一种基于吸收式制冷的油田余热利用系统的制作方法

本发明涉及一种余热利用系统，具体涉及一种基于吸收式制冷的油田余热利用系统。

背景技术：

我国大多数油田经过多年开发已相继进入中后期，油田含水率非常高，几乎所有油田都有大量的污水资源，温度大约为40-70℃，油田污水余热属于浅层地热能，对这些污水资源所挟带的热量进行有效利用是实现油田循环经济发展，改善经营效率的重要手段。就目前余热的应用领域而言，污水余热主要用于两个方面，一是用于原油的生产和运输，主要用来加热原油以防止其凝结；二是用于民用采暖，服务对象主要是油田内部住宅小区或办公场所。对于采暖，近年来，随着余热利用规模的扩大和技术进展，由服务油田内部逐步转向服务油田之外的民用采暖，市场化经营程度日益提升，油田的污水余热利用已经成为油田的一项处于起步阶段的产业。然而，目前油田污水余热利用存在效率低下，应用方向单一等问题，需要进一步提升能源转化效率。

吸收式制冷机组的主要原理是通过利用水在低压下蒸发压力降低溴化锂、氨水等溶液的吸水性来实现的，水在约800pa的压力下，蒸发温度为4℃，当水蒸发时吸收外界热量可以实现制冷。溴化锂或氨水等溶液作为吸收剂，主要利用其自身的吸水性保证机组内部维持约800pa的压力，机组主要部件有蒸发器、吸收器、冷凝器、膨胀阀、发生器。其中，冷凝过程可以作为低温热源，其热能能够得到进一步利用。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有油田污水余热利用系统的不足，提供了一种基于吸收式制冷的油田余热利用系统，应用于油田污水的余热利用，同时完成制冷和低温热源发电过程，提升余热利用效率，多级利用能量，结构紧凑，具有重要的工程意义及广阔的应用前景。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于吸收式制冷的油田余热利用系统，包括发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、溶液泵和减压阀；其中，

油田余热利用系统作业时，油田污水余热加热发生器中的制冷剂溶液，将其中的大部分低沸点制冷剂蒸发，进入冷凝器中，制冷剂蒸气在冷凝器中与超临界二氧化碳发电系统的超临界二氧化碳工质进行换热，降温冷凝成制冷剂溶液，超临界二氧化碳工质随之吸热升温，随后，制冷剂溶液进入膨胀阀中，压力下降至蒸发压力，在蒸发器中，制冷剂溶液蒸发吸热产生制冷剂蒸气，这一过程中与蒸发器中的水进行换热产生空调用冷水，制冷剂蒸气在吸收器中与低浓度制冷剂溶液混合，被吸收后重新恢复高浓度制冷剂溶液状态，经溶液泵回到发生器中，发生器中剩余的稀溶液通过减压阀绝热节流后压力降低，返回吸收器中喷洒吸收蒸发的制冷剂工质，形成吸收式制冷系统循环。

本发明进一步的改进在于，超临界二氧化碳发电系统包括依次连接的超临界二氧化碳透平、超临界二氧化碳冷却器和超临界二氧化碳压缩机，形成超临界二氧化碳工质循环回路。

本发明进一步的改进在于，在超临界二氧化碳发电系统中，超临界二氧化碳工质在冷凝器中吸收制冷剂蒸气凝结放出的热量，升温后高压的超临界二氧化碳工质进入超临界二氧化碳透平中膨胀做功，并连接发电机发电，完成做功后低温低压的超临界二氧化碳工质进入超临界二氧化碳冷却器中进一步降温至超临界二氧化碳压缩机进口温度，随后进入超临界二氧化碳压缩机中增压，增压后的超临界二氧化碳工质重新进入冷凝器中吸热，形成超临界二氧化碳发电系统循环。

本发明进一步的改进在于，超临界二氧化碳发电系统采用低温超临界二氧化碳工质进行循环，超临界二氧化碳压缩机入口温度为32℃，超临界二氧化碳透平入口温度为60℃。

本发明进一步的改进在于，超临界二氧化碳透平采用向心式透平，超临界二氧化碳压缩机采用离心式压缩机。

本发明进一步的改进在于，制冷剂采用氨水或溴化锂溶液。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明通过成功整合多种现有技术的优势，针对油田废水余热利用系统进行了改进创新，提出了一种基于吸收式制冷的油田余热利用系统。传统的低温余热利用系统中仅采用吸收式制冷机组，产生的冷量满足小部分供冷需求。而本发明关注于提升能量利用效率，在作业时，油田污水余热加热发生器中的制冷剂溶液，制冷剂蒸气在冷凝器中与超临界二氧化碳发电系统的超临界二氧化碳工质进行换热，超临界二氧化碳工质吸热升温进入透平中膨胀做功，连接发电机发电，随后经超临界二氧化碳冷却器和超临界二氧化碳压缩机循环；制冷剂溶液经过膨胀阀后进入蒸发器中，蒸发吸热产生空调用冷水，随后在吸收器中与低浓度制冷剂溶液混合恢复高浓度制冷剂溶液状态，经溶液泵回到发生器中。如此，能够多级利用油田废水余热的能量，同时产生冷量和进行发电。

与传统蒸汽发电系统不同，超临界二氧化碳工质临界温度为31.1℃，临界压力为7.38mpa，适用于低温热源，主要由热源、透平、冷却器和压缩机四大主要设备组成。超临界二氧化碳在利用低品位能源方面具有众多的优势：超临界二氧化碳工质粘性小，系统热效率高；工质密度大，透平机械结构紧凑；系统结构简单，零部件数量少；临界温度低，适用于低温热源；系统属于单相循环，没有相变过程，不需使用冷凝器，所使用的阀的数量，只有朗肯循环的十分之一；系统温度较低，可以使用常规的不锈钢材料，制造成本低。超临界二氧化碳的工质特性使得整个发电系统的结构紧凑、效率高、成本低，将其使用于油田废水余热利用中，能够显著提升热能利用效率。

综上所述，本发明建立了集供冷和低温热源发电为一体的油田余热利用系统，采用吸收式制冷系统和超临界二氧化碳发电系统多级利用油田废水的余热，提升了能源利用效率，且系统结构紧凑、成本低，具有较高的工程价值。

附图说明

图1为本发明一种基于吸收式制冷的油田余热利用系统的系统图。

附图标记说明：

1-油田污水余热，2-发生器，3-冷凝器，4-膨胀阀，5-蒸发器，6-空调用冷水，7-吸收器，8-溶液泵，9-减压阀，10-超临界二氧化碳透平，11-发电机，12-超临界二氧化碳冷却器，13-超临界二氧化碳压缩机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明提供的一种基于吸收式制冷的油田余热利用系统，包括发生器2、冷凝器3、膨胀阀4、蒸发器5、吸收器7、溶液泵8、减压阀9、超临界二氧化碳透平10、发电机11、超临界二氧化碳冷却器12和超临界二氧化碳压缩机13，其中超临界二氧化碳透平10采用向心式透平，其轴连接发电机11的轴，超临界二氧化碳压缩机13采用离心式压缩机。

油田余热利用系统作业时，油田污水余热1加热发生器2中的制冷剂溶液，将其中的大部分低沸点制冷剂蒸发，进入冷凝器3中。制冷剂蒸气在冷凝器3中与超临界二氧化碳发电系统的超临界二氧化碳工质进行换热，降温冷凝成制冷剂溶液，超临界二氧化碳工质随之吸热升温，随后，制冷剂溶液进入膨胀阀4中，压力下降至蒸发压力，在蒸发器5中，制冷剂溶液蒸发吸热产生制冷剂蒸气，这一过程中与水进行换热产生空调用冷水6，制冷剂蒸气在吸收器7中与低浓度制冷剂溶液混合，被吸收后重新恢复高浓度制冷剂溶液状态，经溶液泵8回到发生器2中，发生器2中剩余的稀溶液通过减压阀9绝热节流后压力降低，返回吸收器7中喷洒吸收蒸发的制冷剂工质，形成吸收式制冷系统循环。

在超临界二氧化碳发电系统中，超临界二氧化碳工质在冷凝器3中吸收制冷剂蒸气凝结放出的热量，升温后高压的超临界二氧化碳工质进入超临界二氧化碳透平10中膨胀做功，并连接发电机11发电，完成做功后低温低压的超临界二氧化碳工质进入超临界二氧化碳冷却器12中，进一步降温至超临界二氧化碳压缩机13的入口温度，随后进入超临界二氧化碳压缩机13中增压，增压后的超临界二氧化碳工质重新进入冷凝器3中吸热，形成超临界二氧化碳发电系统循环。其中超临界二氧化碳发电系统采用低温超临界二氧化碳工质进行循环，超临界二氧化碳压缩机13入口温度为32℃，超临界二氧化碳透平10入口温度为60℃。

综上所述，本发明针对油田废水的余热利用问题，建立了集供冷和低温热源发电为一体的油田余热利用系统，采用吸收式制冷系统和超临界二氧化碳发电系统多级利用油田废水的余热，提升了能源利用效率，且系统结构紧凑，具有较高的工程价值。