塔中油田燃?xì)怆娬居酂峄厥绽玫目尚行匝芯?/h1>
2013-05-04 07:52:36宋曉俊楊永彬王洪松陳勇唐強(qiáng)李雷楊洋曾路胡晶
石油石化節(jié)能 2013年3期
宋曉俊 楊永彬 王洪松 陳勇 唐強(qiáng) 李雷 楊洋 曾路 胡晶
（塔里木油田公司開(kāi)發(fā)事業(yè)部）
塔中油田燃?xì)怆娬居酂峄厥绽玫目尚行匝芯?/p>
宋曉俊 楊永彬 王洪松 陳勇 唐強(qiáng) 李雷 楊洋 曾路 胡晶
（塔里木油田公司開(kāi)發(fā)事業(yè)部）
為了提高塔中油田燃?xì)怆娬救細(xì)獾木C合利用率，回收燃?xì)廨啓C(jī)余熱，減少能源的浪費(fèi)，找到相適應(yīng)的余熱回收方式，通過(guò)對(duì)塔中油田燃?xì)怆娬緳C(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀、余熱及作業(yè)區(qū)用能需求的分析，提出熱電冷聯(lián)產(chǎn)方式回收利用燃?xì)怆娬居酂?并對(duì)熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在塔中油田燃?xì)怆娬具\(yùn)用的可行性進(jìn)行研究。得出熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)比較符合塔中油田電站的實(shí)際情況，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保社會(huì)效益。
余熱 燃?xì)怆娬?熱電冷聯(lián)產(chǎn) 節(jié)能減排
近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)形式的發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益、能源利用和環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，尤其對(duì)工業(yè)余熱有了新的認(rèn)識(shí)，工業(yè)排放的有壓有熱廢氣是一個(gè)能源的浪費(fèi)，有些廢氣余熱的能量幾乎和有用功率相同。開(kāi)發(fā)余熱利用技術(shù)，就是更充分的利用燃?xì)赓Y源，在節(jié)能、環(huán)保的同時(shí)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì) 效益[1]。
燃?xì)廨啓C(jī)余熱回收利用是利用發(fā)動(dòng)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⒋嫒細(xì)狻⑷加汀㈦娔艿冉o用能部門(mén)提供能源。
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，排氣余熱和冷卻水損失的功率比有用功還多。在我國(guó)，目前占燃?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。而在 發(fā) 達(dá) 國(guó) 家 ， 燃 氣 機(jī) 余 熱 80% 以 上 已 被 利 用[2]。 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，燃?xì)鈾C(jī)余熱利用是必然趨勢(shì)。
1 燃?xì)怆娬炯捌錂C(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀
1.1塔中油田電站簡(jiǎn)介
塔中油田電站建于 1996年，是從美國(guó)引進(jìn) 7套SOLOR公司的TAURUS60燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組。電站總裝機(jī)容量 33250kW （每臺(tái) 4750kW），能適應(yīng)惡劣的沙漠氣候，能完全勝任對(duì)塔中地區(qū)的安全供電。
機(jī)組主要參數(shù)如下：
額 定 電 壓 ： 10.5kV； 電 流 ： 312A； 功 率 因數(shù)：0.8；頻率：50Hz。
額定功率：4750kW （在零海拔，大氣溫度15℃）。
正常供氣壓力：1207～1551kPa；溫度：60～70 ℃；天然氣低熱值：31496kJ/m3。
1.2機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀
塔中油田燃?xì)怆娬?2012 年三月和四月的供電負(fù)荷曲線(xiàn)，見(jiàn)圖1和圖2。
圖1 塔中油田電站三月供電負(fù)荷曲線(xiàn)
圖2 塔中油田電站四月供電負(fù)荷曲線(xiàn)
由此可以得出負(fù)荷在 10～12.5MW 之間，負(fù)荷一 年 四 季變化 不 大 ， 取 近 幾 個(gè)月 的 平 均 數(shù) 11.00 MW來(lái)進(jìn)行以后的計(jì)算。
根據(jù)對(duì)四月電站發(fā)電量，天然氣消耗以及負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)，得出日發(fā)電量和日耗氣的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。
表1 日均發(fā)電量與日耗氣
由上可以得出：每立方米天然氣燃料氣大約能發(fā)出2kWh。
發(fā)電效率為：
這個(gè)效率值在國(guó)內(nèi)是很低的，這是由于塔中油田燃?xì)怆娬緳C(jī)組已經(jīng)運(yùn)行有 10年了，機(jī)器本身有老化，機(jī)組自身散發(fā)等其他損失（包括冷卻系統(tǒng)帶走的） 占燃料氣能量的 35%左右，有近 42.2%的燃料氣能量被排出的煙氣帶走，造成能源極大的浪費(fèi)。不論采取什么方法，只要能將排煙溫度降低到一定程度，就能回收大量的余熱，這是改變?nèi)細(xì)鈾C(jī)組效率最有效的途徑。而對(duì)于降低排煙溫度最有效的方法就是增加余熱鍋爐。
1.3余熱分析及日常用能的計(jì)算
1.3.1 燃?xì)怆娬居酂岱治?/p>
塔中燃?xì)怆娬镜挠酂崂速M(fèi)情況很?chē)?yán)重，按照近42.2%的燃料氣能量被排出的煙氣估算，每天煙氣的排放能量 Q 約為 1.85MJ。
1.3.2 日常用能計(jì)算
塔中作業(yè)區(qū)日常生活用熱水，夏天制冷，冬季供暖，都在消耗天然氣和電能，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，春秋兩季消耗稍少于冬夏兩季，基本相差不大。
中央空調(diào)及供暖供熱鍋爐及相關(guān)設(shè)備參數(shù)，見(jiàn)表2。
表2 中央空調(diào)、供暖鍋爐及相關(guān)設(shè)備參數(shù)
按照一天運(yùn)行 20h計(jì)，估算中央空調(diào)系統(tǒng)日耗電： Q1為 1816.8kWh， 估 算 鍋 爐 系 統(tǒng)日 耗 電 量 ：Q2約為 1456.8kWh。
由水首站來(lái)水溫度大概在 20℃，熱水加熱到65 ℃，供暖熱水加熱到 80 ℃，人均日用水 80kg，作業(yè)區(qū)公寓日用熱水為 40t，冬 季 供 暖 循 環(huán) 水 為 10t，鍋爐效率按照 30%計(jì)算。日需熱量 （按冬季最大量計(jì)算） Q3約為 100.8× 103MJ， 由 此 可得出日 耗 氣量 V 約為 10667m3。
2 余熱回收利用在塔中作業(yè)區(qū)的應(yīng)用設(shè)想
塔中油田地處塔克拉瑪干沙漠腹地，地理面積大，遠(yuǎn)離城市，有職工公寓，接待公寓，乙方公寓以及聯(lián)合站四個(gè)生活點(diǎn)，塔中油田作業(yè)區(qū)水、電、暖都自給自足，職工公寓，接待公寓，乙方公寓以及聯(lián)合站內(nèi)都采取集中供暖供熱，中央空調(diào)供冷，電站使用電熱器供暖，鍋爐用氣以及電站發(fā)電用燃料氣都由聯(lián)合站氣處理系統(tǒng)供應(yīng)。
余熱鍋爐如果投入使用后，可以達(dá)到熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)。在燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電的同時(shí)，以機(jī)組排氣的熱量為能源，燃?xì)鈾C(jī)排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)余熱回收裝置產(chǎn)生熱水 （或蒸汽），能提供60 ℃左右的生活和洗浴用 熱 水 。 夏 季 時(shí) ， 通 過(guò)溴 化 鋰 （LiBr2） 冷 水 機(jī)組置換為 7～9℃的冷媒水，通過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)器給職工公寓，接待公寓，乙方公寓以及聯(lián)合站內(nèi)降溫供冷；冬季時(shí)，通過(guò)實(shí)用性余熱鍋爐將余熱能量換成供暖熱水，供應(yīng)采暖。這樣，公寓的鍋爐房和中央空調(diào)房就可以不使用，節(jié)省在這部分使用的燃?xì)夂碗娔埽约肮ぷ魅藛T運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，減少消耗就是變相的提高產(chǎn)量，減少排放 CO2的量，所以余熱回收利用，就是在節(jié)能減排。為此，塔中電站余熱鍋爐應(yīng)能夠提供制冷、熱水、采暖負(fù)荷。
3 可行性分析
天然氣熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是以天然氣為一次性能源同時(shí)產(chǎn)生熱、電、冷三種二次能的聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供系統(tǒng)。該系統(tǒng)以燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備排放出來(lái)的高溫尾氣或以該尾氣通過(guò)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽或熱水供熱，并以此熱量驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)，從而滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)熱電冷的各種需求。該系統(tǒng)基本上可以擺脫對(duì)外部電網(wǎng)的依賴(lài)，具有相對(duì)的獨(dú)立性和靈活性。該系統(tǒng)的能源效率高、可靠性強(qiáng)及污染物的低排放具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，近 10多年來(lái)在國(guó)外取得了迅速發(fā)展 ，國(guó)內(nèi)也 已 經(jīng) 開(kāi) 始 起步[2]。
下面就對(duì)熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)余熱利用技術(shù)在塔中油田電站的可行性進(jìn)行論述。
3.1效率條件
在以往的燃?xì)獍l(fā)電廠(chǎng)中盡管采用各種方式來(lái)提高能源利用率。但最高也不超過(guò)40%，為了提高燃?xì)怆姀S(chǎng)的能源利用率。充分利用發(fā)電廠(chǎng)的煙氣余熱，采用熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，既避免了熱電分產(chǎn)時(shí)有用能的大量損失，也避免了大量的冷源損失，具有熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)。這一能源綜合利用技術(shù)已是當(dāng)今世界推行的一項(xiàng)行之有效的節(jié)能措施，其節(jié)能意義已被國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐所證實(shí)。
表3 燃?xì)廨啓C(jī)與熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)性能對(duì)比
由表3可見(jiàn)，燃?xì)廨啓C(jī)效率低的根本問(wèn)題是平均放熱溫度太高，熱冷電聯(lián)產(chǎn)正是一種有高平均吸熱溫度和低平均放熱溫度的系統(tǒng)，所以有很高的效率。煙氣余熱除滿(mǎn)足各種熱負(fù)荷以外，還提供溴化鋰吸收式制冷機(jī)的工作熱水，這樣，整個(gè)系統(tǒng)的熱負(fù)荷平衡，能夠提供燃?xì)怆娬镜陌l(fā)電量與供熱量。由于熱電冷聯(lián)產(chǎn)一般采用溴化鋰吸收式制冷機(jī)，有利于保護(hù)大氣臭氧層，減緩地球溫室效應(yīng)；溴化鋰制冷機(jī)以熱水為熱動(dòng)力，或利用余熱、廢熱等低品位能源，有利于保護(hù)環(huán)境，提高能源利用率，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，具有廣闊的發(fā)展前景。
3.2建設(shè)條件
3.2.1 場(chǎng)地條件
熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)主要的部件是鍋爐，占地面積大可利用潤(rùn)滑油系統(tǒng)的位置，在高度空間上合理安排，必要時(shí)可將電站倉(cāng)庫(kù)向外移動(dòng)，所以建設(shè)場(chǎng)地條件可以滿(mǎn)足建設(shè)熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
3.2.2 余熱條件
塔中油田燃?xì)怆娬?臺(tái)燃?xì)鈾C(jī)可提供的煙氣的余熱條件：
◇ 每天煙氣中能量為 2198×103MJ；
◇ 煙氣溫度：約450 ℃；
◇ 主 要 成分:CO2、 水 （氣態(tài)）， 氮氧化物 小 于25×10-6。
原來(lái)的運(yùn)行情況是把煙氣直接排放到大氣中，現(xiàn)在若用余熱鍋爐加以利用，把煙氣控制到一定溫度就可以取代原先的生活用熱水的鍋爐房和中央空調(diào)。
由于每天煙氣中能量為 2198×103MJ，大于生活鍋爐的日需熱量 101×103MJ，這樣初步估算，我們只要利用余熱中的 20%就足夠了。
3.3運(yùn)行方式的分析
3.3.1 天然氣作為能源利用的理想方式
熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種建立在能量梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)上，將制冷、供熱及發(fā)電過(guò)程一體化的多聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效地實(shí)現(xiàn)天然氣作為燃料的能源梯級(jí)利用。其過(guò)程大至為：天然氣燃燒把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為 700～1500 ℃高品位熱能，首先利用這部分熱能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電（天然氣燃料電池系統(tǒng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能），然后逐級(jí)利用低品位熱能供應(yīng)蒸汽、熱水，或者將低品位熱能作為吸收式制冷系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱源進(jìn)行供冷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣的多級(jí)多次利用，見(jiàn)表4。
由表4可以知道，塔中燃?xì)怆娬镜挠酂釡囟仍?50 ℃左右，宜采用余熱鍋爐和換熱器的形式，來(lái)供應(yīng)熱水、暖和冷。
表4 天然氣燃燒后在各溫位的利用途徑
3.3.2 熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)
該系統(tǒng)以燃?xì)廨啓C(jī)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，并與吸收式制冷機(jī)和余熱鍋爐配套，以蒸汽形式回收廢氣的熱量。它與燃?xì)鈾C(jī)系統(tǒng)的不同點(diǎn)是燃?xì)廨啓C(jī)余熱的回收幾乎全部是利用余熱鍋爐熱交換，余熱均以蒸汽形式回收，余熱回收率高。與電力輸出相比，熱電比 （熱/電=2/3） 較高，噪聲屬高頻，易于采 取 防 噪 措 施[4]。 圖3 為 一 種 較 完 善 的 基 于 燃 氣 輪機(jī)的系統(tǒng)流程圖。
圖3 燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)流程
燃?xì)廨啓C(jī) 系 統(tǒng) 的發(fā)電 容 量 通常位 于 1000～5000kW 之間，發(fā)電效率為 20%～30%，適應(yīng)于整幢樓宇或一個(gè)小區(qū)使用，可為用戶(hù)提供可靠的后備電源。與遠(yuǎn)程送電比較，沒(méi)有輸電損耗，可以大大提 高 能 源 利 用 效 率[5]。 但 系 統(tǒng) 的 初 期 投 資 大 ， 需 從整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，考慮技術(shù)、初投資、運(yùn)行費(fèi)用、環(huán)境污染等因素，優(yōu)化系統(tǒng)，找出在其壽命周期內(nèi)費(fèi)用最低的方案。
3.4成本粗略計(jì)算
如果余熱回收裝置建成投產(chǎn)，粗略估算：購(gòu)買(mǎi)余熱鍋爐，溴化鋰制冷機(jī)，場(chǎng)地改造安裝，鋪設(shè)管道所需的資金大概在 1000 萬(wàn)。其中原先的中央空調(diào)鍋爐系統(tǒng)的泵都可再利用。節(jié)約的成本：
日省天然氣 10667m3
以及原先鍋爐房和中央空調(diào)維護(hù)費(fèi)用，按一年12 萬(wàn)計(jì)算折算成人民幣，工業(yè)電價(jià)按 1 元/kWh 計(jì)，天然氣價(jià)格按 1.3 元/m3計(jì)算：
一年節(jié)約費(fèi)用約為 6376355 元，兩年內(nèi)就可以收回成本。
4 結(jié)論
綜上所述，基于燃?xì)廨啓C(jī)的熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)比較符合塔中油田燃?xì)怆娬镜膶?shí)際情況，塔中油田燃?xì)怆娬靖脑鞛闊犭娎渎?lián)產(chǎn)系統(tǒng)雖然初期投資大，但是有很大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保社會(huì)效益，是高新節(jié)能環(huán)保技術(shù)，有廣泛的應(yīng)用前景，涉及國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，於國(guó)於民都有好處。
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10.3969/j.issn.2095-1493.2013.003.004
宋曉俊，工程師，2006年畢業(yè)于重慶大學(xué)電氣工程學(xué) 院 ， 主 要 從 事 油 氣 儲(chǔ) 運(yùn) 設(shè) 備 管 理 工 作 ， E-mail： shiyishou.119@ 163.com，地址：新疆庫(kù)爾勒市塔里木油田公司開(kāi)發(fā)事業(yè)部塔中作業(yè)區(qū)，841000。
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（塔里木油田公司開(kāi)發(fā)事業(yè)部）
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余熱 燃?xì)怆娬?熱電冷聯(lián)產(chǎn) 節(jié)能減排
近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)形式的發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益、能源利用和環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，尤其對(duì)工業(yè)余熱有了新的認(rèn)識(shí)，工業(yè)排放的有壓有熱廢氣是一個(gè)能源的浪費(fèi)，有些廢氣余熱的能量幾乎和有用功率相同。開(kāi)發(fā)余熱利用技術(shù)，就是更充分的利用燃?xì)赓Y源，在節(jié)能、環(huán)保的同時(shí)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì) 效益[1]。
燃?xì)廨啓C(jī)余熱回收利用是利用發(fā)動(dòng)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⒋嫒細(xì)狻⑷加汀㈦娔艿冉o用能部門(mén)提供能源。
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，排氣余熱和冷卻水損失的功率比有用功還多。在我國(guó)，目前占燃?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。而在 發(fā) 達(dá) 國(guó) 家 ， 燃 氣 機(jī) 余 熱 80% 以 上 已 被 利 用[2]。 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，燃?xì)鈾C(jī)余熱利用是必然趨勢(shì)。
1 燃?xì)怆娬炯捌錂C(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀
1.1塔中油田電站簡(jiǎn)介
塔中油田電站建于 1996年，是從美國(guó)引進(jìn) 7套SOLOR公司的TAURUS60燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組。電站總裝機(jī)容量 33250kW （每臺(tái) 4750kW），能適應(yīng)惡劣的沙漠氣候，能完全勝任對(duì)塔中地區(qū)的安全供電。
機(jī)組主要參數(shù)如下：
額 定 電 壓 ： 10.5kV； 電 流 ： 312A； 功 率 因數(shù)：0.8；頻率：50Hz。
額定功率：4750kW （在零海拔，大氣溫度15℃）。
正常供氣壓力：1207～1551kPa；溫度：60～70 ℃；天然氣低熱值：31496kJ/m3。
1.2機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀
塔中油田燃?xì)怆娬?2012 年三月和四月的供電負(fù)荷曲線(xiàn)，見(jiàn)圖1和圖2。
圖1 塔中油田電站三月供電負(fù)荷曲線(xiàn)
圖2 塔中油田電站四月供電負(fù)荷曲線(xiàn)
由此可以得出負(fù)荷在 10～12.5MW 之間，負(fù)荷一 年 四 季變化 不 大 ， 取 近 幾 個(gè)月 的 平 均 數(shù) 11.00 MW來(lái)進(jìn)行以后的計(jì)算。
根據(jù)對(duì)四月電站發(fā)電量，天然氣消耗以及負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)，得出日發(fā)電量和日耗氣的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。
表1 日均發(fā)電量與日耗氣
由上可以得出：每立方米天然氣燃料氣大約能發(fā)出2kWh。
發(fā)電效率為：
這個(gè)效率值在國(guó)內(nèi)是很低的，這是由于塔中油田燃?xì)怆娬緳C(jī)組已經(jīng)運(yùn)行有 10年了，機(jī)器本身有老化，機(jī)組自身散發(fā)等其他損失（包括冷卻系統(tǒng)帶走的） 占燃料氣能量的 35%左右，有近 42.2%的燃料氣能量被排出的煙氣帶走，造成能源極大的浪費(fèi)。不論采取什么方法，只要能將排煙溫度降低到一定程度，就能回收大量的余熱，這是改變?nèi)細(xì)鈾C(jī)組效率最有效的途徑。而對(duì)于降低排煙溫度最有效的方法就是增加余熱鍋爐。
1.3余熱分析及日常用能的計(jì)算
1.3.1 燃?xì)怆娬居酂岱治?/p>
塔中燃?xì)怆娬镜挠酂崂速M(fèi)情況很?chē)?yán)重，按照近42.2%的燃料氣能量被排出的煙氣估算，每天煙氣的排放能量 Q 約為 1.85MJ。
1.3.2 日常用能計(jì)算
塔中作業(yè)區(qū)日常生活用熱水，夏天制冷，冬季供暖，都在消耗天然氣和電能，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，春秋兩季消耗稍少于冬夏兩季，基本相差不大。
中央空調(diào)及供暖供熱鍋爐及相關(guān)設(shè)備參數(shù)，見(jiàn)表2。
表2 中央空調(diào)、供暖鍋爐及相關(guān)設(shè)備參數(shù)
按照一天運(yùn)行 20h計(jì)，估算中央空調(diào)系統(tǒng)日耗電： Q1為 1816.8kWh， 估 算 鍋 爐 系 統(tǒng)日 耗 電 量 ：Q2約為 1456.8kWh。
由水首站來(lái)水溫度大概在 20℃，熱水加熱到65 ℃，供暖熱水加熱到 80 ℃，人均日用水 80kg，作業(yè)區(qū)公寓日用熱水為 40t，冬 季 供 暖 循 環(huán) 水 為 10t，鍋爐效率按照 30%計(jì)算。日需熱量 （按冬季最大量計(jì)算） Q3約為 100.8× 103MJ， 由 此 可得出日 耗 氣量 V 約為 10667m3。
2 余熱回收利用在塔中作業(yè)區(qū)的應(yīng)用設(shè)想
塔中油田地處塔克拉瑪干沙漠腹地，地理面積大，遠(yuǎn)離城市，有職工公寓，接待公寓，乙方公寓以及聯(lián)合站四個(gè)生活點(diǎn)，塔中油田作業(yè)區(qū)水、電、暖都自給自足，職工公寓，接待公寓，乙方公寓以及聯(lián)合站內(nèi)都采取集中供暖供熱，中央空調(diào)供冷，電站使用電熱器供暖，鍋爐用氣以及電站發(fā)電用燃料氣都由聯(lián)合站氣處理系統(tǒng)供應(yīng)。
余熱鍋爐如果投入使用后，可以達(dá)到熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)。在燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電的同時(shí)，以機(jī)組排氣的熱量為能源，燃?xì)鈾C(jī)排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)余熱回收裝置產(chǎn)生熱水 （或蒸汽），能提供60 ℃左右的生活和洗浴用 熱 水 。 夏 季 時(shí) ， 通 過(guò)溴 化 鋰 （LiBr2） 冷 水 機(jī)組置換為 7～9℃的冷媒水，通過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)器給職工公寓，接待公寓，乙方公寓以及聯(lián)合站內(nèi)降溫供冷；冬季時(shí)，通過(guò)實(shí)用性余熱鍋爐將余熱能量換成供暖熱水，供應(yīng)采暖。這樣，公寓的鍋爐房和中央空調(diào)房就可以不使用，節(jié)省在這部分使用的燃?xì)夂碗娔埽约肮ぷ魅藛T運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，減少消耗就是變相的提高產(chǎn)量，減少排放 CO2的量，所以余熱回收利用，就是在節(jié)能減排。為此，塔中電站余熱鍋爐應(yīng)能夠提供制冷、熱水、采暖負(fù)荷。
3 可行性分析
天然氣熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是以天然氣為一次性能源同時(shí)產(chǎn)生熱、電、冷三種二次能的聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供系統(tǒng)。該系統(tǒng)以燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備排放出來(lái)的高溫尾氣或以該尾氣通過(guò)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽或熱水供熱，并以此熱量驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)，從而滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)熱電冷的各種需求。該系統(tǒng)基本上可以擺脫對(duì)外部電網(wǎng)的依賴(lài)，具有相對(duì)的獨(dú)立性和靈活性。該系統(tǒng)的能源效率高、可靠性強(qiáng)及污染物的低排放具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，近 10多年來(lái)在國(guó)外取得了迅速發(fā)展 ，國(guó)內(nèi)也 已 經(jīng) 開(kāi) 始 起步[2]。
下面就對(duì)熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)余熱利用技術(shù)在塔中油田電站的可行性進(jìn)行論述。
3.1效率條件
在以往的燃?xì)獍l(fā)電廠(chǎng)中盡管采用各種方式來(lái)提高能源利用率。但最高也不超過(guò)40%，為了提高燃?xì)怆姀S(chǎng)的能源利用率。充分利用發(fā)電廠(chǎng)的煙氣余熱，采用熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，既避免了熱電分產(chǎn)時(shí)有用能的大量損失，也避免了大量的冷源損失，具有熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)。這一能源綜合利用技術(shù)已是當(dāng)今世界推行的一項(xiàng)行之有效的節(jié)能措施，其節(jié)能意義已被國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐所證實(shí)。
表3 燃?xì)廨啓C(jī)與熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)性能對(duì)比
由表3可見(jiàn)，燃?xì)廨啓C(jī)效率低的根本問(wèn)題是平均放熱溫度太高，熱冷電聯(lián)產(chǎn)正是一種有高平均吸熱溫度和低平均放熱溫度的系統(tǒng)，所以有很高的效率。煙氣余熱除滿(mǎn)足各種熱負(fù)荷以外，還提供溴化鋰吸收式制冷機(jī)的工作熱水，這樣，整個(gè)系統(tǒng)的熱負(fù)荷平衡，能夠提供燃?xì)怆娬镜陌l(fā)電量與供熱量。由于熱電冷聯(lián)產(chǎn)一般采用溴化鋰吸收式制冷機(jī)，有利于保護(hù)大氣臭氧層，減緩地球溫室效應(yīng)；溴化鋰制冷機(jī)以熱水為熱動(dòng)力，或利用余熱、廢熱等低品位能源，有利于保護(hù)環(huán)境，提高能源利用率，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，具有廣闊的發(fā)展前景。
3.2建設(shè)條件
3.2.1 場(chǎng)地條件
熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)主要的部件是鍋爐，占地面積大可利用潤(rùn)滑油系統(tǒng)的位置，在高度空間上合理安排，必要時(shí)可將電站倉(cāng)庫(kù)向外移動(dòng)，所以建設(shè)場(chǎng)地條件可以滿(mǎn)足建設(shè)熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
3.2.2 余熱條件
塔中油田燃?xì)怆娬?臺(tái)燃?xì)鈾C(jī)可提供的煙氣的余熱條件：
◇ 每天煙氣中能量為 2198×103MJ；
◇ 煙氣溫度：約450 ℃；
◇ 主 要 成分:CO2、 水 （氣態(tài)）， 氮氧化物 小 于25×10-6。
原來(lái)的運(yùn)行情況是把煙氣直接排放到大氣中，現(xiàn)在若用余熱鍋爐加以利用，把煙氣控制到一定溫度就可以取代原先的生活用熱水的鍋爐房和中央空調(diào)。
由于每天煙氣中能量為 2198×103MJ，大于生活鍋爐的日需熱量 101×103MJ，這樣初步估算，我們只要利用余熱中的 20%就足夠了。
3.3運(yùn)行方式的分析
3.3.1 天然氣作為能源利用的理想方式
熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種建立在能量梯級(jí)利用概念基礎(chǔ)上，將制冷、供熱及發(fā)電過(guò)程一體化的多聯(lián)產(chǎn)總能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效地實(shí)現(xiàn)天然氣作為燃料的能源梯級(jí)利用。其過(guò)程大至為：天然氣燃燒把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為 700～1500 ℃高品位熱能，首先利用這部分熱能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電（天然氣燃料電池系統(tǒng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能），然后逐級(jí)利用低品位熱能供應(yīng)蒸汽、熱水，或者將低品位熱能作為吸收式制冷系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)熱源進(jìn)行供冷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣的多級(jí)多次利用，見(jiàn)表4。
由表4可以知道，塔中燃?xì)怆娬镜挠酂釡囟仍?50 ℃左右，宜采用余熱鍋爐和換熱器的形式，來(lái)供應(yīng)熱水、暖和冷。
表4 天然氣燃燒后在各溫位的利用途徑
3.3.2 熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)
該系統(tǒng)以燃?xì)廨啓C(jī)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，并與吸收式制冷機(jī)和余熱鍋爐配套，以蒸汽形式回收廢氣的熱量。它與燃?xì)鈾C(jī)系統(tǒng)的不同點(diǎn)是燃?xì)廨啓C(jī)余熱的回收幾乎全部是利用余熱鍋爐熱交換，余熱均以蒸汽形式回收，余熱回收率高。與電力輸出相比，熱電比 （熱/電=2/3） 較高，噪聲屬高頻，易于采 取 防 噪 措 施[4]。 圖3 為 一 種 較 完 善 的 基 于 燃 氣 輪機(jī)的系統(tǒng)流程圖。
圖3 燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)流程
燃?xì)廨啓C(jī) 系 統(tǒng) 的發(fā)電 容 量 通常位 于 1000～5000kW 之間，發(fā)電效率為 20%～30%，適應(yīng)于整幢樓宇或一個(gè)小區(qū)使用，可為用戶(hù)提供可靠的后備電源。與遠(yuǎn)程送電比較，沒(méi)有輸電損耗，可以大大提 高 能 源 利 用 效 率[5]。 但 系 統(tǒng) 的 初 期 投 資 大 ， 需 從整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，考慮技術(shù)、初投資、運(yùn)行費(fèi)用、環(huán)境污染等因素，優(yōu)化系統(tǒng)，找出在其壽命周期內(nèi)費(fèi)用最低的方案。
3.4成本粗略計(jì)算
如果余熱回收裝置建成投產(chǎn)，粗略估算：購(gòu)買(mǎi)余熱鍋爐，溴化鋰制冷機(jī)，場(chǎng)地改造安裝，鋪設(shè)管道所需的資金大概在 1000 萬(wàn)。其中原先的中央空調(diào)鍋爐系統(tǒng)的泵都可再利用。節(jié)約的成本：
日省天然氣 10667m3
以及原先鍋爐房和中央空調(diào)維護(hù)費(fèi)用，按一年12 萬(wàn)計(jì)算折算成人民幣，工業(yè)電價(jià)按 1 元/kWh 計(jì)，天然氣價(jià)格按 1.3 元/m3計(jì)算：
一年節(jié)約費(fèi)用約為 6376355 元，兩年內(nèi)就可以收回成本。
4 結(jié)論
綜上所述，基于燃?xì)廨啓C(jī)的熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)比較符合塔中油田燃?xì)怆娬镜膶?shí)際情況，塔中油田燃?xì)怆娬靖脑鞛闊犭娎渎?lián)產(chǎn)系統(tǒng)雖然初期投資大，但是有很大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保社會(huì)效益，是高新節(jié)能環(huán)保技術(shù)，有廣泛的應(yīng)用前景，涉及國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，於國(guó)於民都有好處。
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10.3969/j.issn.2095-1493.2013.003.004
宋曉俊，工程師，2006年畢業(yè)于重慶大學(xué)電氣工程學(xué) 院 ， 主 要 從 事 油 氣 儲(chǔ) 運(yùn) 設(shè) 備 管 理 工 作 ， E-mail： shiyishou.119@ 163.com，地址：新疆庫(kù)爾勒市塔里木油田公司開(kāi)發(fā)事業(yè)部塔中作業(yè)區(qū)，841000。
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