天然氣發電機余熱回收系統的應用效果評價

鮑磊胡冰任海澎

（1.大港油田公司采油二廠；2.大港油田公司對外合作項目部）

天然氣發電機余熱回收系統的應用效果評價

鮑磊1胡冰2任海澎1

（1.大港油田公司采油二廠；2.大港油田公司對外合作項目部）

隨著天然氣發電機在油田場站的廣泛應用，如何利用發電機排放的高溫尾氣的熱能已經成為一個新的課題。通過對余熱回收設備及配套技術的應用研究分析，系統地闡述了余熱利用的設備組成、性能原理。并結合實際案例利用發電機燃燒后排出廢氣的熱量，通過余熱回收設備及配套的保護部分將其變為可用能源，替代燃氣加熱提供熱源，取得良好的節能效益。為余熱回收技術的推廣應用提供了參考。

天然氣發電機 余熱 節能

目前燃料的能量只有約35%被發電機組轉化為電能,約有30%隨廢氣排出，25%被發動機冷卻水帶走,通過機身散發等其它損失約占10%左右,廢氣和換熱器損失的功率比有用功還多。占燃氣發動機燃料近55%熱值的排氣余熱和冷卻水余熱資源基本上被白白浪費掉，燃氣發動機余熱利用技術的開發和應用尚處于起步階段[1]。

目前隨著國內能源供應日益緊張，節能、降耗，提高能源利用率越來越引起人們重視，天然氣發電機余熱利用是必然趨勢。

1 系統的組成、基本原理及結構特點

1.1 系統的組成

天然氣發電機余熱回收系統主要由以下部分組成：①天然氣發電機排煙控制及保護部分；②針形管余熱回收裝置；③導熱介質輸送部分；④用能單元交換部分，見圖1。

圖1 余熱回收系統組成部件實物圖

1.2 基本原理

在天然氣發電機組發電的同時，排煙氣和天燃氣發電機冷卻水通過特制的余熱回收裝置加熱導熱介質，使導熱介質達到規定溫度，通過導熱介質輸送系統，將導熱介質輸送到水套爐或熱交換器，與原油間進行熱交換，加熱原油，從而取代或部分取代原來的水套爐或熱媒爐。該系統可獨立使用，也可利用原有的原油加熱系統改造，并入原系統，天燃氣發電機維修時，原系統仍可正常工作。

1.3 結構特點

單位長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；設備的體積、重量大幅度降低。

由于設備結構設計和針形管自身結構特點，使其具有消聲器的結構特征，因此設備能起到消聲器的作用。

每一受熱元件在整體組裝時，無任何強制組裝現象，不會產生組裝應力；每一針形管組，只有一端焊接在鋼結構上，另一端呈自由狀態，這樣設備在運行過程中，無熱應力產生。另外設備的聯箱上設計有安全閥、排污（放空）閥、溫度計等儀表閥門，當設備出現超壓、干燒等問題時，上述儀表閥門能起到保護作用。

設備是根據燃氣發電機組配套設計，設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；安裝時只需將設備聯接到發動機的排煙出口上，將熱水系統聯接到設備的進、出口聯箱上，設備即可正常運行；設備在進出口煙、箱設有用不銹鋼螺栓聯接的檢查門，打開檢查門即可對設備的受熱面進行檢查和維護；另外，設備的針形管組成模塊式，當需要更換加熱管組時，可單組抽出進行更換。

2 天然氣發電機余熱回收系統的應用

2.1 南一聯合站生產現狀

南一聯合站于1978年建站，1992年進行整體改造。自2001年至今先后在南一聯合站安裝天然氣發電機組6臺，200kW機組（運行功率150 kW）2臺，400kW機組（運行功率250kW）4臺。

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

2.2 南一聯合站在能源消耗和生產上存在的問題

南一聯合站有3條供電線路（1213、1215、1220），有6臺天然氣發電機，4個發電機并網運行點，南一聯合站內共有7個電源，這種運行方式不利于發電機的安全運行管理，同時也增加了發電機值班人員數。

6臺天然氣發電機排煙管溫度在600℃以上，機組冷卻循環水的出口溫度在60℃左右，均自然散熱，存在著大量的熱能浪費。

2.3 天然氣發電機余熱回收系統的應用情況

將南一聯合站6臺發電機集中組成發電機站，統一在1215線路并網運行，將現有的消防坑墊出30×40m的平地，建成天然氣發電機場，1215線路架到發電機場地；從緩沖罐氣出口引天然氣管線至改造后的發電機組。

充分利用南一聯合站內現有6臺發電機的余熱，在6臺發電機的排煙管分別安裝4臺KNPT-400、2臺KNPT-200針型管余熱回收裝置見圖2，回收排煙余熱做為南一聯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

改造后原油先通過余熱回收系統加熱（一次加熱），然后進入加熱爐（二次加熱）。加熱爐系統可根據余熱回收系統一次加熱后的末點溫度，靈活調整二次加熱所需要提高的溫度見表1。

表1 余熱回收系統投產前后生產參數對比

夏季環境溫度較高時，熱量損失較少，經過余熱回收系統一次加熱，能夠滿足外輸溫度要求時，可停爐不進行二次加熱。

3 效益計算

3.1 節能效益

將發電機的高溫煙氣熱能和發電機的高溫循環水熱能一并回收利用起來，每小時可回收117×104kW的熱量，年回收熱量約4284×104kJ，相當于1464.2t標煤的熱量，或110.1×104m3天然氣。南一聯合站1#加熱爐熱效率89%[2]，年節約123.7× 104m3天然氣。

余熱回收系統自2011年5月底投產以來，包括夏季短暫停爐，累計節約天然氣150×104m3。

3.2 經濟效益

余熱回收系統投入資金285萬元。

目前南一聯合站加熱爐已累計節約天然氣150×104m3，燃氣費用按2.2元/m3計算，年節約費用330萬元，扣除循環水泵每年消耗電能費用9萬余元，已累計節約費用321萬元。

3.3 社會效益

降低了排煙熱效應，減少環境污染；噪音治理效果顯著，降低了噪音污染。

4 結束語

天然氣發電機余熱回收利用使不可再生資源得到充分的利用。通過這一項目不僅降低了企業的系統能耗，同時“變廢為寶”獲得了巨大的經濟效益，實現了企業的清潔發展，創造了良好的環境和社會綜合效益。

[1]戚濤,志勇.天然氣發電機煙氣余熱利用技術在油氣田場站的應用[J].節能,2006(10):52-54.

[2]完衛平.2011年度大港油田第二采油廠節能監測報告[R]:No.L1671,天津大港:大港油田公司檢測監督評價中心節能監測站,2011:12-14.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.07.009

2012-04-12）

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