1、浅谈余热直燃型溴化锂吸收式机组在海上平台的应用张敏 王亚楠摘要 介绍在以燃气轮机为发电机组的海上平台中配置余热直燃型溴化锂吸收式机组，充分发挥其利用低品位能源的优势，达到余热回收，节能减排的目的。 关键词 热电冷联供 吸收式制冷 海上平台 节能减排Analysis of Bromination Lithium Absorbs Dyadic Machine Applied on Offshore PlatformsZhang Min(BOMESC Marine Engineering Co., Ltd.)一、 前言 随着我国经济的迅速发展，能源问题日趋突出。如何合理利用能源，减少污染物的排放，关
2、系到21世纪的可持续发展战略。热电冷联供系统以天然气为一次能源，以微型燃气发电设备发电为核心，燃气发电设备发电后排放出来的高温烟气通过余热锅炉或吸收式制冷机，利用发电余热生产冷量和热量，满足用户的电、热、冷负荷的能源需要。能源利用效率高、使用清洁燃料及污染物的低排放使热电冷联供的发展和应用成为能源技术发展的重要方向之一。热电冷联供系统在1978 年由美国公共事业管理政策法公布后就正式在美国得到推广，然后逐渐被其他国家所接受。国外从上世纪90 年代就已进入快速发展和应用阶段。由于城市对环保的严格要求以及天然气输送管网的广泛应用，热电冷联供系统的能源以天然气为主。目前我国海上油气田在开采过程中都有
3、“伴生气”，以往这些“伴生气”被引导火炬塔烧掉，而今天越来越多的被收集加压得以利用。因此平台常使用燃气轮机发电机组，利用高品位能源燃气发电，同时配备余热锅炉进行余热回收，一定程度上利用了废热。如果配置一套余热直燃型双效冷热水机组，天然气燃料燃烧以驱动燃气轮机，由燃气轮机带动发电机发电；燃气轮机排出的烟气带着余热进入余热直燃型双效冷热水机组，制取供空调使用的冷、热水和卫生热水，充分利用了低品位热能，从而达到节能减排的目的。二、 设备及设计要点燃气轮机发电机组与余热直燃型溴化锂吸收式冷热水机组相结合的热电冷联供系统系统能够满足在各种工况下平台的使用要求。当燃气透平排气热量不足时，就可以把排气作为助
4、燃气体混合补燃的天然气，引入直燃型溴化锂冷热水机组的高压发生器中燃烧；或将燃气透平排气引入溴化锂吸收式冷热水机组的余热型高压发生器，其低温排气可直接排放，也可再次引入带燃烧器的高压发生器中与补燃的天然气混合燃烧。2.1 发电机组近年来海洋采油各种功能的平台和FPSO等主电力系统大多选用了燃气轮机组，如蓬莱PL19-3项目，燃气轮机发电机组向平台及其它设备及照明等供电。燃气轮机是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。燃气轮机发电机组的发电效率28 %34 %(无回热装置的微燃机仅有17 %)，发电质量(指输出电压和频率的稳定性)较高，排烟温度一般高于450(带回热装置的微燃
5、机除外)。燃气轮机的热效率低是造成要增加余热回收系统的主要原因，便于进行余热回收利用，提高燃料的利用率，达到节能环保的目的。但是采集的平台“伴生气”通常含有水、油及其它杂质，不能直接用于燃气透平的燃料，否则透平会产生喷嘴及叶片等部位积碳、腐蚀等，损害燃气透平。所以天然气须经处理才可以使用。2.2 余热直燃型溴化锂吸收式机组余热直燃型溴化锂机组以燃气燃烧或高温烟气作为热源，将溴化锂稀溶液进行加热使其沸腾，分离出冷剂蒸汽和溴化锂浓溶液，冷剂蒸汽经过冷凝器冷却变为冷剂水，而溴化锂浓溶液重回到吸收器，吸收来自蒸发器中的冷剂蒸发又变成稀溶液，由此循环往复，不断循环制冷。直燃采暖循环过程即采暖所需的热水仍
6、由蒸发器中产生，供热水时,机组上的蒸发泵和系统中冷却水泵停止运行。稀溶液通过低温、高温热交换器后进入高压发生器，被燃料燃烧加热，产生冷剂蒸汽。该冷剂蒸汽直接进入蒸发器，加热在铜管内流动的热水，自身被冷却凝结成冷剂水并回到吸收器，而高压发生器被浓缩的浓溶液同样直接回到吸收器并与冷剂水混合，又重新回到稀溶液状态。2.3 余热锅炉余热锅炉能够将发电机组排放的余热转换成蒸汽或热水，配置的气水换热器能提供空调采暖热水，或直接利用余热锅炉提供的热水进行采暖。但是由于海上平台并没有有空调冷(热) 水外的量大且负荷稳定的用热需求，配置余热锅炉不仅占空间而且增加了投资费用，换热过程中增加了换热损失，不利于提高能
7、量利用率，所以可以用余热型溴化锂吸收式机组替代余热锅炉。应该根据平台项目实际需要决定是否配备余热锅炉。2.4 惰气发生器海上采油平台在储油作业及运输过程中，惰气系统的功用一是封舱惰化，降低封闭空间内的含氧量并排出可燃碳氢气体以达到防爆的目的，另外可以用来进行气体置换，用新鲜的空气置换封闭空间内的惰性气体，提高氧气含量，以达到舱内安全作业的要求。此系统是通过燃料燃烧消耗掉空气中的氧气以获得惰性气体。该系统的优点是：惰性气体含氧量低，二氧化硫和烟尘少，系统装置简单。海上平台由于占地面积原因还有潮湿盐度大应该选择可靠性高的惰性发生器，燃料为天然气，充分利用了油气田在开采过程中释放的“伴生气”。三、
8、设计中需要注意的问题除了溴化锂吸收式机组在运行过程中会产生的结垢问题、喷淋结垢堵塞问题、管道锈蚀问题以及溶液污染再生问题等等，机组应用于海上采油平台还面临着其他挑战。1. 海上采油平台上应用溴化锂吸收式机组虽然能够解决冷源问题，但是冷却水泵的选型也相应会增大，这从初投资上和管路设计上都需要设计人员在初期设计时考虑。2. 增加一套溴化锂吸收式机组，烟气系统的设计和安装连接是关键，烟气系统的烟气流动阻力必须小于等于燃气轮机的允许排烟背压，烟气系统控制部件的运行必须满足系统的控制要求，满足燃气轮机及烟气型溴化锂吸收式冷热水机组的安全运行要求。3. 燃气轮机产生的高温烟气是溴化锂吸收式机组利用的余热的
9、主要来源，但是实际各种工况运行中，燃气轮机产生的烟气量是不稳定的，这需要机组转变为直燃型，直接利用伴生气，这种余热型与直燃型的相互转换的自动化程度也是今后需要完善的课题。4. 溴化锂吸收式机组在运行使用过程中也需要很专业的维护保养，正确的管理运行，定期检测各项参数，可以保证机器稳定的运行，防止冷量衰减幅度过大，延长机组寿命等。反之，没有到达有效使用寿命，机组就被严重腐蚀，泄漏，制冷量大幅度衰减，设计这样的一套热电冷联供系统就失去了实际的意义。四、 结语余热直燃型溴化锂吸收式制冷技术的显著优点是：以燃气或者废热为动力，电能耗用较少，整套装置基本上是热交换器的组合体，除了泵以外基本没有运动部件，所
10、以振动、噪音小，运行平稳；以天然气为燃料时，燃烧产物只有二氧化碳和水蒸气，符合环保要求。在溴化锂吸收式机组中，溴化锂是吸收剂，水才是真正的制冷剂，溴化锂溶液无臭无毒，不会破坏臭氧层，也不会加剧温室效应。但是也存在一定的缺点：在有空气的情况下，溴化锂溶液对普通碳钢具有强烈的腐蚀性，导致溴化锂吸收式制冷机组的寿命短。另外，由于冷剂蒸汽的冷凝和吸收过程均为排热过程，因此，机组的排热负荷较大，冷却水耗量非常大，在海上平台中，海水作为天然冷源，为机组散热提供了保障。以烟气或天然气为动力，溴化锂吸收式机组比利用电能为动力的压缩式制冷机可以明显节约电耗。在电力比较紧缺的海上采油平台，使用这种机型有着现实意义。参考文献1朱宏清张长江.热电冷联供系统设计探讨. 制冷与空调,2007, 7（1）：101-104.2 王宁辉 刘汉泽 葛宝峰.直燃型溴化锂吸收式热泵在油田余热利用中的应用. 石油化工安全环保技术，2011，27（6）：46-48.3 戴永庆郑玉清.溴化锂吸收式制冷机M.北京国防工业出版社1980.4 邢桂坤. 燃气轮机在石油化工领域的应用. 化工设备与管道，2004，第6期50-52页.作者简介 张敏1 博迈科海洋工程股份有限公司，暖通空调工程师.137852431989王亚楠2 海洋石油工程股份有限公司，调试工程师.
