CN102758703A

CN102758703A - 透平余热回收利用系统

Info

Publication number: CN102758703A
Application number: CN2012102500493A
Authority: CN
Inventors: 崔矿庆; 姚志义; 郑松林; 黄建虾; 刘光春; 闫肃; 林扬; 张国军
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明公开了一种透平余热回收利用系统，主要由余热炉、热油循环泵、烟气阀和现场控制盘等设备组成，是以透平机排放的高温烟气为热源，通过对其烟气余热进行回收，通过热油循环泵将导热油引入余热炉换热盘，并利用高温烟气对余热炉换热盘管内的导热油进行加热，导热油加热之后回到导热油系统。本发明能够回收透平烟气中的热量，有效利用烟气余热给导热油加热，提高导热油的温度，减少了燃料消耗，降低原热介质锅炉的负荷，保障热介质锅炉的正常检修和热油系统的正常运行，从而降低原热介质锅炉安全运行的风险，提高设备安全运行系数，缓解原油外输的压力，同时也减少大气污染物的排放，实现了节能减排。

Description

透平余热回收利用系统

技术领域

本发明涉及一种利用余热的系统，具体的说，是涉及回收并利用透平废热的系统。

背景技术

平台或浮式生产储油外输系统(FPSO)一般配套两台热介质锅炉，两台热介质锅炉一用一备，以保证其中一台锅炉在检修时，另一台锅炉可以正常供热，持续满足全船热油用户的加热需要。

随着海上平台的增加，日需要处理的液量也随之增加，因此原热介质锅炉负荷大大增加。为了保证原油的外输质量，两台热介质锅炉必须同时投入运行，来提高处理液量的能力，这样一来就缺少备用锅炉，减少了热介质锅炉正常的检修机会，增加了锅炉安全运行的风险。

因此，在尽可能降低能耗的前提下，解决平台或FPSO热源不足和生产的稳定性这一迫在眉睫的问题，成为技术人员关注的焦点。

发明内容

本发明要解决的是平台或FPSO热源不足的技术问题，提供一种透平余热回收系统，能够有效利用透平烟气余热，减少大气污染物的排放，保障热介质锅炉正常检修，提高热介质锅炉安全运行系数。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种透平余热回收利用系统该系统以并联的第一透平机和第二透平机所排出的高温烟气为热源，包括并联的第一导热油循环泵和第二导热油循环泵、内设换热盘管的余热炉以及现场控制盘；

第一透平机烟气出口通过其上设置有第一烟气阀的余热炉进烟管道连接于所述余热炉的进烟口，所述第一透平机烟气出口与所述第一烟气阀之间的余热炉进烟管道连接其上设置有第三烟气阀的第一旁通烟道，所述第一旁通烟道连接于第一旁通烟囱，所述第一透平机烟气出口与所述第一旁通烟道之间的余热炉进烟管道上设置有与所述现场控制盘连接的压力变送器；

第二透平机烟气出口通过其上设置有第二烟气阀的余热炉进烟管道连接于所述余热炉的进烟口，所述第二透平机烟气出口与所述第二烟气阀之间的余热炉进烟管道连接其上设置有第四烟气阀的第二旁通烟道，所述第二旁通烟道连接于第二旁通烟囱，所述第二透平机烟气出口与所述第二旁通烟道之间的余热炉进烟管道上设置有与所述现场控制盘连接的压力变送器；

所述第一烟气阀、所述第二烟气阀、所述第三烟气阀和所述第四烟气阀均设置有智能电气阀门定位器，并且均与所述现场控制盘连接；

所述第一导热油循环泵和所述第二导热油循环泵连接于导热油系统回油总管，对来自于导热油系统回油总管的导热油进行增压，并通过余热炉进油管线输送至所述余热炉的换热盘管内；所述第一导热油循环泵和所述第二导热油循环泵与所述现场控制盘连接；所述第一导热油循环泵的进口和出口、所述第二导热油循环泵的进口和出口分别设置有现场显示的压力表；

所述余热炉内的换热盘管通过余热炉进油管线连接并联的所述第一导热油循环泵和所述第二导热油循环泵，所述余热炉内的换热盘管通过余热炉出油管线连接于所述导热油系统供油总管，所述余热炉进油管线和所述余热炉出油管线上分别设置有现场显示的温度计、压力表和与所述现场控制盘连接的温度变送器、压力变送器、差压变送器，所述余热炉出油管线上还设置有与所述现场控制盘连接的流量变送器；

所述余热炉通过余热炉进烟管道连接并联的第一透平机和第二透平机，所述余热炉通过余热炉排烟管道连接有余热炉烟囱，所述余热炉进烟管道上与所述余热炉排烟管道上分别设置有与所述现场控制盘连接的温度变送器；

所述余热炉将所述第一透平机或所述第二透平机排出的高温烟气通过换热盘管，换热盘管获得的热量传递给其内部的导热油；

所述现场控制盘用于控制所述第一导热油循环泵和所述第二导热油循环泵的启停，用于控制所述第一透平机烟气出口和所述第一透平机烟气出口的烟气压力，用于控制所述第一烟气阀、所述第二烟气阀、所述第三烟气阀和所述第四烟气阀的开关，用于检测所述余热炉进油和出油的温度、压力和压差以及检测所述余热炉出油的流量，用于检测所述余热炉进烟和排烟的温度。

所述余热炉设置有补燃装置。

所述第一烟气阀、所述第二烟气阀、所述第三烟气阀和所述第四烟气阀选用烟气挡板阀。

本发明的有益效果是：

本发明为解决平台或FPSO热源不足及设备安全运行存在风险的问题，从海上平台或FPSO上的透平发电产生的烟气没有进行回收，直接排放造成热量损失的现状出发，设计了透平余热回收利用系统。

本发明的透平余热回收利用系统回收透平烟气中的热量，有效利用烟气余热给导热油加热，提高导热油的温度，减少了燃料消耗，降低原热介质锅炉的负荷，保障热介质锅炉的正常检修和热油系统的正常运行，从而降低原热介质锅炉安全运行的风险，提高设备安全运行系数，缓解原油外输的压力，同时也减少大气污染物的排放，实现了节能减排。

本发明的透平余热回收利用系统与同功率热介质锅炉相比，具有无需燃料，后期使用维护成本低；设备建造投资少；结构简单，易于维修；体积小，重量轻，对承重有限的平台或FPSO影响小；安装无需大型起重船舶及运输拖轮；碳排放少，年度碳排放效益高等优点。

本发明的透平余热回收利用系统具有一定的经济效益：按照可行性研究计算，新增余热炉可以替代3000KW的导热油炉出力，一台3000KW天然气为燃料的热油炉耗气量约为390m³/h（天然气价格为1元/m³计算，一天的燃气费用为9360元，一年按330天计算的燃气费用为309万元），从而达到余热回收再次利用，减少锅炉燃料消耗，实现节能的目的。

本发明的透平余热回收利用系统具有一定的环境效益：每年可减少多种大气污染物的排放，其中减少二氧化硫(SO₂)排放量约0.096t，碳氢化合物(C_nH_m)12.22t，氮氧化物(以NO₂计)31075t，二氧化碳(CO₂)6606t，具有显著的环保效益和社会效益。

本发明的透平余热回收利用系统改变了消耗燃料给热油加热的传统方式，实现了废热的有效利用，在海洋石油领域实现了首次成功尝试，能够拓展推广到其他的高温燃气余热回收领域。

附图说明

图1是本发明所提供的透平余热回收系统的结构示意图。

图中：1，第一透平机烟气出口；2，第二透平机烟气出口；3，第一烟气阀；

4，第二烟气阀；5，第三烟气阀；6，第四烟气阀；7，第一旁通烟道；8，第二旁通烟道；

9，余热炉进烟管道；10，余热炉排烟管道；11，第一旁通烟囱；12，第二旁通烟囱；

13，余热炉；14，余热炉烟囱；15，现场控制盘；16，导热油系统回油总管；

17，第一导热油循环泵；18，第二导热油循环泵；19，余热炉进油管线；

20，余热炉出油管线；21，导热油系统供油总管。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，下面详细说明本发明的透平余热回收系统：

如附图所示，本实施例公开了一种透平余热回收利用系统，是以透平机排放的高温烟气为热源，通过对其烟气余热进行回收，并利用高温烟气对余热炉13换热盘管内的导热油进行加热，以便能最大限度的回收和利用透平机组的余热，实现节能减排，主要由余热炉13、热油循环泵、烟气阀和现场控制盘15等设备组成。

本实施例中的余热炉13热负荷为3000KW，设计压力为1.2MPa，最高工作压力为0.9MPa设计温度为300℃，工作介质为导热油，换热面积为384m²。

余热炉13内部设置有换热盘管，在本透平余热回收利用系统中是利用高温烟气对换热盘管内的导热油进行加热的设备。余热炉13内的换热盘管通过余热炉进油管线19连接并联的第一导热油循环泵17和第二导热油循环泵18，通过余热炉出油管线20连接于导热油系统供油总管21。

余热炉13进口的余热炉进油管线19和余热炉13出口的余热炉出油管线20上分别设置有温度计（TI）和压力表（PI），现场显示温度和压力。余热炉进油管线19和余热炉出油管线20还分别设置有与现场控制盘15连接的温度变送器（TT）、压力变送器（PT）和压差变送器（PDT），余热炉出油管线20上还设置有与现场控制盘15连接的流量变送器（FT），以实现对导热油温度、压力、压差和流量等物理状态参数的现场显示及远程监控。当导热油温度、压力、压差和流量等出现异常时，现场控制盘15会发生报警。

余热炉13可单独作为热媒加热系统的热源设备；也可安装在原有热媒加热系统中，起到提高原锅炉使用效率，减少燃料消耗的作用。体现在本实施例中，余热炉13设置有补燃装置，当正在运行的第一透平机或第二透平机的废热量少，不能加热导热油到用户指定的导热油出口温度时，余热炉13中的补燃装置将自动开启，通过燃烧器提供更多的热烟气给换热盘管，最终实现余热的再次利用。

在余热炉13的前端和后端及余热炉烟囱14底部分别设有去往闭排的管线，其作用主要是将余热炉13和余热炉烟囱14在长期运转过程中产生的废液及时排走。

第一导热油循环泵17和第二导热油循环泵18对来自于导热油系统回油总管16的导热油进行增压，并输送至余热炉进油管线19，并通过余热炉进油管线19输送至余热炉13的换热盘管内。第一导热油循环泵17和第二导热油循环泵18并联连接，互为备用，以保证当一台出现故障时不会对总体工艺造成影响。现场控制盘15能够检测现场第一导热油循环泵17和第二导热油循环泵18的启停状态，并能实现第一导热油循环泵17和第二导热油循环泵18的远程启停控制。

第一导热油循环泵17的进口和出口、第二导热油循环泵18的进口和出口分别设一台现场显示的压力表（PI），用于现场显示压力。

本实施例中的第一导热油循环泵17和第二导热油循环泵18选用德国的KSB品牌，型号为SYA 125-315，流量为210m³/h，扬程为28.03m。

余热炉13通过余热炉进烟管道9连接并联的第一透平机和第二透平机，通过余热炉排烟管道10连接有余热炉烟囱14。余热炉进烟管道9上与余热炉排烟管道10上分别设置有与现场控制盘15连接的温度变送器（TT），用于实时监测余热炉13进口烟气温度和出口烟气温度。

第一透平机和第二透平机并联，其目的在于避免一旦燃气/余热机组出现问题，另一台机组可以正常运转，为油矿提供电能。允许每次只能选择一台透平机组作为主机为余热炉13供热。

第一透平机烟气出口1通过余热炉进烟管道9连接于余热炉13的进烟口，第一透平机烟气出口1与余热炉13之间的余热炉进烟管道9上设置有第一烟气阀3；第二透平机烟气出口2通过余热炉进烟管道9连接于余热炉13的进烟口，第二透平机烟气出口2与余热炉13之间的余热炉进烟管道9上设置有第二烟气阀4。第一透平机烟气出口1所对应的余热炉进烟管道9和第二透平机烟气出口2所对应的余热炉进烟管道9在分别通过第一烟气阀3与第二烟气阀4之后可以汇合进入余热炉13的进烟口。

为了充分保护透平机组可靠性，降低油矿失电风险，透平余热回收利用系统应设计为有旁通烟囱的烟气系统。另外，余热炉13在运行一段过程时，如需要进行保养、检修，这时就要对透平余热回收利用系统工作进行停止。透平余热回收利用系统停止过程中，第一透平机或第二透平机要继续保证正常工作，其排出的废热烟气必须进入旁通烟道排走，如不设置旁通烟道，将会造成透平机停止运行。

第一透平机烟气出口1与第一烟气阀3之间的余热炉进烟管道9上连接有通向第一旁通烟囱11的第一旁通烟道7，第一旁通烟道7上设置有第三烟气阀5。对应地，第二透平机烟气出口2与第二烟气阀4之间的余热炉进烟管道9上连接有通向第二旁通烟囱12的第二旁通烟道8，第二旁通烟道8上设置有第四烟气阀6。这样，当余热炉13不使用或其中的换热盘管进行检修的情况下，可以关闭余热炉13前面的第一烟气阀3和第二烟气阀4，并通过现场控制盘15的自动联动控制，第一旁通烟道7上的第三烟气阀5或第二旁通烟道8上的第四烟气阀6将被开启，烟气从第一旁通烟道7进入第一旁通烟囱11，或者烟气从第二旁通烟道8进入第二旁通烟囱12，最终排入大气。

第一烟气阀3、第二烟气阀4、第三烟气阀5和第四烟气阀6均为余热炉烟气管道的配套阀门，具有结构简单、流阻小、流通能力大等特点。第一烟气阀3、第二烟气阀4、第三烟气阀5和第四烟气阀6均与现场控制盘15连接，由现场控制盘15控制其开关状态，并且以选用烟气挡板阀为佳。第一烟气阀3、第二烟气阀4、第三烟气阀5和第四烟气阀6均采用智能电气阀门定位器，其用于气动直行程或角行程执行机构的控制，驱动执行机构使阀门开度达到与给定值相同的位置，其附加输入功能可实现锁定阀位或驱动阀门达到安全位置的功能。

第一烟气阀3与第一透平机1之间的余热炉进烟管道9上、第二烟气阀4与第二透平机2之间的余热炉进烟管道9上分别安装有与现场控制盘15连接的压力变送器（PT）。一旦实际烟气压力高于第一透平机1或第二透平机2的排气压力，余热炉进烟管道9上安装的压力变送器（PT）将传输给现场控制盘15信号，现场控制盘15再控制第一旁通烟道7上的第三烟气阀5或第二旁通烟道8上的第四烟气阀6开启，使烟气通过第一旁通烟囱11或第二旁通烟囱12排出，保证第一透平机1或第二透平机2正常无间断工作。

另外，由于两台透平机采用一用一备的形式，在第一透平机1和第二透平机2相互切换时，需要第一透平机1和第二透平机2同时工作。为了保证第一透平机1和第二透平机2相互之间不串烟，在切换透平机时，需要第三烟气阀5与第四烟气阀6开启，保证第一透平机1和第二透平机2烟气正常排放。被切换的透平机工作稳定后，可停止原运行的透平机，同时关闭原透平机对应的第三烟气阀5或第四烟气阀6，以达到第一透平机1和第二透平机2切换互不影响。

现场控制盘15是透平余热回收利用系统控制的中心与关键，通过通讯线与中控DCS连接，在中控可实时监控现场状况。现场控制盘15具有以下控制功能，（1）可实现第一导热油循环泵17和第二导热油循环泵18的启停控制，（2）可实现第一烟气阀3、第二烟气阀4、第三烟气阀5和第四烟气阀6的开关控制，（3）可实现余热炉中导热油温度、压力、压差和流量的显示与检测，（4）可实现系统中烟气温度和压力的显示与检测，（5）具有报警、安全连锁措施，（6）具备多种通讯协议和DCS通讯。本发明中的现场控制盘15为能够实现上述功能的本领域中通用的现场控制盘，在此不做限定。

尽管上面结合附图和优选实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种透平余热回收利用系统，其特征在于，该系统以并联的第一透平机和第二透平机所排出的高温烟气为热源，包括并联的第一导热油循环泵和第二导热油循环泵、内设换热盘管的余热炉以及现场控制盘；

2.根据权利要求1所述的一种透平余热回收利用系统，其特征在于，所述余热炉设置有补燃装置。

3.根据权利要求1所述的一种透平余热回收利用系统，其特征在于，所述第一烟气阀、所述第二烟气阀、所述第三烟气阀和所述第四烟气阀选用烟气挡板阀。