提高活動(dòng)式注汽鍋爐熱效率*

王雪梅（遼河油田公司冷家油田開發(fā)公司）

冷家油田冷活4 注汽站使用額定蒸發(fā)量9.2 t/h的活動(dòng)式注汽鍋爐，運(yùn)行最大排量為9 t/h，額定注汽壓力為17 MPa，完成注汽量4.9×104t/a。在注汽干度75%的情況下，鍋爐的熱效率為77%（額定熱效率85%），燃油單耗達(dá)到58.9 kg/t，已超出規(guī)定燃油單耗不大于56 kg/t的范圍。鍋爐熱效率降低，急需改進(jìn)。

1 原因分析

1.1 爐體保溫?fù)p壞

為了分析鍋爐熱效率的影響因素，在冷活4 注汽站設(shè)立監(jiān)測站，分別對鍋爐的不同部位設(shè)立監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。 通過對鍋爐運(yùn)行實(shí)際情況及鍋爐狀況測試分析，鍋爐輻射段局部存在不同的保溫破損現(xiàn)象，局部出現(xiàn)高溫區(qū)，溫度高達(dá)85 ℃左右；爐膛上部溫度普遍高于下部溫度，而且在接箍處溫度明顯偏高，部分爐釘位置溫度高達(dá)100 ℃以上，已超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高70 ℃指標(biāo)。鍋爐對流段上部整體表面平均溫度在70 ℃左右，但在焊縫及鉸接處出現(xiàn)異常高溫區(qū)，最高點(diǎn)溫度達(dá)179 ℃以上；部分換熱面雖符合遼河油田公司規(guī)定，但已超過國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10180—2003 《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》[1]、TSG G0003—2010 《工業(yè)鍋爐能效測試與評價(jià)規(guī)則》[2]的要求。鍋爐過渡段的平均溫度在115 ℃左右，實(shí)測局部高溫點(diǎn)達(dá)到了159 ℃，已超過《遼河油田公司熱注系統(tǒng)管理規(guī)定》的要求。

經(jīng)測試分析：鍋爐外表面溫度不均勻，輻射段、對流段及過渡段均存在保溫缺陷，造成局部位置溫度過高，最高點(diǎn)溫度高達(dá)200 ℃，超溫嚴(yán)重；鍋爐輻射段外表面平均溫度在55～90 ℃左右，對流段平均溫度在55～120 ℃，爐體上半部分外表面平均溫度高于下半部分20 ℃左右。這些都超過了國家標(biāo)準(zhǔn)及遼河油田公司要求，占總熱損失1.28%～1.65%。

1.2 過量空氣系數(shù)大

根據(jù)燃燒過程的不同，合理的配風(fēng)對促進(jìn)爐內(nèi)高效燃燒是很重要的。燃燒系統(tǒng)的配風(fēng)由風(fēng)門連桿調(diào)節(jié)風(fēng)門開度來控制，助燃空氣量不合理而產(chǎn)生過多的剩余空氣會(huì)從鍋爐內(nèi)帶走大量的熱量，隨煙氣排放到大氣中，熱損失增大，降低了鍋爐的熱效率（圖1）。鍋爐排煙溫度達(dá)到230 ℃，過量空氣系數(shù)1.6，燃油單耗達(dá)到58.9 kg/t，熱效率下降至77%。

圖1 不同過量空氣系數(shù)下鍋爐熱效率與排煙溫度的關(guān)系

1.3 對流段積灰多

目前注汽鍋爐使用燃料主要以原油為主，原油經(jīng)過燃燒產(chǎn)生煙塵、焦體及鐵銹等灰垢，灰垢的導(dǎo)熱系數(shù)為0.418 W/（m·℃），大約為鋼板導(dǎo)熱系數(shù)的1/450～1/750。這些灰垢如不及時(shí)清理，會(huì)聚集在對流段翅片管、輻射段爐管、爐襯等位置，嚴(yán)重影響鍋爐的熱效率。經(jīng)現(xiàn)場測試，灰垢的存在使傳熱損失率高達(dá)30%以上，排煙溫度上升。煙溫每升高15～20 ℃，熱效率降低1%。每2 井次就可達(dá)230 ℃以上，排煙熱損失10%以上。由此可見，灰垢的存在使設(shè)備達(dá)不到設(shè)計(jì)熱效率，造成能源的極大浪費(fèi)，及時(shí)清灰是提高鍋爐熱效率的關(guān)鍵。因此，規(guī)定排煙溫度大于220 ℃必須清理對流段積灰。

2 提效措施

2.1 更換爐體保溫

對鍋爐輻射段保溫效果差的不合格高溫區(qū)采用“硅酸鋁纖維平鋪交錯(cuò)技術(shù)”進(jìn)行保溫層更換，并進(jìn)行硅酸鹽水泥涂料噴涂以降低熱損失，使輻射段外表溫度由平均84.9 ℃（局部溫度達(dá)到96 ℃）降低到平均溫度55.8 ℃。消除對流段焊縫及鉸接處，以及對流段中部出現(xiàn)的異常高溫區(qū)，修復(fù)加固保溫層降低表面溫度，減少熱損失，使對流段外表溫度由平均70 ℃（最高點(diǎn)溫度達(dá)179 ℃以上）降低到平均溫度52 ℃。對過渡段底部硬保溫?fù)p壞進(jìn)行重新澆筑，并對兩側(cè)軟保溫層修復(fù)加固，降低過渡段表面溫度，減少熱損失，使過渡段外表溫度由平均115 ℃（最高點(diǎn)溫度達(dá)159 ℃以上）降低到平均溫度88.2 ℃。

對鍋爐損壞的保溫層進(jìn)行了更換，并對更換保溫層后的爐體溫度進(jìn)行了定期監(jiān)測（表1）。通過對鍋爐爐體不合格保溫層進(jìn)行維修和更換，使?fàn)t體外表面溫度下降了10～15 ℃，達(dá)到了遼河油田公司熱注系統(tǒng)管理規(guī)定：輻射段溫度小于80 ℃，對流段溫度小于80 ℃，過渡段溫度小于100 ℃，減少了爐體外表面散熱損失，提高了鍋爐的熱效率。

2.2 合理調(diào)整過量空氣系數(shù)

針對配風(fēng)比不合理的情況，進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，減少排煙損失。監(jiān)測過量空氣系數(shù)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門連桿來改變風(fēng)門開度控制助燃空氣量，降低過量空氣系數(shù)，降低排煙溫度。為此，進(jìn)行現(xiàn)場測試，找出風(fēng)門開度、鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)量最佳的配合參數(shù)，以確定合理的過量空氣系數(shù)來降低排煙容積，滿足鍋爐在最佳燃燒狀態(tài)下運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

表1 冷活4 注汽站措施實(shí)施后爐體表面溫度監(jiān)測 ℃

表2 過量空氣系數(shù)測試

由表2 可知，鍋爐排量一定時(shí)，風(fēng)門開度80%、鼓風(fēng)機(jī)頻率43.5 Hz，過量空氣系數(shù)、排煙溫度達(dá)到最優(yōu)。對調(diào)整后的配風(fēng)比進(jìn)行測量，過量空氣系數(shù)下降到1.25，降低了排煙容積，平均煙溫降低了14 ℃，達(dá)到了目標(biāo)值（表3）。

表3 配風(fēng)調(diào)整對比統(tǒng)計(jì)

2.3 對流段吹灰，降低排煙溫度

排煙溫度每升高15～20 ℃，鍋爐熱效率下降1%，因此規(guī)定排煙溫度大于220 ℃時(shí)，停爐轉(zhuǎn)注必須進(jìn)行吹灰。針對活動(dòng)注汽鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，清灰時(shí)將鍋爐對流段拆下進(jìn)行施工作業(yè)，這樣可以有效清除對流段翅片管上積存的煙灰。另一方面，由于施工時(shí)鋪設(shè)了10 m2塑料布防污染保護(hù)帶，杜絕了施工作業(yè)時(shí)煙灰造成的污染，保護(hù)了環(huán)境。

清灰后，提高了鍋爐對流段受熱面對熱量的吸收，降低了鍋爐的排煙溫度，提高了鍋爐的熱效率，排煙溫度大幅降低，由清灰前的233 ℃下降到清灰后的176 ℃，降低了57 ℃，并始終保持較低數(shù)值，使鍋爐熱效率得到顯著提高。由于清除了灰垢及焦結(jié)物質(zhì)，大大提高了對流段的換熱能力，從而提高了鍋爐的熱效率。經(jīng)測試，熱效率由清灰前的77.5%提高到清灰后的81.7%（表4）。

表4 對流段吹灰實(shí)施效果對比

3 實(shí)施效果

經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)試驗(yàn)，對比優(yōu)化各種參數(shù)，進(jìn)行了現(xiàn)場熱效率檢測及計(jì)算。在平均熱效率為82%、風(fēng)門的控制開度為80%、鼓風(fēng)機(jī)頻率43.5 Hz、鍋爐排量9 t/h、干度75%的運(yùn)行工況下進(jìn)行跟蹤，取得了很好的效果。對爐體不合格保溫層進(jìn)行維修，表面溫度下降了10～15 ℃，提升了0.5%的熱效率。合理調(diào)整了配風(fēng)比，達(dá)到了最佳燃燒工況，提高了燃燒效率，提升熱效率1%。對流段吹灰后，排煙溫度下降了60 ℃左右，提高了4%的熱效率。經(jīng)過近1年的實(shí)施，注汽鍋爐的熱效率由措施前的77.5%提高到81.7%。

4 結(jié)論

通過對爐體輻射段、對流段、過渡段保溫防護(hù)的修復(fù)，并定期對鍋爐吹灰、清理，鍋爐運(yùn)行時(shí)選用風(fēng)門開度80%、鼓風(fēng)機(jī)頻率43.5 Hz、鍋爐排量9 t/h可以達(dá)到平均熱效率82%、干度75%的良好運(yùn)行效果，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

[1]GB/T 10180—2003 工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

[2]TSG G0003—2010 工業(yè)鍋爐能效測試與評價(jià)規(guī)則[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.