CN112483250A - 一种导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统。该系统由导热油换热子系统和有机朗肯循环发电‑产热子系统构成，导热油换热子系统和有机朗肯循环发电‑产热子系统通过蒸发器耦合相连；导热油换热子系统包括第一回路和第二回路；第一回路和第二回路在增压油泵出口管路和外输热交换器入口管路之间并联连接；第一回路包括烟油换热器、外输热交换器、增压油泵和所述蒸发器，通过管道依次相连，所述蒸发器导热油进、出口由旁通管路相连；第二回路依次经过导热油炉、所述外输热交换器和所述增压油泵；有机朗肯循环发电‑产热子系统由所述蒸发器、透平膨胀发电一体机、冷凝换热器、工质液储罐和工质泵依次管道连接。本发明将导热油炉与有机朗肯循环耦合连接，充分利用燃气轮机烟气余热资源供热、发电，实现了废热的资源化，节能降耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种中低温余热回收利用技术领域，具体涉及一种有机朗肯循环烟气余热发电系统。
背景技术
化石能源的日渐枯竭和温室效应的加剧是世界范围内环境面临的严峻问题。这些问题迫使我们向减少化石燃料使用、能源的高效利用、清洁能源开发等方向寻求解决途径。余热资源的有效回收是提高能源利用率的重要手段，500℃以下的余热资源被划分为中低温余热。有机朗肯循环可以充分利用温度较低的余热，将低品位余热转换为输送方便、使用灵活的高品位电能，而不需要额外消耗其他化石燃料，是提高能源利用效率和降低环境污染的有效途径。
在我国海上石油开采的陆地终端作业区域，存在大量的废热和用热需求。在原油运输过程中，往往利用消耗燃料的导热油炉对导热油进行加热，再由导热油作为中间介质，将热量传输给热用户，这部分热需求巨大，需要消耗大量燃料；同时，燃气轮机是陆地终端作业区域的主要动力设备，为终端作业提供了动力来源，据监测数据，以常规作业负荷运行下的燃气轮机排烟在350℃-500℃之间，属于中温余热资源，蕴含大量余热。针对上述情况，如果能将燃气轮机的烟气余热加以利用，利用烟气余热加热导热油，利用剩余烟气经过有机朗肯循环发电，既能省去导热油炉部分的天然气消耗，使替代的部分导热油炉成为备用热负荷，又能实现余热资源的梯级利用，产生额外电能，节能减排的同时还增加了热负荷供应的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够利用燃气轮机余热资源供热、产电，从而实现节能减排的导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统。
为了达到本发明目的，本发明采用的技术方案是：一种导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统，该系统由导热油换热子系统和有机朗肯循环发电-产热子系统构成，所述导热油换热子系统和所述有机朗肯循环发电-产热子系统通过蒸发器耦合相连；所述导热油换热子系统包括第一回路和第二回路；所述第一回路和第二回路在增压油泵出口管路和外输热交换器入口管路之间并联连接；所述第一回路包括烟油换热器、所述外输热交换器、所述增压油泵和所述蒸发器，通过管道依次相连，形成闭合回路，所述蒸发器导热油进、出口由旁通管路相连；所述第二回路依次经过导热油炉、所述外输热交换器和所述增压油泵；
所述有机朗肯循环发电-产热子系统由所述蒸发器、透平膨胀发电一体机、冷凝换热器、工质液储罐和工质泵依次管道连接，形成闭合回路；
在所述第一回路的蒸发器导热油进口管段上设有第一启闭阀，在所述增压油泵出口与所述第一启闭阀之间设有第一调节阀，在所述旁通管路上设有第二启闭阀；在所述第二回路的导热油炉进口管段上设有第二调节阀；在所述烟油换热器的烟气进口管段上设有烟气调节阀。
优选地，所述烟油换热器的热源为燃气轮机排烟，所述烟油换热器的烟气过流管道做过防硫酸腐蚀处理。
优选地，所述冷凝换热器为循环工质与水的液-液换热器，产出的热水输送至热水用户。
采用了上述本方案后，当没有烟气热源时，由导热油炉满足外输热交换器的热负荷；当获得烟气热源时，可利用烟气余热加热导热油，利用剩余烟气经过有机朗肯循环发电，形成导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统。对比仅用导热油炉加热导热油的单一循环系统，本方案能节省导热油炉部分的天然气消耗，还能产生额外电能，节能减排，且提高了热负荷供应的可靠性。
附图说明
图1为本发明所提供的导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统的流程示意图。图1中：烟油换热器1；外输热交换器2；增压油泵3；蒸发器4；导热油炉5；冷凝换热器6；冷凝换热器7；工质液储罐8；工质泵9；第一启闭阀101；第二启闭阀102；第一调节阀111；第二调节阀112；烟气调节阀113；旁通管路12。
具体实施方式
本发明的核心为提供一种导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统，采用这种系统，能够利用燃气轮机的烟气余热加热导热油并发电，从而省去导热油炉部分的天然气消耗，实现节能减排的同时增加热负荷供应的可靠性。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例1: 在一种具体实施方式中，如图1，一种导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统，该系统由导热油换热子系统和有机朗肯循环发电-产热子系统构成，导热油换热子系统和有机朗肯循环发电-产热子系统通过蒸发器（4）耦合相连；导热油换热子系统包括第一回路和第二回路；第一回路和第二回路在增压油泵出口管路和外输热交换器入口管路之间并联连接；第一回路包括烟油换热器（1）、外输热交换器（2）、增压油泵（3）和蒸发器（4），通过管道依次相连，蒸发器（4）导热油进、出口由旁通管路（12）相连，形成闭合回路；第二回路依次经过导热油炉（5）、外输热交换器（2）和增压油泵（3）；第一回路和第二回路在增压油泵（3）出口管路和外输热交换器（2）入口管路之间并联连接；有机朗肯循环发电-产热子系统由蒸发器（4）、透平膨胀发电一体机（6）、冷凝换热器（7）、工质液储罐（8）和工质泵（9）依次管道连接，形成闭合回路；在第一回路的蒸发器（4）导热油进口管段上设有第一启闭阀（101），在所述增压油泵（3）出口与所述第一启闭阀（101）之间设有第一调节阀（111），在所述旁通管路（12）上设有第二启闭阀（102）；在所述第二回路的导热油炉（5）进口管段上设有第二调节阀（112）；在烟油换热器（1）的烟气进口管段上设有烟气调节阀（113）。
具体地，烟油换热器（1）的热源为燃气轮机排烟，所述烟油换热器（1）的烟气过流管道做过防硫酸腐蚀处理，为了防止含硫天然气燃烧所产生的烟气对烟气流道的金属材料的硫酸腐蚀，延长换热器设备的使用寿命。
具体地，冷凝换热器（6）为循环工质与水的液-液换热器，产出的热水输送至热水用户。
当没有烟气热源时，关闭第一调节阀（111），开启第二调节阀（112），切断第一回路，开通第二回路，此时，外输热交换器（2）的热负荷完全由导热油炉（5）提供。
实施例2: 本实施例的导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统与实施例1相同，不同之处在于本发明的使用工况，当所述导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统获得烟气热源，烟气热量能满足部分所述外输热交换器（2）的热负荷时，关闭第一启闭阀（101），打开第二启闭阀（102），调节第一调节阀（111）和第二调节阀（112）的阀门开度，使导热油炉（5）出口的导热油和烟油换热器（2）出口导热油混合后的油温能满足进入外输热交换器（2）的换热需求，此时烟气调节阀（113）处于完全开启状态，外输热交换器（2）的热负荷由所述导热油炉（5）和燃气轮机烟气余热共同提供。
实施例3: 本实施例的导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统与实施例1相同，不同之处在于本发明的使用工况，当所述导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统获得烟气热源，烟气热量能满足全部所述外输热交换器（2）的热负荷，且烟气提供的热量不足以启动所述有机朗肯循环发电-产热子系统时，开启第二启闭阀（102）、第一调节阀（111），关闭第一启闭阀（101）、第二调节阀（112），调节烟气调节阀（113），排掉多余烟气，所述外输热交换器（2）的热负荷完全由燃气轮机烟气余热提供。
实施例4: 本实施例的导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统与实施例1相同，不同之处在于本发明的使用工况，当导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统获得烟气热源，烟气热量能满足全部外输热交换器（2）的热负荷，且烟气提供的热量能满足有机朗肯循环发电-产热子系统正常运行负荷时，开启第一启闭阀（101）、第一调节阀（111），关闭第二启闭阀（102）、第二调节阀（112），外输热交换器（2）的热负荷完全由燃气轮机烟气余热提供。同时，在导热油换热子系统循环的导热油通过蒸发器（4）换热给有机朗肯循环发电-产热子系统的循环介质，有机工质在蒸发器（4）中吸热蒸发，气态工质进入透平膨胀发电一体机（6）内膨胀做功，压力、温度随膨胀降低，随后进入冷凝换热器（7）进一步冷凝，在冷凝换热器（7）中换热产出的热水可输送至低温热水用户，液态有机工质被工质泵（9）加压后又送回到蒸发器（4），工质系统形成一个完整循环。在有机朗肯循环发电-产热子系统中，工质液储罐（8）起到缓冲作用，根据该子系统从烟气获得的能量多少，工质泵（9）变频调节工质循环流量，从而调节有机朗肯循环发电-产热子系统的运行负荷。利用本发明有机朗肯循环耦合燃气轮机烟气余热回收系统实现余热的产热、发电利用。
本发明的具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，而并非是对本发明实施方式的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统，其特征在于，该系统由导热油换热子系统和有机朗肯循环发电-产热子系统构成，所述导热油换热子系统和所述有机朗肯循环发电-产热子系统通过蒸发器耦合相连；所述导热油换热子系统包括第一回路和第二回路；所述第一回路和第二回路在增压油泵出口管路和外输热交换器入口管路之间并联连接；
所述第一回路包括烟油换热器、所述外输热交换器、所述增压油泵和所述蒸发器，通过管道依次相连，形成闭合回路，所述蒸发器导热油进、出口由旁通管路相连；所述第二回路依次经过导热油炉、所述外输热交换器和所述增压油泵；所述有机朗肯循环发电-产热子系统由所述蒸发器、透平膨胀发电一体机、冷凝换热器、工质液储罐和工质泵依次管道连接，形成闭合回路；在所述第一回路的蒸发器导热油进口管段上设有第一启闭阀，在所述增压油泵出口与所述第一启闭阀之间设有第一调节阀，在所述旁通管路上设有第二启闭阀；在所述第二回路的导热油炉进口管段上设有第二调节阀；在所述烟油换热器的烟气进口管段上设有烟气调节阀。
2.根据权利要求1所述的导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统，其特征在于，所述烟油换热器的热源为燃气轮机排烟，所述烟油换热器的烟气过流管道做过防硫酸腐蚀处理。
3.根据权利要求1所述的导热油炉与有机朗肯循环耦合燃气轮机余热回收系统，其特征在于，所述冷凝换热器为循环工质与水的液-液换热器，产出的热水输送至热水用户。
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2021
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