余熱利用技術在陸梁油田的應用

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區）

余熱利用技術在陸梁油田的應用

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區）

陸梁油田作業區為節能減排，結合現場實際，引進利用煙氣余熱回收裝置。文章總結分析了煙氣余熱回收裝置在現場的應用方案，通過計算可知：陸九發電站發電機及壓縮機煙氣余熱，用于原油摻熱熱源每年可節約燃料費590.8萬元。該技術的應用達到了節能挖潛，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；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區東南約2 k m處，處理站內設有原油處理及污水處理等設施。原油摻蒸汽負荷為常年負荷，熱源由站內4×6 t/h燃氣蒸汽鍋爐房提供，冬季運行鍋爐兩臺，夏季運行鍋爐1～2臺。

集中處理站內東南方建有天然氣壓縮機房1座，陸九發電站位于站區東南方約60 m處。壓縮機房內有2臺470 k W天然氣壓縮機，陸九發電站目前已投運額定功率為500 k W燃氣發電機組7臺，若將壓縮機及燃氣發電機組排煙熱量回收，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部分原油摻熱用熱需求或站區冬季采暖用熱需求，若利用煙氣余熱，冬季可減少站內鍋爐運行臺數，同時減少天然氣消耗量，具有顯著的經濟效益和社會效益，符合國家節能環保的政策要求［1-2］。

1 現狀及煙氣余熱分析

1.1 煙氣余熱計算

根據現場調查情況，目前陸梁集中處理站內有兩臺額定功率為470 k W天然氣壓縮機組和15臺500 k W燃氣發電機組。燃氣發電機運行排煙溫度在590～610℃左右，天然氣壓縮機運行排煙溫度在390～410℃，根據陸梁天然氣組分計算出每標準立方米天然氣燃燒需要的空氣量為9.94 N m3，燃氣發電機、天然氣壓縮機正常運行時過量空氣系數為1.1，計算出每標準立方米天然氣燃燒產生煙氣量為11.95 N m3。燃氣發電機組、天然氣壓縮機的排煙溫度、排煙壓力、量和排煙量等運行參數見表1。

表1 燃氣發電機、天然氣壓縮機天然氣耗量及煙氣參數

根據陸梁油田天然氣組分，燃氣發電機及天然氣壓縮機過量空氣系數計算出煙氣組分見表2。

表2 煙氣組分

根據平均摩爾定壓比熱容計算表及煙氣組分計算出所產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

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

表4 理論回收熱量

1.2 用熱負荷

冬季采暖為季節性熱負荷，采暖熱媒為95～70℃熱水，由站內鍋爐房換熱系統提供；生產用熱為原油摻蒸汽用熱，為全年性熱負荷，摻汽點蒸汽壓力為0.8 M Pa飽和蒸汽，由站內已建鍋爐房蒸汽鍋爐提供，鍋爐房內有4臺蒸發量為6 t/h的燃氣蒸汽鍋爐，冬季高峰期運行3臺鍋爐，夏季運行1～2臺，1～7月用熱負荷統計見表5。

表5 用熱負荷統計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，余熱利用方式有以下3種。

1.3.1 余熱鍋爐生產蒸汽，產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，生產壓力0.8 M Pa，溫度為170.4℃的飽和蒸汽，根據計算，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，作為站區冬季采暖熱源

煙氣余熱用作冬季采暖熱源為季節性用熱。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）可以滿足站區采暖需求（4 185.78 k W），但由于該方式受季節限制，冬季部分余熱可得到有效利用，夏季全部排放，導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］。

作業區根據上述分析，認為方式1采用余熱鍋爐生產蒸汽，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荷，但余熱利用率低。因此選用方式1來對現有的系統進行改造。

2 余熱利用技術

2.1 余熱利用設備

2.1.1 余熱鍋爐

按結構形式，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構與管殼式換熱器差別不大，煙氣在受熱管管內流動，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，沒有過熱段和省煤段；煙道式余熱鍋爐的結構與普通鍋爐的相似，水或蒸汽在受熱管管內流動，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的水或蒸汽。煙道式余熱鍋爐的顯著特點是，在一個煙道里有預熱器、過熱器、蒸發器、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備［3-4］。

2.2 余熱利用設備配置

燃氣發電機及天然氣壓縮機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電機，當臺數多于兩臺時，容易造成兩側天然氣發電機憋壓，影響發電機的正常運行；多托一相比一托一的形式事故點少，投資較低，布置簡潔，可將對天然氣發電機運行的影響降至最低，而且在個別天然氣發電機或壓縮機停運時對余熱利用系統的影響較小，故本方案采用多托一的形式布置余熱利用裝置。

3 方案設計

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

3.1 余熱鍋爐配置

余熱鍋爐采用二托一布置形式，將兩臺燃氣發電機或兩臺天然氣壓縮機煙氣匯集后進入1臺余熱蒸汽鍋爐，剩余1臺燃氣發電機采用一托一布置。

每臺燃氣發電機、天然氣壓縮機煙氣出口處均設三通及電動三通閥用于切換煙氣的路徑，便于發電機、壓縮機調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支路電動閥的開閉，以及極限低水位保護，鍋爐超壓保護共同保證余熱鍋爐持續、穩定、安全運行，余熱鍋爐調節示意見圖1。

3.2 工藝流程

燃氣發電機、天然氣壓縮機煙氣經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軟化除氧水經新建余熱鍋爐給水泵增壓后進入各余熱鍋爐，生產0.8 M Pa飽和蒸汽輸送至站區摻蒸汽點。工藝流程見圖2。

圖2 余熱鍋爐工藝流程

3.3 效益分析

利用余熱鍋爐生產蒸汽，煙氣余熱產汽量為5.6 t/h，處理站現用蒸汽鍋爐的熱效率為90%，燃氣發電機每年每臺檢修期為20 d，陸梁油田出產伴生氣低位發熱量為35 015.12 kJ/N m3，節約天然氣量：347.4 ×104N m3/a。

按照每立方天然氣價格1.736元計算，本工程實施以后節約天然氣折合資金：603.5萬元/a，耗電費用：12.7萬元/a，節約燃料費用：590.8萬元/a。

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

4 結 論

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

［1］ 趙欽新，王宇峰，王學斌，等.我國余熱利用現狀與技術進展［J］.工業鍋爐，2009，117（2）：8-16.

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

［3］ 劉紀福，白榮春.實用余熱回收和利用技術［M］.北京：機械工業出版社，1993.

［4］ 譚業鋒.工業窯爐廢氣余熱回收與利用研究［D］.濟南：山東大學，2006.

［5］ 江哲生，許傳凱.我國煙氣余熱利用換熱器發展概述［J］.中國高新技術企業，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年畢業于中國石油大學（華東）工商管理專業安全副總監，現在中國石油新疆油田公司陸梁油田作業區從事安全管理工作。通信地址：新疆克拉瑪依市阿山路40#陸梁油田作業區，834000