发电机余热回收对海上设施能量利用率的影响

时间：2024-07-28

郭汇江马永涛李达任毅张娟

（1海油总节能减排监测中心有限公司天津 300452 2中海艾普油气测试（天津）有限公司天津 300452 3瑞奇外科器械（中国）有限公司天津 300457）

中国海油作为中国最大的海上油气生产商，海上设施在保障海上油气生产的同时，消耗了大量的能源[1]。在国家日益加大节能力度的形势下，提高海上设施能量利用率，已成为中国海油在上游领域进行节能减排工作的重要任务。海上设施大多安装发电机组，这些发电机组为自身或是周边设施提供电力，动力强大，燃料消耗为自产油气。同时发电机组的能源消耗占海上设施综合能源消耗的比重很大，属于主要耗能设备。海上发电机组排烟温度一般分布在350~450℃，具有较大的余热利用潜力。研究表明，燃油、气发电机组的能量利用率在20%~35%之间，烟气携带大概30%左右的能量以热能的形式排放入大气，35%~40%的能量通过发电机机身散发和冷却循环水带走。对于烟气余热的充分利用则是发电机组提高能源利用率的关键所在。下面以中国海洋石油有限公司湛江分公司和深圳分公司实施的余热回收项目为例，主要就发电机余热回收对海上设施能量利用率的影响进行分析。

1 情况介绍

中国海洋石油有限公司湛江分公司某海上设施在3台透平发电机组烟道处增设3套余热回收装置用于回收利用透平尾气的高温热能，现稳定工况下使用1台回收装置满足设施热需求，1用2备，单套装置功率为7000kW。同时，配置3台热介质锅炉，单台功率10000kW作为备用，与透平发电机余热回收装置并网运行。

中国海洋石油有限公司深圳分公司某海上设施5台柴油发电机，正常工作时3台运行2台备用，燃料为原油。增设2套余热回收装置，单套1700kW，2套同时运行，余热回收改造后回收主机烟气余热，不再消耗原油，原3台热介质锅炉作为备用，与余热回收装置并网运行。

发电机组余热回收装置利用发电机组产生的高温烟气，通过烟道进入余热回收装置进行热量回收，回收的热量传递给热介质，被加热的高温热介质携带着大量的热能，经过换热后热介质汇集在一起，回到热介质膨胀罐，重新分配到余热回收循环泵，再进行增压、加热、换热，如此反复循环为热用户提供稳定的高温热源。

2 能量利用率和余热回收热量计算

能量利用率计算公式计算[2]：

式中：ηe—海上设施能量利用率；

E1—输入设施能量，tce；

E2—设施有效利用能量，tce；

E3—损失的能量，tce。

E1可以按下式计算[3]：

式中：n—设施消耗的能源品种数；

ei—生产活动中消耗的第i种能源实物量；

pi—第i种能源的折算系数。

E2按下式计算：

式中：n—设施上终端用能环节数量；

ηi—第i种终端用能环节的能量利用率；

Ei—进入第i种终端用能环节的能量。

回收热量计算公式如下[4]：

式中：Cp,m—热介质比热，KJ/kg.K；

T2-热介质出余热回收装置后的温度，K；

T1-热介质进余热回收装置前的温度，K；

m—热介质每小时循环量，kg。

比热Cp,m计算可利用比热计算经验公式：

式中α、β、γ…等均为常数，可由热介质已知的各个温度点比热计算获得。

3 海上设施能量利用率计算

3.1 海上设施未设置余热回收时能量利用率计算

中国海洋石油有限公司湛江分公司海上设施消耗的能源有天然气和柴油，统计期内综合能耗20542.54tce，其中天然气消耗20527.74tce，占全年综合能耗的99.9%，柴油消耗14.85tce，占全年综合能耗的0.1%。输入终端能量为7819.72tce，经过对终端用能环节监测计算后得到终端有效使用能量6002.05tce，根据能量利用率计算公式得到该海上设施的能量利用率为29.2%。

中国海洋石油有限公司深圳分公司海上设施消耗的能源有原油和柴油，统计期内综合能耗10471.95tce，其中原油消耗10272.75tce，占全年综合能耗的98.1%，柴油消耗199.2tce，占全年综合能耗的1.9%。输入终端能量为4507.26tce，经过对终端用能环节监测计算后终端有效使用能量4018.53tce，根据能量利用率计算公式得到该海上设施的能量利用率为38.3%。

3.2 海上设施设置余热回收时能量利用率计算

在设置了余热回收装置后，湛江分公司海上设施消耗的能源仍为天然气和柴油，相同统计期内设施综合能耗18776.66tce，余热回收量4881.92tce，其中天然气消耗18761.81tce，占全年综合能耗的99.9%，柴油消耗14.85tce，占全年综合能耗的0.1%。在发电机组效率、输送过程中线损率和终端用能环节能量利用率不变的情况下，采用余热回收后输入终端能量为7279.46tce，终端有效使用能量6269.82tce，根据能量利用率计算公式得到采用余热回收装置后该海上设施的能量利用率为33.7%。

相同统计期、能源消耗种类、发电机组效率、输送过程中线损率和终端用能环节能量利用率，设置了余热回收装置后，深圳分公司海上设施综合能源消耗量为9672.89tce，余热回收量639.25tce，其中原油消耗9473.69tce，占全年综合能耗的97.9%，柴油消耗199.2tce，占全年综合能耗的2.1%。采用余热回收后输入终端能量为4347.45tce，终端有效使用能量4138.05tce，根据能量利用率计算公式得到采用余热回收装置后该海上设施的能量利用率为42.78%。

表1 未回收余热与回收余热海上设施能量利用率对比表

4 计算结果分析与讨论

表1为海上设施在未设置余热回收装置与实施余热回收设施能量利用率的对比表。从表中可以看到，有、无余热回收时发电机组和设施能量利用率有较大变化，进行余热回收后设施能量利用率得到提高。湛江分公司某海上设施设置余热回收后发电机组能量利用率由14.2%提高到40.2%，升高了26%；能源利用率由29.2%提高到33.7%，升高了4.5%。深圳分公司某海上设施设置余热回收后发电机组能量利用率由37.69%提高到44.4%，升高了6.71%；能源利用率由38.3%提高到42.78%，升高了4.48%。