[发明专利]海上采油平台透平主机回热循环加余热回收效率优化方法

说明书

本发明公开了海上采油平台透平主机回热循环余热回收效率优化方法，所述方法首先定义透平主机的压比参数θ_C、膨胀比参数θ_D确定透平主机的燃烧过程压力保持系数ρ_Com、热回收过程压力保持系数ρ_R、空气侧压力保持系数ρ_Rk和烟气侧压力保持系数ρ_Ry；再根据上述所得参数确定透平主机各出口工质状态点的燃烧温度、烟气比容和压力；得燃料E、输出电功率E_P和系统输出的热量E_Q，最后得出余热回收系统的效率ε；从而控制余热回收系统的效率。与现有技术相比，本发明提供的优化方法得到透平主机余热回收时系统效率与压比参数及温比参数之间的关系，通过观察各状态点参数，对其压力进行控制，从而使透平主机余热回收时系统效率最高。

技术领域

本发明涉及海上采油能量回收领域，特别涉及一种海上采油平台透平主机的控制系统的优 化方法，具体是监测其工作效率并进行微控的方法。

背景技术

燃气轮机(透平)发电机组功率大、体积小、效率高、排放气体污染小等优势越来越受到 大家的关注。在海洋采油设施上，海上采油气平台和大型浮动生产、储存卸货油轮即FPSO等， 由于其远离陆地，所采用的电力系统，具有它的独立性和特殊性。一般要求海上平台电力系统 所选用发电机，调压动作时间短、调节速度快，发电机要有较强励磁能力和过载能力。透平主 机发电机组完全符合这些特征，同时具有效率高、启动快、运转平稳等特点。

由于透平主机的排烟温度高达400～600℃，为了充分利用这些废热，可加装透平主机发电 机组废热回收装置。所谓“废热回收装置就是在透平主机发电机组排气烟道上加装一套热交换 器。即“废气锅炉”与一套“燃油燃气锅炉”组合成一套热油(介质)锅炉。被加热的介质经 “废气锅炉”和“燃油燃气锅炉”串联加热。这套装置的排烟出口温度可降到200～300℃。充 分和利用了废热，不仅节约了能源，减少了大气污染，同时间接地降低了透平主机使用的成本。

与简单开式Brayton联产循环所有所区别的是，我们在回热循环中增加了回热器。经压气 机加压之后的空气先进入回热器中，与来自透平的高温排气进行热交换，提高空气温度。经过 初步加热的压缩空气进入燃烧室，提高燃烧效率，与燃料混合、燃烧之后，吸收燃料燃烧所放 出的热能，使其温度进一步升高。高温烟气进入透平膨胀做功，对外输出电能，一般来说，海 上透平主机的排气经回热器释放热能后直接排入大气，实现热电联产循环。

发明内容

布雷顿循环(Brayton Cycle)是一种定压加热理想循环，亦称焦耳循环或气体制冷机循环。 是以气体为工质的制冷循环，其工作过程包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀及等压吸热四个 过程，这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，两者的区别在于工质在布雷顿循环中不发 生集态改变。本申请对几种热力学系统进行了分析，选用了简单开式Brayton Cycle对余热回 收进行分析和优化，将采油平台上透平主机作为Brayton系统中的一个关键设备考虑。

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种海上采油平台透平主机回热循环加余热 回收效率优化方法，可根据透平主机负荷的变化而调整余热回收设备的工作效率，使余热利用 率最大化。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

本发明所提供的海上采油平台透平主机回热循环加余热回收效率优化方法，包括以下步骤：

步骤S1)根据透平主机压气机进出口压力、进出口温度、烟气比热比确定透平主机的压比 参数θ_C和膨胀比参数θ_D；