[發明專利]海上采油平臺透平主機回熱循環效率優化方法

在審

• 申請號: 201911164879.2
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN110905684A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 劉向龍;曾智;曾麗萍;李文菁;李小華;文科
• 申請（專利權）人: 湖南工程學院
• 主分類號: F02G5/02
• 分類號: F02G5/02
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 張超宇

本發明公開了海上采油平臺透平主機回熱循環效率優化方法，所述方法首先定義透平主機的壓比參數θ_C、膨脹比參數θ_D確定透平主機的燃燒過程壓力保持系數ρ_Com、熱回收過程壓力保持系數ρ_R、空氣側壓力保持系數ρ_Rk和煙氣側壓力保持系數ρ_Ry；再根據上述所得參數確定透平主機各出口工質狀態點的燃燒溫度、煙氣比容和壓力；得燃料E和輸出電功率E_P，最后得出余熱回收系統的效率ε；從而控制余熱回收系統的效率。與現有技術相比，本發明提供的優化方法得到透平主機余熱回收時系統效率與壓比參數及溫比參數之間的關系，通過觀察各狀態點參數，對其壓力進行控制，從而使透平主機余熱回收時系統效率最高。

技術領域

本發明涉及海上采油能量回收領域，特別涉及一種海上采油平臺透平主機的控制系統的優化方法，具體是監測其工作效率并進行微控的方法。

背景技術

燃氣輪機(透平)發電機組功率大、體積小、效率高、排放氣體污染小等優勢越來越受到大家的關注。在海洋采油設施上，海上采油氣平臺和大型浮動生產、儲存卸貨油輪即FPSO等，由于其遠離陸地，所采用的電力系統，具有它的獨立性和特殊性。一般要求海上平臺電力系統所選用發電機，調壓動作時間短、調節速度快，發電機要有較強勵磁能力和過載能力。透平主機發電機組完全符合這些特征，同時具有效率高、啟動快、運轉平穩等特點。

由于透平主機的排煙溫度高達400～600℃，為了充分利用這些廢熱，可加裝透平主機發電機組廢熱回收裝置。所謂“廢熱回收裝置就是在透平主機發電機組排氣煙道上加裝一套熱交換器。即“廢氣鍋爐”與一套“燃油燃氣鍋爐”組合成一套熱油(介質)鍋爐。被加熱的介質經“廢氣鍋爐”和“燃油燃氣鍋爐”串聯加熱。這套裝置的排煙出口溫度可降到200～300℃。充分和利用了廢熱，不僅節約了能源，減少了大氣污染，同時間接地降低了透平主機使用的成本。

與簡單開式Brayton聯產循環所有所區別的是，我們在回熱循環中增加了回熱器。經壓氣機加壓之后的空氣先進入回熱器中，與來自透平的高溫排氣進行熱交換，提高空氣溫度。經過初步加熱的壓縮空氣進入燃燒室，提高燃燒效率，與燃料混合、燃燒之后，吸收燃料燃燒所放出的熱能，使其溫度進一步升高。高溫煙氣進入透平膨脹做功，對外輸出電能，一般來說，海上透平主機的排氣經回熱器釋放熱能后直接排入大氣，實現熱電聯產循環。

發明內容

布雷頓循環(Brayton Cycle)是一種定壓加熱理想循環，亦稱焦耳循環或氣體制冷機循環。是以氣體為工質的制冷循環，其工作過程包括等熵壓縮、等壓冷卻、等熵膨脹及等壓吸熱四個過程，這與蒸汽壓縮式制冷機的四個工作過程相近，兩者的區別在于工質在布雷頓循環中不發生集態改變。本申請對幾種熱力學系統進行了分析，選用了簡單開式Brayton Cycle對余熱回收進行分析和優化，將采油平臺上透平主機作為Brayton系統中的一個關鍵設備考慮。

針對現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種海上采油平臺透平主機回熱循環效率優化方法，可根據透平主機負荷的變化而調整余熱回收設備的工作效率，使余熱利用率最大化。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

本發明所提供的海上采油平臺透平主機回熱循環效率優化方法，包括以下步驟：

步驟S1)根據透平主機壓氣機進出口壓力、進出口溫度、煙氣比熱比確定透平主機的壓比參數θ_C和膨脹比參數θ_D；