吐哈油田航机烟气余热回收技术

樊黑钦

(中原设计公司 ， 河南 濮阳　457100)



吐哈油田航机烟气余热回收技术

樊黑钦

(中原设计公司 ， 河南 濮阳457100)

摘要：随着能源价格的日益高涨，降低能耗，减少能耗排放已经成为重要的发展方向，讨论了吐哈油田余热回收利用的难点及解决方法，介绍了烟气余热回收装置工艺、安装要点及方式，探讨了烟气余热回收利用的应用、经济效益及节能意义。

关键词：航机余热 ； 节能 ； 热管式换热器 ； 烟道气

0前言

目前吐哈油田鄯善航机站共有六台航机，单台航机每天尾气量为20×104m3，尾气温度在600~700 ℃，全部放空，造成大量热源浪费，而鄯善联合站及其办公地点的采暖，是由鄯善联合站三台天然气加热炉提供热量，如果为鄯善航机发电机组尾气加装余热回收装置，将这部分热量利用起来，用于补充鄯善联合站及其办公点的采暖，将可以大量降低鄯善联合站加热炉能耗。

1烟气余热回收利用技术

在高温烟气管道尾部设置烟气余热回收装置，可有效提取烟气中的尾部余热，降低排烟热损失。烟气余热回收装置一般分为直接接触换热式和间接换热式。直接接触换热式采用水喷淋的方式与烟气直接接触进行热质交换，虽然此方式热能回收率高，但吸收了烟气中大量有害物质，回收水质为酸性，使用受到限制。间接换热式余热回收装置通过管道与烟气进行热交换，不直接接触，烟气的酸碱特性对管道中的流体无影响。常用的余热锅炉即为烟气、水进行间接换热的余热回收。工作原理如图1所示。

燃烧排放的高温烟气，排烟温度一般为160～700 ℃，高温烟气直接排放带走大量的热能。与常规可回收应用场合的热媒温度或室外空气温度相比，有70～450 ℃的温差，具有较大的显热热能；同时由于排放烟气中一般含有约10%以上的水蒸气，

图1　余热锅炉工作原理图

烟气中的蒸汽还携带着大量的汽化潜热。如果高温烟气排放量较大，则烟气中蕴含的显热和潜热量非常可观。

在高温烟气道尾部设置烟气余热回收装置，可有效提取烟气中的尾部余热，降低排烟热损失。烟气余热回收装置一般分为直接接触换热式和间接换热式。直接接触换热式采用水喷淋的方式与烟气直接接触进行热质交换，虽然此方式热能回收率高，但吸收了烟气中大量有害物质，回收水质为酸性，使用受到限制。间接换热式余热回收装置通过管道与烟气进行热交换，不直接接触，烟气的酸碱特性对管道中的流体无影响。常用的余热锅炉即为烟气、水进行间接换热的余热回收装置。

余热锅炉的进口与燃烧排放的烟气出口直接相连，高温烟气经过余热锅炉的换热后，经过余热锅炉换热后的烟气通过烟囱排出；同时在高温烟气通道中设置旁通烟道和三通阀，可根据热负荷需求通过调节三通阀调整进入到余热锅炉的烟气量；余热锅炉内设置多回程的蛇形水管，以增大换热面，蛇形水管与高温烟气充分接触，以对流换热的方式吸收高温烟气的热量，经过管壁的热传导、辐射和对流作用将管内的水加热，供给热用户使用；根据高温烟气温度、热媒和热负荷需求等因素，通过设计调整换热面积大小、热媒管道流速等手段，可以确定最后的循环热媒为蒸汽或热水。

由于在烟道中增设了换热器，增加了排烟管道阻力，为了减少换热器对烟道阻力的影响，可以通过增大换热器烟气管道流通截面、提高排烟烟道高度、增设排烟风机、增加风压检测和自动控制等相应的风压平衡管理措施，有效降低烟气阻力，以消除对燃料燃烧的影响，保证燃料平稳、安全、可靠和充分燃烧。

由于在燃料中多含有硫、氮等成分，燃烧后烟气多含有二氧化硫、氮氧化物，如果经过余热锅炉换热后，烟气温度过低，烟气中水蒸气将凝结，会使烟气中的氮氧化物、二氧化硫等溶解，使凝结水成弱酸性，容易对烟道和余热锅炉造成腐蚀。因此在选用烟道和换热元件时，要选用耐腐蚀材质，以有效防止腐蚀现象的产生；同时注意要对产生的冷凝水溶液进行碱液中和后排放，以消除对周围环境的影响。余热锅炉选择计算时避免排出的烟气温度过低，以防范低温腐蚀。

2航机烟气余热利用的可能性

吐哈油田鄯善航机发电机烟气温度为600 ℃，烟气量8 300 Nm3/h， 经换热器换热后温度可降至153 ℃，单台航机可提供热量572.8×104kJ/h。而鄯善联合站热水锅炉(采暖时间为7个月)平均燃气耗量为315 Nm3/h，燃气提供热量1 055.1×104kJ/h，差额热量为482.3×104kJ/h，此部分热量由鄯善联合站燃气加热炉补充，所需平均燃气量为144 Nm3/h；其采暖水的供、回水管道长约4 km，按采暖水在其输送过程中的热损耗约为96.3×104kJ/h ，供水温度90 ℃，回水温度60 ℃，热水流量46 m3/h，鄯善航机站实际为采暖地点的提供的热量是289.7×104kJ/h。

3烟气余热回收技术设备参数

根据调研情况，为航机站设计两台换热器，增加两台热水增压泵，新建鄯善航机站至鄯善联合站供、回水管线4 km。

根据吐哈油田余热回收利用的特点及可行性，拟采用间壁式换热器中的热管式换热器。热管换热器由许多根热管，按一定的排列方式组成，每支热管都是独立的换热组件，所以其传热效率的高低取决于每支热管，即热管换热器传热量的大小取决于热管传热量的大小。一般热管分为低温热管(4~200 K)、中温热管(200~700 K)、高温热管(700 K以上)，工业和日常使用的热管多为中温热管。凡是在排烟、排水、排气等有余热的地方，可以使用热管换热器进行余热回收。热管式换热器特性参数如表1所示。

表1　热管式换热器特性参数

4烟气余热回收工艺

根据调研情况，为航机站航机设计两台换热器，增加两台热水增压泵。新建鄯善航机站至鄯善联合站供、回水管线4 km。

烟气自航机发电机排出，航机发电机烟气排出温度为600 ℃，其单台航机的排烟量8 300 Nm3/h。原烟气经烟道直接由烟筒排出，在烟道与烟筒之间增加热管式换热器一台，通过热管式换热器将烟气余热充分回收利用。热管式换热器回水温度60 ℃，供水温度90 ℃。

烟气经热管式换热器后，烟气的排出温度为153 ℃。60 ℃的采暖热水经换热以后，其温度升高至90 ℃，90 ℃的热水输送去鄯善联合站热水泵进口总管。由热水泵送去各采暖点，供冬季采暖及伴热使用，使用后经集水器一路去加热炉，另一路经热水增压泵送去航机站。增压泵一开一备自动切换，在进鄯善联合站热水泵进口前设温度控制与报警。

5烟气余热回收列管式换热器的安装

对航机站内5#、6#航机发电机进行烟气余热回收，增加两台相同规格换热器，分别布置在两台航机发电机的烟道上。航机烟道烟气压力大于1 000 Pa，换热器压降为505 Pa，经核算加装热管式换热器不影响航机发电机正常运行。新增换热器可布置在航机烟气烟道上方，即烟气出口至烟筒之间的烟道上。在换热器前设置一个烟气旁路，用于换热器停用或故障检修时的排烟。换热器前、烟气旁路上及换热器后部烟道安装三个自制闸门。

6改造效果

此次改造采用热管式换热器，热管式换热器传热系数高，彻底解决了泄漏问题，减轻露点腐蚀，单根或多根高效真空传热管的损坏不影响设备整体使用。所采用技术及工艺处于国内行业领先水平，通过对技术、经济、工艺、设备等研究，鄯善航机站烟气余热利用安全、可靠、可行。工程实施后，预计将节省天然气31×104Nm3/a，具有明显的经济效益和社会效益。

实施后，吐哈油田鄯善采油厂航机发电烟气余热回收利用成为油田采暖的重要辅助系统，通过深挖其节能潜力，降低了油田自用天然气消耗，提高供热系统整体效率，实现了油田节能减排目标。

7结论

在发电机烟气余热综合利用的设计过程中应充分考虑以下几方面的因素：①余热利用应避免对发电机的性能产生大的影响，即不影响燃气发电机组的正常运行及功率输出；②排气总管到余热锅炉之间的距离应尽可能短，同时应充分考虑排气管的隔热保温，减少从发电机排气出口至余热锅炉的热量损失；③需要考虑燃气发电机组负荷变化时给制热造成的影响，避免因负荷变化使制热过量或能力不足；④考虑到整个流程控制范围大、操作难度大等因素，整个系统应尽可能实行电气自动化控制和监测；⑤整套系统应充分考虑维护操作及使用安全性。

生物农药中试成功

近日，记者从扬州工业职业技术学院了解到，经过一年来的工艺及装置优化，由玉米秸秆制取生物农药的中试过程于日前在该院顺利完成，产品达到了植物杀菌、去除农药残留和增产的预期目标。这不仅意味着此项国家发明专利技术已经基本具备产业化条件，而且为我国生物农药制备及玉米秸秆综合利用开辟了一条崭新的途径，并为生物农药的推广提供了有力支持。

秸秆生物农药不但能以绿色方式抑制有害病原菌，还会降解土壤中的化学农药残留。试验证明，它可以降解去除40%~60%的农药残留，还能增加土壤中的有益微生物，改善土壤微生态环境。

秸秆制取生物农药的关键技术在于从秸秆中培养木霉菌。因为木霉菌具有很强的抑制植物病原菌功能，而秸秆恰是木霉菌生长和繁殖的最理想载体。其作用原理是通过木霉生防菌的重寄生、竞争、溶菌等作用机制，对土传病原菌进行抑制，达到“消灭”植物上和土壤中的有害病菌的目的。而木霉本身对作物、人畜及生态环境无害，具有绿色环保优点。

把秸秆粉加入固体发酵罐中，加入一定的水份和无机盐等混合均匀，高温灭菌后冷却到一定温度，然后接入木霉菌种，并控制适当的湿度和温度，营造最适合木霉菌生长的环境条件。然后木霉会在秸秆粉末中大量繁殖，当木霉分生孢子产量到达标准值后生物农药就制取完成。

该工艺是用木霉菌产生的纤维素酶分解玉米秸秆中的纤维素，为秸秆发酵提供营养物质，而由秸秆废物取代玉米淀粉为生产原料，大大降低了产品成本和使用成本。经测算，秸秆生物农药成本比传统农药降低30%以上。另外，试验表明，该产品具有10%~30%的增产效果。

据悉，我国每年产生各种秸秆7亿t，由于没有被有效利用，相当一部分被焚烧，对大气环境造成严重污染，成为制造雾霾的重要帮凶。

作者简介：樊黑钦(1971-)，男，高级工程师，研究方向是油气田地面工程，电话：13333935754。

收稿日期：2015-11-08

中图分类号：X74

文献标识码：B

文章编号：1003-3467(2015)12-0034-03