李澤偉 周明亮 楊磊 何明杰

（中國石油新疆油田公司陸梁油田作業(yè)區(qū)）

余熱利用技術(shù)在陸梁油田的應(yīng)用

李澤偉 周明亮 楊磊 何明杰

（中國石油新疆油田公司陸梁油田作業(yè)區(qū)）

陸梁油田作業(yè)區(qū)為節(jié)能減排，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，引進(jìn)利用煙氣余熱回收裝置。文章總結(jié)分析了煙氣余熱回收裝置在現(xiàn)場的應(yīng)用方案，通過計算可知：陸九發(fā)電站發(fā)電機(jī)及壓縮機(jī)煙氣余熱，用于原油摻熱熱源每年可節(jié)約燃料費(fèi)590.8萬元。該技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到了節(jié)能挖潛，降本增效的目的，可提高能源利用率。

陸梁油田；余熱；天然氣壓縮機(jī)；熱交換

0 引 言

陸梁集中處理站位于新疆油田公司陸梁作業(yè)區(qū)東南約2 k m處，處理站內(nèi)設(shè)有原油處理及污水處理等設(shè)施。原油摻蒸汽負(fù)荷為常年負(fù)荷，熱源由站內(nèi)4×6 t/h燃?xì)庹羝仩t房提供，冬季運(yùn)行鍋爐兩臺，夏季運(yùn)行鍋爐1～2臺。

集中處理站內(nèi)東南方建有天然氣壓縮機(jī)房1座，陸九發(fā)電站位于站區(qū)東南方約60 m處。壓縮機(jī)房內(nèi)有2臺470 k W天然氣壓縮機(jī)，陸九發(fā)電站目前已投運(yùn)額定功率為500 k W燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組7臺，若將壓縮機(jī)及燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組排煙熱量回收，按煙氣降至120℃計算理論回收熱量為5 031.79 kJ/s，這部分熱量可滿足站內(nèi)部分原油摻熱用熱需求或站區(qū)冬季采暖用熱需求，若利用煙氣余熱，冬季可減少站內(nèi)鍋爐運(yùn)行臺數(shù)，同時減少天然氣消耗量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，符合國家節(jié)能環(huán)保的政策要求［1-2］。

1 現(xiàn)狀及煙氣余熱分析

1.1 煙氣余熱計算

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，目前陸梁集中處理站內(nèi)有兩臺額定功率為470 k W天然氣壓縮機(jī)組和15臺500 k W燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)運(yùn)行排煙溫度在590～610℃左右，天然氣壓縮機(jī)運(yùn)行排煙溫度在390～410℃，根據(jù)陸梁天然氣組分計算出每標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣燃燒需要的空氣量為9.94 N m3，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、天然氣壓縮機(jī)正常運(yùn)行時過量空氣系數(shù)為1.1，計算出每標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣燃燒產(chǎn)生煙氣量為11.95 N m3。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組、天然氣壓縮機(jī)的排煙溫度、排煙壓力、量和排煙量等運(yùn)行參數(shù)見表1。

表1 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、天然氣壓縮機(jī)天然氣耗量及煙氣參數(shù)

根據(jù)陸梁油田天然氣組分，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)及天然氣壓縮機(jī)過量空氣系數(shù)計算出煙氣組分見表2。

表2 煙氣組分

根據(jù)平均摩爾定壓比熱容計算表及煙氣組分計算出所產(chǎn)生的煙氣在各溫度的平均摩爾定壓比熱容見表3。

表3 煙氣平均摩爾定壓比熱容

根據(jù)總煙氣量和煙氣平均摩爾定壓比熱容計算出發(fā)電機(jī)排煙溫度600℃、壓縮機(jī)排煙溫度400℃時的總理論回收熱量見表4。

表4 理論回收熱量

1.2 用熱負(fù)荷

冬季采暖為季節(jié)性熱負(fù)荷，采暖熱媒為95～70℃熱水，由站內(nèi)鍋爐房換熱系統(tǒng)提供；生產(chǎn)用熱為原油摻蒸汽用熱，為全年性熱負(fù)荷，摻汽點(diǎn)蒸汽壓力為0.8 M Pa飽和蒸汽，由站內(nèi)已建鍋爐房蒸汽鍋爐提供，鍋爐房內(nèi)有4臺蒸發(fā)量為6 t/h的燃?xì)庹羝仩t，冬季高峰期運(yùn)行3臺鍋爐，夏季運(yùn)行1～2臺，1～7月用熱負(fù)荷統(tǒng)計見表5。

表5 用熱負(fù)荷統(tǒng)計k W

1.3 余熱利用方式分析

煙氣余熱利用方式多種多樣，針對陸梁集中處理站用熱特點(diǎn)，余熱利用方式有以下3種。

1.3.1 余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽用作原油摻熱

原油摻蒸汽用熱為全年性用熱，煙氣通過余熱鍋爐加熱軟化水，生產(chǎn)壓力0.8 M Pa，溫度為170.4℃的飽和蒸汽，根據(jù)計算，煙氣溫度降至100℃，最大可回收熱量（4 588.65 kJ/s）小于用熱最小月負(fù)荷，可以保證煙氣余熱全年充分利用。

1.3.2 煙氣-水換熱器加熱熱媒，作為站區(qū)冬季采暖熱源

煙氣余熱用作冬季采暖熱源為季節(jié)性用熱。煙氣通過管殼式換熱器與采暖回水換熱，為冬季采暖提供熱源，根據(jù)計算可知，煙氣溫度降至100℃時最大可回收熱量（4 588.65 kJ/s）可以滿足站區(qū)采暖需求（4 185.78 k W），但由于該方式受季節(jié)限制，冬季部分余熱可得到有效利用，夏季全部排放，導(dǎo)致全年余熱利用率低，僅為16.24%，不適用于本工程。

1.3.3 加熱蒸汽鍋爐給水

利用煙氣余熱加熱鍋爐給水。煙氣通過管殼式換熱器加熱鍋爐給水（7～11 t/h），將給水從10℃加熱至100℃，有效利用的煙氣余熱為735～1 155 kJ/s，該方式余熱利用率為16.2%～25.5%，余熱利用率較低，不適用于本工程［2］。

作業(yè)區(qū)根據(jù)上述分析，認(rèn)為方式1采用余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，為全年用熱，余熱利用率高；方式2煙氣余熱加熱冬季采暖熱媒，受季節(jié)制約，部分煙氣余熱只有冬季得到有效利用，夏季全部排放；方式3加熱鍋爐給水為全年熱負(fù)荷，但余熱利用率低。因此選用方式1來對現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 余熱利用技術(shù)

2.1 余熱利用設(shè)備

2.1.1 余熱鍋爐

按結(jié)構(gòu)形式，余熱鍋爐可分為管殼式和煙道式余熱鍋爐。管殼式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)與管殼式換熱器差別不大，煙氣在受熱管管內(nèi)流動，水在管外的鍋殼中流動。熱量通過管壁傳遞給管外的水。通常管殼式余熱鍋爐只是水的蒸發(fā)，沒有過熱段和省煤段；煙道式余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)與普通鍋爐的相似，水或蒸汽在受熱管管內(nèi)流動，煙氣在受熱管管外的煙道中流動。煙氣通過沖刷管的外表面將熱量傳遞給管內(nèi)的水或蒸汽。煙道式余熱鍋爐的顯著特點(diǎn)是，在一個煙道里有預(yù)熱器、過熱器、蒸發(fā)器、省煤器、煙囪、汽包、上升管、下降管等部件［2］。

2.1.2 換熱器

換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備。管殼式換熱器、板式換熱器、熱管換熱器是煙氣余熱回收的常用設(shè)備［3-4］。

2.2 余熱利用設(shè)備配置

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)及天然氣壓縮機(jī)煙氣出口安裝余熱利用裝置可采用一托一和多托一兩種形式［5］。多托一的形式用于天然氣發(fā)電機(jī)，當(dāng)臺數(shù)多于兩臺時，容易造成兩側(cè)天然氣發(fā)電機(jī)憋壓，影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行；多托一相比一托一的形式事故點(diǎn)少，投資較低，布置簡潔，可將對天然氣發(fā)電機(jī)運(yùn)行的影響降至最低，而且在個別天然氣發(fā)電機(jī)或壓縮機(jī)停運(yùn)時對余熱利用系統(tǒng)的影響較小，故本方案采用多托一的形式布置余熱利用裝置。

3 方案設(shè)計

利用管殼式余熱蒸汽鍋爐回收煙氣余熱，生產(chǎn)0.8 M Pa飽和蒸汽，用于站內(nèi)原油摻熱。

3.1 余熱鍋爐配置

余熱鍋爐采用二托一布置形式，將兩臺燃?xì)獍l(fā)電機(jī)或兩臺天然氣壓縮機(jī)煙氣匯集后進(jìn)入1臺余熱蒸汽鍋爐，剩余1臺燃?xì)獍l(fā)電機(jī)采用一托一布置。

每臺燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、天然氣壓縮機(jī)煙氣出口處均設(shè)三通及電動三通閥用于切換煙氣的路徑，便于發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)調(diào)試檢修或余熱鍋爐故障期間靈活的控制煙氣的路徑。

余熱鍋爐水位控制鍋爐給水泵啟停和相應(yīng)支路電動閥的開閉，以及極限低水位保護(hù)，鍋爐超壓保護(hù)共同保證余熱鍋爐持續(xù)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，余熱鍋爐調(diào)節(jié)示意見圖1。

3.2 工藝流程

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、天然氣壓縮機(jī)煙氣經(jīng)過余熱鍋爐溫度降至200℃后排放至大氣。已建鍋爐房除氧水箱內(nèi)軟化除氧水經(jīng)新建余熱鍋爐給水泵增壓后進(jìn)入各余熱鍋爐，生產(chǎn)0.8 M Pa飽和蒸汽輸送至站區(qū)摻蒸汽點(diǎn)。工藝流程見圖2。

圖2 余熱鍋爐工藝流程

3.3 效益分析

利用余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，煙氣余熱產(chǎn)汽量為5.6 t/h，處理站現(xiàn)用蒸汽鍋爐的熱效率為90%，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)每年每臺檢修期為20 d，陸梁油田出產(chǎn)伴生氣低位發(fā)熱量為35 015.12 kJ/N m3，節(jié)約天然氣量：347.4 ×104N m3/a。

按照每立方天然氣價格1.736元計算，本工程實(shí)施以后節(jié)約天然氣折合資金：603.5萬元/a，耗電費(fèi)用：12.7萬元/a，節(jié)約燃料費(fèi)用：590.8萬元/a。

通過計算可以看出陸九發(fā)電站發(fā)電機(jī)及壓縮機(jī)煙氣余熱每年可節(jié)約燃料費(fèi)590.8萬元用于原油摻熱熱源［6］。

4 結(jié) 論

陸梁油田通過余熱利用裝置將煙氣與工質(zhì)換熱，降低排煙溫度，減少熱量損失，可節(jié)省天然氣消耗量，提高能源利用率。減少了大氣污染物的排放，具有良好的環(huán)境效益。

［1］ 趙欽新，王宇峰，王學(xué)斌，等.我國余熱利用現(xiàn)狀與技術(shù)進(jìn)展［J］.工業(yè)鍋爐，2009，117（2）：8-16.

［2］ 趙恩嬋，張方煒，趙永紅.火力發(fā)電廠煙氣余熱利用設(shè)計研究［J］.熱力發(fā)電，2008（10）：66-70.

［3］ 劉紀(jì)福，白榮春.實(shí)用余熱回收和利用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

［4］ 譚業(yè)鋒.工業(yè)窯爐廢氣余熱回收與利用研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2006.

［5］ 江哲生，許傳凱.我國煙氣余熱利用換熱器發(fā)展概述［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2012，33（6）：1-6.

［6］ 王智民.天然氣鍋爐煙氣余熱回收與效率［J］.區(qū)域供熱，2003，22（4）：18-19.

（編輯 李娟）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.05.014

1005-3158（2015）05-0049-03

2014-10-07）

李澤偉，2004年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）工商管理專業(yè)安全副總監(jiān)，現(xiàn)在中國石油新疆油田公司陸梁油田作業(yè)區(qū)從事安全管理工作。通信地址：新疆克拉瑪依市阿山路40#陸梁油田作業(yè)區(qū)，834000