一种基于单螺杆膨胀机回收油田柴油机废气余热的发电供热联合系统.pdf

一种基于单螺杆膨胀机回收油田柴油机废气余热的发电-供热联合系统，属于余热余压能源利用领域。油田柴油机废气通过烟气进口进入蒸发器，被水冷却后通过蒸发器烟气出口排出；通过给水泵泵入蒸发器的水吸收废气余热后转化成高温高压蒸汽，蒸汽进入单螺杆膨胀机并带动发电机发电；热用户的低温水进入蒸发器吸收柴油机废气余热，通过供热管道提供给热用户,热用户用热后转化为低温水，再次进入蒸发器完成循环。高温高压蒸汽通过单螺杆膨胀机膨胀后转化为低温低压汽水混合物，然后进入冷凝器冷却，再泵入蒸发器完成循环；冷凝器采用冷却塔和循环冷却水泵进行循环冷却。实现油田柴油机废气余热发电与供热。

1.  一种利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统，其特征在于，分为发电循环系统、循环冷却水循环系统、热用户循环系统，主要包括单螺杆膨胀机(1)、发电机(2)、冷凝器(3)、给水泵(4)、蒸发(5)、供热给水泵(6)、冷却塔(7)、循环冷却水泵(8)以及附属管道及阀门；
油田柴油机废气管排放道经烟气管道通过烟气进口(9)与蒸发器(5)连通；
同时给水泵(4)依次通过管路与蒸发器(5)、单螺杆膨胀机(1)、冷凝器(3)，冷凝器(3)最终与水泵(4)连接，形成发电循环系统，单螺杆膨胀机(1)主轴与发电机转子连接从而可带动发电机(2)发电；
冷凝器(3)与冷却塔(7)和循环冷却水泵(8)连通形成循环冷却水循环系统，使得冷凝器(3)的循环冷却水通过循环冷却水泵(8)泵入冷凝器(3)将低温低压汽水混合物冷却成低压低温水，循环冷却水温度升高后通过冷却塔(7)温度降低，然后通过循环冷却水泵(8)泵入冷凝器完成循环冷却水循环；
蒸发器(5)通过管路与供热给水泵(6)、热用户(11)连通并形成循环，构成热用户循环系统；
蒸发器(5)是双通道，在热用户循环系统和发电循环系统中蒸发器(5)分别走不同的通道。

2.  按照权利要求1的一种利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统，其特征在于，热用户(11)是供热系统或油田工艺用热系统。

3.  按照权利要求1的一种利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统，其特征在于，单螺杆膨胀机与发电机不同转速时在单螺杆膨胀机与发电机之间使用减速机，两者同转速时不使用减速机。

4.  按照权利要求1的一种利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统，其特征在于，蒸发器(5)的烟气进口(9)之前设置有阀门。

5.  按照权利要求1的一种利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统，其特征在于，冷凝器(3)的冷却方式将水冷替换为空冷。

6.  按照权利要求1的一种利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统，其特征在于，单螺杆膨胀机(1)的进出口均设置阀门。

7.  按照权利要求1的一种利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统，其特征在于，热用户循环系统在蒸发器(5)的进出口均设置阀 门。

8.  按照权利要求1的一种利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统，其特征在于，循环冷却水循环系统在冷凝器(3)的进出口均设置阀门。

9.  采用权利要求1的系统进行发电-供热的方法，其特征在于：
在非供暖季节，油田柴油机废气经烟气管道由蒸发器(5)的烟气进口(9)进入蒸发器，被给水泵(4)泵入的给水冷却后通过蒸发器(5)烟气出口(10)排出；通过给水泵(4)泵入蒸发器(5)的水吸收油田柴油机废气余热后转化成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入单螺杆膨胀机(1)并带动发电机(2)发电；高温高压蒸汽通过单螺杆膨胀机(1)膨胀后转化为低温低压汽水混合物，然后进入冷凝器(3)被循环冷却水冷却成低压低温水，再通过给水泵(4)泵入蒸发器(5)完成循环；循环冷却水通过循环冷却水泵(8)泵入冷凝器(3)将低温低压汽水混合物冷却成低压低温水，循环冷却水温度升高后通过冷却塔(7)温度降低，然后通过循环冷却水泵(8)泵入冷凝器完成循环冷却水循环；
在供暖季节，油田柴油机废气余热被发电系统和供热系统中的给水综合利用，油田柴油机废气经烟气管道由蒸发器(5)的烟气进口(9)进入蒸发器，被水泵(4)和供热系统中供热给水泵(6)泵入的给水冷却后通过蒸发器(5)烟气出口(10)排出；通过给水泵(4)泵入蒸发器(5)的水吸收油田柴油机废气余热后转化成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入单螺杆膨胀机(1)并带动发电机(2)发电；高温高压蒸汽通过单螺杆膨胀机(1)膨胀后转化为低温低压汽水混合物，然后进入冷凝器(3)被循环冷却水冷却成低压低温水，再通过给水泵(4)泵入蒸发器(5)完成循环；热用户的低温水通过供热给水泵(6)进入蒸发器(5)吸收柴油机废气余热，达到热用户所需要的供热参数，通过供热管道提供给热用户。热用户利用蒸汽热量后转化为低温水，通过供热给水泵(6)再次进入蒸发器(5)完成循环。

10.  按照权利要求9的方法，其特征在于，原有柴油机废气烟道作为旁路系统，当余热发电系统发生故障时，快速打开原有柴油机烟气管道系统，随后关闭利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统。

一种基于单螺杆膨胀机回收油田柴油机废气余热的发电-供热联合系统
技术领域
本发明涉及一种基于单螺杆膨胀机回收油田柴油机废气余热的发电-供热联合系统，属于余热余压能源利用领域。
背景技术
野外钻井工程一般远离电源，因此常使用大功率柴油机作为动力源。由于柴油机功率较大，柴油机的排气、冷却水等余热量都比较大。当柴油机的出力大于80％时，有90％以上的柴油机排烟管温度大于350℃，烟气带走的热量占总热量的40％以上，而目前柴油机的余热基本上没有被利用。同时当天气寒冷时，钻井工程现场一般还需要配备供热锅炉来对整个现场来供热，能源消耗量很大。
一方面大量的余热资源没有得到合理利用，另一方面消耗大量化石能源来做低级利用。因此，针对油田钻井使用的柴油机余热提出一种新的回收利用方式，非寒冷季节，通过单螺杆膨胀机对柴油机废气余热回收进行发电，用于井场照明或其他用途，从而减少钻井平台自用电。寒冷季节可以利用少部分烟气余热对井场移动板房进行供热、井场及钻具清洗，剩余烟气余热资源被回收用来发电。如果能充分回收利用这些余热，对于提高能源利用率、增加经济效益和保护环境都具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的是设计一个可靠的利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统。其系统图见附图1，该系统最主要的特点就是提供一种利用油田柴油机烟气余热实施发电与供热，从而实现对柴油机废气余热的回收利用。
本发明所采用的技术方案是一种利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统，分为发电循环系统、循环冷却水循环系统、热用户循环系统，主要包括单螺杆膨胀机(1)、发电机(2)、冷凝器(3)、给水泵(4)、蒸发器(5)、供热给水泵(6)、冷却塔(7)、循环冷却水泵(8)以及附属管道及阀门；
油田柴油机废气管排放道经烟气管道通过烟气进口(9)与蒸发器(5)连通；
给水泵(4)依次通过管路与蒸发器(5)、单螺杆膨胀机(1)、冷凝器(3)，冷凝器(3)最终与水泵(4)连接，形成发电循环系统，单螺杆膨胀机(1)主轴与发电机转子连接从而可带动发电机(2)发电；
冷凝器(3)与冷却塔(7)和循环冷却水泵(8)连通形成循环冷却水循环系统，使得冷凝器(3)的循环冷却水通过循环冷却水泵(8)泵入冷凝器(3)将低温低压汽水混合物冷却成低压低温水，循环冷却水温度升高后通过冷却塔(7)温度降低，然后通过循环冷却水泵(8)泵入冷凝器完成循环冷却水循环；
蒸发器(5)通过管路与供热给水泵(6)、热用户(11)连通并形成循环，构成热用户循环系统。
蒸发器(5)是双通道，在热用户循环系统和发电循环系统中蒸发器(5)分别走不同的通道。
热用户(11)可以是供热系统也可以是油田工艺用热系统。
单螺杆膨胀机与发电机不同转速时在单螺杆膨胀机与发电机之间使用减速机，两者同转速时不使用减速机。
蒸发器(5)的烟气进口(9)之前设置有阀门。
冷凝器(3)的冷却方式可以将水冷替换为空冷。
单螺杆膨胀机(1)的进出口均设置阀门。
热用户循环系统在蒸发器(5)的进出口均设置阀门。
循环冷却水循环系统在冷凝器(3)的进出口均设置阀门。
本发明使用上述一种利用单螺杆膨胀机回收油田柴油机烟气余热的发电-供热联合系统进行发电-供热的方法，其特征在于，
在非供暖季节，油田柴油机废气经烟气管道由蒸发器(5)的烟气进口(9)进入蒸发器，被给水泵(4)泵入的给水冷却后通过蒸发器(5)烟气出口(10)排出；通过给水泵(4)泵入蒸发器(5)的水吸收油田柴油机废气余热后转化成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入单螺杆膨胀机(1)并带动发电机(2)发电；高温高压蒸汽通过单螺杆膨胀机(1)膨胀后转化为低温低压汽水混合物，然后进入冷凝器(3)被循环冷却水冷却成低压低温水，再通过给水泵(4)泵入蒸发器(5)完成循环；循环冷却水通过循环冷却水泵(8)泵入冷凝器(3)将低温 低压汽水混合物冷却成低压低温水，循环冷却水温度升高后通过冷却塔(7)温度降低，然后通过循环冷却水泵(8)泵入冷凝器完成循环冷却水循环。
在供暖季节，油田柴油机废气余热被发电系统和供热系统中的给水综合利用，油田柴油机废气经烟气管道由蒸发器(5)的烟气进口(9)进入蒸发器，被水泵(4)和供热系统中供热给水泵(6)泵入的给水冷却后通过蒸发器(5)烟气出口(10)排出；通过给水泵(4)泵入蒸发器(5)的水吸收油田柴油机废气余热后转化成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入单螺杆膨胀机(1)并带动发电机(2)发电；高温高压蒸汽通过单螺杆膨胀机(1)膨胀后转化为低温低压汽水混合物，然后进入冷凝器(3)被循环冷却水冷却成低压低温水，再通过给水泵(4)泵入蒸发器(5)完成循环；热用户的低温水通过供热给水泵(6)进入蒸发器(5)吸收柴油机废气余热，达到热用户所需要的供热参数，通过供热管道提供给热用户。热用户利用蒸汽热量后转化为低温水，通过供热给水泵(6)再次进入蒸发器(5)完成循环。
本发明设计的余热发电系统中动力机为单螺杆膨胀机；发电机是同步发电机或异步发电机；蒸发器为双通道；冷凝器的冷却系统是水冷系统或空冷系统。
原有柴油机废气烟道作为旁路系统，当余热发电系统发生故障时，快速打开原有柴油机烟气管道系统，随后关闭余热发电系统。
本发明的效益是：利用油田柴油机废气余热进行发电与供热。
附图说明
附图1，油田柴油机废气余热发电-供热联合系统原理图；
1.单螺杆膨胀机2.发电机3.冷凝器4.给水泵5.蒸发器6.供热给水泵7.冷却塔8.循环冷却水泵9烟气进口10烟气出口11热用户12油田柴油机废气管道。
具体实施方式
如图1所示，该系统包括单螺杆膨胀机1、发电机2、冷凝器3、给水泵4、蒸发器5、供热给水泵6、冷却塔7和循环冷却水泵8。
通过新建烟道把柴油机和蒸发器5连接起来；通过汽水管道把单螺杆膨胀机1、冷凝器3、给水泵4和蒸发器5顺次连接起来；通过供热汽水管道把热用户、 蒸发器5和供热给水泵6顺次连接起来；通过循环冷却水管道把冷凝器3、冷却塔7和循环冷却水泵8顺次连接起来；通过联轴器将单螺杆膨胀机1和发电机2连接起来。
在非供暖季节，油田柴油机废气经烟气管道由蒸发器5的烟气进口9进入蒸发器，被给水泵4泵入的给水冷却后通过蒸发器5烟气出口10排出；通过水泵4泵入蒸发器5的水吸收油田柴油机废气余热后转化成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入单螺杆膨胀机1并带动发电机2发电；高温高压蒸汽通过单螺杆膨胀机1膨胀后转化为低温低压汽水混合物，然后进入冷凝器3被循环冷却水冷却成低压低温水，再通过水泵4泵入蒸发器5完成循环；循环冷却水通过循环冷却水泵8泵入冷凝器3将低温低压汽水混合物冷却成低压低温水，循环冷却水温度升高后通过冷却塔7温度降低，然后通过循环冷却水泵8泵入冷凝器完成循环冷却水循环。
在供暖季节，油田柴油机废气余热被发电系统和供热系统中的给水综合利用，油田柴油机废气经烟气管道由蒸发器5的烟气进口9进入蒸发器，被给水泵4和供热系统中供热给水泵6泵入的给水冷却后通过蒸发器5烟气出口10排出；通过水泵4泵入蒸发器5的水吸收油田柴油机废气余热后转化成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入单螺杆膨胀机1并带动发电机2发电；高温高压蒸汽通过单螺杆膨胀机1膨胀后转化为低温低压汽水混合物，然后进入冷凝器3被循环冷却水冷却成低压低温水，再通过给水泵4泵入蒸发器5完成循环；热用户的低温水通过供热给水泵6进入蒸发器5吸收柴油机废气余热，达到热用户所需要的供热参数，通过供热管道提供给热用户。热用户利用蒸汽热量后转化为低温水，通过供热给水泵6再次进入蒸发器5完成循环。