学文网摘要：作为海上石油开发的关键性设备，海上浮式生产储油轮
（FPS0）在海上石油、天然气等的开采、加工及运输上发挥着重要作用。但受其工作环境和自身电力系统等的限制，燃气轮机大多没有相应的余热回收设备。为降低能耗，保护环境，海上燃气轮机的余热回收利用越来越引起人们的广泛关注。本文重点探讨余热利用的方法方式。
关键词：燃气轮机 余热利用 海上石油平台 回热器
1 海上平台电力系统
在海上油气资源的开采过程中，海上石油平台电力系统为整个海上石油开采系统提供能源和动力，保证了石油开采和运输的日常运营，是海上油气开采作业系统的重要组成部分，其优越性主要表现在：①海上浮式生产储油轮（FPSO）的电力系统与陆地上相比有其独特性，主要表现在：海上平台电力系统的发电机调压动作时间短、速度快、励磁能力和过载能力较强；此外，燃气轮机发电机还具有启动快、运行平稳、效率高等优点。②海上电力平台系统可以充分利用海上油气开采平台采集到的天然气作为燃气轮机的能源供给，既降低了燃气运输的风险，又节省了燃气运输费用。③燃气轮机具有功率大、体积小、效率高、运行灵活、启动快捷、排放气体污染小等特点。因此，其在海洋采油生产设施上应用的优势不言而喻。
2 燃气轮机余热利用必要性
目前，燃气轮机的单循环热效率为20%-42%，而小型、微型燃气轮机的热效率低于20%，既浪费了大量燃气热能，又造成了氮氧化物等的超标排放，对燃气轮机未来的应用与发展是极为不利的。为了推动燃气轮机的进一步发展，提高燃气轮机排气余热的利用率，降低能源消耗。加大科技投入积极开发绿色产品，实现燃气轮机余热的高效回收利用，是我国当前燃气轮机发展的必由之路。
3 燃气轮机余热利用的方式
燃气轮机排气余热回收方式一般分为2种：联合循环式和回热式。
3.1 联合循环式
余热锅炉是一种典型的热交换器，主要用于燃气轮机排气余热的回收和利用，可有效提高热效率10%以上，在此过程中产生的蒸汽或热水可用于取暖、制冷、发电等；将蒸汽回注可以有效提高热效率，将热效率提高4%以上。
余热锅炉装置主要由省煤器、余热锅炉、过热器三部分构成，一方面其外壁不承受压力，但另一方面其换热管和外壁都要承担热负荷。一般地，单纯使用余热锅炉并不能达到余热回收的理想效果，而要使用单压式余热锅炉装置（简称单压锅炉）进行余热回收（如下***所示），按照安装形式划分，可分为卧式和立式；按照循环方式划分，可分为自然循环和强迫循环。为了降低其辅助设备的能耗和制造成本，余热锅炉装置一般采用卧式自然循环。
燃气轮机在工作时，其排烟温度可高达400-600℃。为提升燃烧空气温度，降低排气温度达到回收废热目的。厂商经过设计、开发、检验推出了一整套燃气轮机发电机组废热回收装置，即在燃气轮机发电机组排烟管道原有的基础上加装一套热交换器，即废气锅炉和一套燃油燃气锅炉组合而成的一套热介质锅炉。这套装置通过对废弃锅炉和燃油燃气锅炉的串联进行介质加热，将排烟出口的温度降低200-300℃，实现了废热回收和利用，降低能源消耗，实现燃气机余热的二次利用，减少了大气污染。
3.2 回热式
3.2.1 板式回热器
板式回热器是在板式热交换器的基础上进行改进发展的，用于气-气的板式热交换器，其换热系数可达350W/（m2/ ），而管式热交换器的换热系数只能达到30W/（m2/ ）。板肋式热交换器具有单位体积传热面积大、传热效率高、流体阻力小、热容量小、结构紧凑及同时允许几种介质进行热交换等优点，它的传热面积能达到（1500-2500）m2，最高可以达到5000m2，而管式热交换器仅能达到150m2左右，其采用真空铅焊，特别适用于小型燃气轮机。
近年来，波形板式回热器经过一系列的改进，新型波形板式回热器与原来相比有了很大的不同，它由两块薄的金属板一次卷压为异型，用激光焊接手法密封两端，上下波形板的波形相交呈X形，冷热流体在波形板两侧的流动时，通过波形板实现热交换；改良后的波形板式回热器与传统的相比具有很大优势，主要表现在：体积小、成本低、制造工艺简单、传热面积大等。因此，波形板式回热器的气体流通度较好，压力损失率低；以波形接触点作为结构支撑点，强度较好；同时，将回热器制成环形，并安装在燃气轮机的外壳上，可以构成一道坚实的转子破裂屏障，具有很高的安全性，噪声小，安装拆卸方便。
3.2.2 热管式热交换器
热管式热交换器作为一种新型的高效热交换器，其应用情况可追溯到上世纪六十年代，它具有超强的导热能力，是优良金属的1000-10000倍，实现了低温条件下的有效传热，其应用已最初宇航的热控制，扩展到近期的电子工业、余热回收、新能源、石油化工等方面，收效明显。专门用于燃气轮机余热回收的热管换热器主要有三部分：壳体、热管、隔板。热管式热交换器在工作时，利用其高温烟气使工作液液化，从而使冷流体的温度在热管的流动过程中得到提高，冷热流体一般是逆向流动的，具有较高的热传导效率。
4 余热利用实际数据分析
5 结论
余热锅炉燃气轮机机组的组合适用于回收和利用大中型燃气轮机的余热，热效率高；回热器适用于压比低于10的中小型燃气轮机的回收与利用，根据中小型燃气轮机未来的发展趋势，回热器很可能成为小型燃气轮机的重要组件之一。就海洋石油发电系统而言：大型FPSO和中心平台适合采用余热锅炉进行余热回收；而中小平台由于受空间所限，适合于采用回热器提升燃气轮机发电效率。 实行余热锅炉和回热器的优化重组，进一步提高燃气轮机余热的能源阶级利用，提高整个系统的能源利用效率，实现节能减排，是海上浮式生产储油轮燃气轮机发展的必然选择。
参考文献：
[1]高玉华.小型燃气轮机排气余热梯级回收与利用[J].南华动力，2006（3）.
[2]阎皓峰.新型换热器与传热强化[R].北京：宇航出版社，1991.
[3]于天，江燕斌，胡健.燃气轮机进气过滤纸[J].纸和造纸，2013（02）.
[4]王凤君，高新宇，张志伟.9FB燃气轮机余热锅炉脱硝装置的研究[J].发电设备，2013（01）.
[5]董益成，冷冰，黄持胜，李永进.燃气轮机余热锅炉的优化设计[J].电力建设，2003（01）.
[6]王永堂，陈明，王艳滨，吴少华.燃气轮机余热锅炉过渡烟道的优化设计[J].热能动力工程，2010（01）.
转载请注明出处学文网 » 燃气轮机余热利用方式分析