海上采油设施主机余热回收过程的热力学研究

发布时间：2017-12-17 18:35

  本文关键词：海上采油设施主机余热回收过程的热力学研究

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【摘要】：海上采油设施一般分为钻井平台和FPSO(Floating Production Storage and Offloading),属于开采石油的海上构筑物,上装钻井、动力、通讯、导航等设施。现有的海上采油设施主要依靠燃烧石油或者天然气给热介质系统提供电能和热源,主机尾气的余热资源大部分排空,造成大量的浪费。海上采油设施发电主机尾气温度相对较高,在常规工况下,尾气温度通常在400℃左右,而海上油(气)田平台所用加热系统的加热温度均小于160℃。对海上采油设施的主机尾气来说,进行余热回收利用能够增加能源有效利用率。因此,可以考虑采用余热回收锅炉来回收发电主机尾气中的热量,用于热介质供热。首先,本文对几种热力学系统进行了分析,选用了简单开式Brayton循环对余热回收进行分析和优化。本文采用Brayton循环分析了同一柴油发电主机不同工况下的优化问题,同时分析了柴油主机由于海上采油设施空间限制,不能安装风机仅依靠柴油主机提供动力引起系统各个参数的变化问题。本文还对这种不加风机与加风机的热回收方式进行了经济性分析。结果表明,对于海上采油设施来说,不管余热回收装置尾部加不加风机,安装在主机尾部的方式可以提高能源利用率;如果海上条件能够允许的话,在余热回收装置尾部增加风机,则运行效果与节能效果更好。其次,本文采用Fluent软件对余热回收装置的换热风阻进行数值分析。本文主要讨论主机排烟高温尾气在竖直圆管内换热时的湍流流动与换热的物理模型(是指圆管内流动的是热介质,圆管外部流动的是高温烟气)。同时,在余热回收装置的入口段存在一段空腔(整流段),这部分烟气较高。本文还进行了介质的光学厚度、散射度、散射相函数等辐射性质,以及方腔纵横比对腔内换热的影响研究。由于海上的发电主机负荷经常波动的情况,当设计值与负荷最大值出现较大偏差时,应考虑在余热回收时设置旁通管来减小风阻。最后,本文还对海上余热回收设计余热回收装置的重要的参数之一:发电主机的烟气量分析和计算。本文综合了实验和理论计算的方法,将锅炉燃烧产物的分析方法应用到发电主机的尾气量的分析计算中去。同时,为使计算结果更为准确,本文也分析了发电主机燃烧不完全损失时对过量过量空气系数的影响,给出了含氧量计算过量空气系数的图表。本文通过对9-3平台的燃气轮机和111FPSO的柴油机尾气为例进行分析计算,结果表明,燃气轮机的过量空气系数大于柴油机的过量空气系数,柴油机的过量空气系数大于锅炉燃烧时的过量空气系数。中海油海上采油设施的余热资源非常丰富,通过余热回收将海上的热能充分利用,是中海油节能降耗目标实现的重要途经之一。通过提高热电联产效率,更好的发挥海上采油设施的联产系统的性能,为以后大规模余热回收应用有重要的指导意义。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK115;TE95

【参考文献】

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本文编号：1301158