全球首套5MW級海上平臺高溫煙氣余熱發電裝置交付
來源：科技日報 時間：2024-08-30 11:06
近日，全球首套5MW級海上平臺高溫煙氣余熱發電裝置在天津完工交付。該裝置由中國船舶集團第七一一研究所（以下簡稱七一一所）聯合中國海油自主設計研制，其成功交付標志著我國海上油氣田電站在煙氣余熱利用方面取得重大突破。
選擇合適的有機工質
主電站是海上平臺的“心臟”，它一般是通過燃燒油氣為海上裝置提供電能。但是燃燒油氣會排放大量500℃的高溫煙氣，這些煙氣是海上油氣開發平臺主要的碳排放源之一。
為了減少主電站的高溫煙氣排放，七一一所研發團隊自主設計研制了這套海上高溫煙氣余熱發電裝置。
“具體來說，就是采用有機朗肯循環（ORC）發電技術來回收高溫煙氣余熱進行發電。其原理是先利用導熱油回收高溫煙氣熱量，然后高溫導熱油進入ORC發電裝置，把液態環戊烷有機工質加熱成氣態。接著，環戊烷氣體膨脹驅動透平膨脹機轉動，進而帶動發電機旋轉發電。”七一一所副所長徐明照告訴科技日報記者。
為什么選擇環戊烷作為有機工質？徐明照解釋說，常用有機工質的ORC發電機組只能回收250℃以內的低溫余熱，如果要回收500℃的高溫煙氣，就必須選用環戊烷這種適用于高溫余熱的有機工質。
環戊烷是一種可燃液體。“為了確定環戊烷的可行性，研制團隊查閱了大量文獻并反復做試驗驗證。為了確保裝置的安全性，研制團隊優化設計，將管路的焊口數量降低到最少。為了防范潛在風險，研制團隊克服各種困難完成了陸上動力循環試驗。”徐明照說。
讓裝置集成化橇裝化
實際上，七一一所利用ORC發電技術已生產制造40多套陸地上用的低溫余熱ORC發電裝置。“但用于海上的高溫煙氣余熱發電裝置還是首次。”徐明照說。
一般來說，海上平臺應用的裝置要求集成化程度高、可靠性強，占地空間盡量要小，重量輕。“但是，我們研制的裝置大約重300噸。為了讓它更好適應海上環境，我們對整個產品的系統設計和材料選型都進行了嚴格把關，使裝置盡量集成化、橇裝化。”徐明照說。
5MW級海上高溫煙氣余熱發電裝置的另一個特點是功率密度高，這意味著對裝置主機（透平膨脹機）的技術要求高。“主機是整個ORC發電機組的核心設備。”徐明照表示，為了滿足大功率要求，在研制主機過程中，要攻克密封、軸承潤滑、動力系統的仿真模擬等多項技術難題。
據介紹，在5MW級海上高溫煙氣余熱發電裝置研制過程中，七一一所研發團隊先后攻克了工藝和設備設計、緊湊型橇裝化設計、動力循環試驗驗證等技術難題，并聯合中國海油參與推動形成設備研制、橇裝制造、測試試驗全鏈條自主技術服務能力，最終打造了自主可控的裝備體系。
顯著提升余熱利用效率
據有關報道，與傳統的煙氣燃燒排放相比，加裝高溫煙氣余熱發電裝置后，電站的余熱綜合利用效率從30%—35%提升至60%—70%。
中國海油研究總院工程研究設計院機電儀總師安維崢表示，該發電裝置的投用，有助于實現海上油氣田主電站煙氣余熱的綜合利用。經測算，余熱年發電量可達0.4億千瓦時，可滿足3萬戶家庭的年用電需求。預計可累計節省天然氣消耗約3億立方米，減少二氧化碳排放約80萬噸。
“5MW級海上高溫煙氣余熱發電裝置，既節能又減排。”徐明照說，該裝置將廣泛適用于中國海油現役平臺電站，助力海上油氣田在開發過程中實現節能減排、降本增效，對海上油氣田綠色低碳開發有重要意義。
考慮到船舶上也有一些高溫煙氣排放，七一一所團隊計劃未來研制用于燃氣動力船的高溫煙氣余熱回收裝置，進一步為實現“雙碳”目標作貢獻。
“目前，全球最大的海上高溫煙氣余熱發電裝置就是這款5MW級的，為了滿足海上平臺的進一步需求，我們已經著手研制10MW級的裝置。”徐明照說。（代小佩）
責任編輯：江蓬新
