长输管道烟气余热回收应用前景.pdf

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1、第34卷第2期UTILlTY长输管道烟气余热回收应用前景修钰翔中石化石油工程设计有限公司，山东东营257026公用工程105摘要：燃气轮机烟气的温度一般高达500℃，直接排放到大气中既造成了大量热源浪费，又产生热污染，传统的回收方式利用率较低、经济效益有限。为提高燃驱压缩机能源利用率，减少环境污染，研究了目前燃气轮机烟气利用现状，提出有机朗肯循环余热回收用于发电或作为动力驱动小功率压缩机的方法，实现节约能源、提高能源利用率的目的，分析了其经济效益和社会效益，并对燃驱压气站的余热回收利用前景进行了展望。关键词：燃气轮机；有机朗肯循环；余热回收；经济效益；社会效益DOI：10．396

2、9／j．issn．1006—5539．2016．02．0230前言我国是世界第二大能源生产国与消费国，能源蕴藏量位居世界前列，但人均能源资源占有量远低于世界平均水平，能源综合利用率较低，为发达国家的50％。石油、天然气等低品位能源，在消耗过程中造成了大量能源浪费，加剧了环境污染¨。。目前国内长输管道压气站中燃驱压气站超过40座，燃气轮机超过100台，燃气轮机靠燃烧大量天然气提供动力，每产生1MW动力需消耗7000～7500m3天然气，产生的烟气温度高达500qC，直接排放到大气中既造成大量热源浪费，又产生热污染‘21。，根据GB／T1028—2000((工业余热术语、分类、等级及

3、余热资源量计算方法》H3中余热资源等级划分，燃气轮机烟气余热属一类余热资源，应优先回收。近年来，在国家大力倡导“节能减排”能源利用政策的大环境下，烟气余热回收技术得到了越来越多的发展，在提高能源综合利用率、带来可观经济效益的同时，减少了二氧化碳、氮氧化物的排放，对节约能源、改善大气环境具有重要意义。烟气余热回收技术已日趋成熟，但在长输管道中的应用还较少，目前国内外石油、天然气行业中燃气轮机75％以上为简单循环，循环效率仅为20％～42％怕11，未考虑余热回收。国内仅在西气东输二线霍尔果斯首站进行了余热回收利用，其方式一是通过碳交易将大部分余热卖给第三方能源公司；二是设置气水换热器

4、生产采暖热水，供站内采暖。这两种方式均存在局限性，主要体现在两方面：将余热卖给第三方能源公司，经济效益一般，且各压气站周边未必具备接收该部分余热的能源公司；用于站内采暖，使用量较少，且气水换热器效率较低，导致余热浪费。1有机朗肯循环有机朗肯循环(OrganicRankineCycle，ORC)是以低沸点有机物(戊烷)为工质的朗肯循环，主要由余热锅炉、透平、冷凝器和工质泵四部分组成，工艺流程见图1。有机工质在换热器中从余热流中吸收热量，生成具有一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机膨胀做功，带动发电机或拖动其他动力机械。从透平机排出的蒸汽在冷凝器中冷凝成液态，最后借助工质泵重新回到换

5、热器，如此不断地循环下去。由于无压力或低压力的热源无法利用其他办法实现热功转换，有机朗肯循环膨胀机是唯一选择，在有机朗肯循环中，工质的作用是将热源的热值提取出来，将温度转化为压力、动力，实现热源的动力输出¨1⋯。该技术始于20世纪60年代，技术较成熟，装置规模收稿日期：2015—09—23作者简介：修钰翔(1984一)，男，山东龙口人，工程师，学士，主要从事油气工艺设计工作。106天然与与石油NATURALGASANDOIL2016年4月10kW～17MW不等，在水泥、钢铁、冶金等行业的余热回收中应用广泛，国外长输管道方面，加拿大运输管道公司、美国北方管道公司等均采用有机朗肯循环

6、开展余热回收，回收功率最大16MW。有机朗肯循环与常规水蒸气朗肯循环相比优点如下：1)对较低温度热源的利用效率更高。2)戊烷比水蒸气密度大、比容小，所需膨胀机、排气管道及冷凝器中的管道直径均较小。3)与水蒸气不同，戊烷在膨胀做功过程中，从高压到低压始终保持干燥状态，可以减少对膨胀机的腐蚀。4)有机工质冷凝压力高，整个系统在接近和稍高于大气压力的情况下工作，降低有机工质的漏失。冷凝器八十j二兰厶工质泵图1⑩换热器口_口吵膨胀机热媒fn口有机朗肯循环(ORC)工艺流程图表1压气站设计参数5)有机工质凝固点很低(低于一73。C)，允许在较低温度下仍能释放能量；在寒冷天气可增加出力，冷凝

7、器也无需增加防冻设施。针对长输管道燃气轮机的余热回收，将有机朗肯循环系统整合到余热利用系统，以烟气余热驱动有机朗肯循环，可以实现将低品位能源(废热)转换为高品位能源(电能、机械能)，减轻电力负担，提高能源利用率(约10％)，在相同输出条件下，节约投资、降低能耗、减少二氧化碳等污染物的排放。2有机朗肯循环余热回收的应用燃气轮机烟气属于一类余热资源，鉴于有机朗肯循环余热回收良好的经济效益、社会效益，已引起长输管道运营单位的高度关注，并进行了大量研究，以实现余热回收的经济效益、社会效益