)藥不但能以綠色方式抑制有害病原菌，還會(huì)降解土壤中的化學(xué)農(nóng)藥殘留。試驗(yàn)證明，它可以降解去除40%~60%的農(nóng)藥殘留，還能增加土壤中的有益微生物，改善土壤微生態(tài)環(huán)境。

秸稈制取生物農(nóng)藥的關(guān)鍵技術(shù)在于從秸稈中培養(yǎng)木霉菌。因?yàn)槟久咕哂泻軓?qiáng)的抑制植物病原菌功能，而秸稈恰是木霉菌生長(zhǎng)和繁殖的最理想載體。其作用原理是通過木霉生防菌的重寄生、競(jìng)爭(zhēng)、溶菌等作用機(jī)制，對(duì)土傳病原菌進(jìn)行抑制，達(dá)到“消滅”植物上和土壤中的有害病菌的目的。而木霉本身對(duì)作物、人畜及生態(tài)環(huán)境無害，具有綠色環(huán)保優(yōu)點(diǎn)。

把秸稈粉加入固體發(fā)酵罐中，加入一定的水份和無機(jī)鹽等混合均勻，高溫滅菌后冷卻到一定溫度，然后接入木霉菌種，并控制適當(dāng)?shù)臐穸群蜏囟龋瑺I(yíng)造最適合木霉菌生長(zhǎng)的環(huán)境條件。然后木霉會(huì)在秸稈粉末中大量繁殖，當(dāng)木霉分生孢子產(chǎn)量到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)值后生物農(nóng)藥就制取完成。

該工藝是用木霉菌產(chǎn)生的纖維素酶分解玉米秸稈中的纖維素，為秸稈發(fā)酵提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而由秸稈廢物取代玉米淀粉為生產(chǎn)原料，大大降低了產(chǎn)品成本和使用成本。經(jīng)測(cè)算，秸稈生物農(nóng)藥成本比傳統(tǒng)農(nóng)藥降低30%以上。另外，試驗(yàn)表明，該產(chǎn)品具有10%~30%的增產(chǎn)效果。

據(jù)悉，我國(guó)每年產(chǎn)生各種秸稈7億t，由于沒有被有效利用，相當(dāng)一部分被焚燒，對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染，成為制造霧霾的重要幫兇。

作者簡(jiǎn)介：樊黑欽(1971-)，男，高級(jí)工程師，研究方向是油氣田地面工程，電話：13333935754。

收稿日期：2015-11-08

中圖分類號(hào)：X74

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-3467(2015)12-0034-03