提高注氣鍋爐運(yùn)行熱效率的技術(shù)

陳允國(guó)

（勝利油田分公司注汽技術(shù)服務(wù)中心現(xiàn)河注汽大隊(duì)，山東 東營(yíng) 257000）

我國(guó)油田開發(fā)中，存在儲(chǔ)量較多的稠油油藏，熱采是稠油開發(fā)重要措施。需依托注汽鍋爐進(jìn)行稠油開發(fā)。注汽鍋爐能耗在稠油開發(fā)能耗中占據(jù)絕大部分。因此，有必要對(duì)排煙、爐體散熱、燃燒不充分等注汽鍋爐熱損失的原因和影響因素進(jìn)行分析，提升注汽鍋爐運(yùn)行熱效率和稠油開發(fā)效益。

一、注汽鍋爐運(yùn)行熱效率影響因素及效率低的原因

油田專用注汽鍋爐是稠油注氣系統(tǒng)核心裝置，運(yùn)行工況差、熱效率低會(huì)增加能耗。目前鍋爐運(yùn)行熱效率普遍比設(shè)計(jì)值低5%以上，影響因素有排煙溫度過(guò)高，性能低或自身傳熱性能差，以及保溫性不足；鍋爐爐內(nèi)存在較大負(fù)壓引發(fā)漏氣漏風(fēng)，鍋爐管線布局不合理增加流體流動(dòng)阻力。

結(jié)合鍋爐運(yùn)行實(shí)際，熱效率低的主要原因是排煙溫度過(guò)高和空氣系數(shù)過(guò)大，測(cè)算可知空氣系數(shù)加大10%或排出煙氣溫度增加20℃，會(huì)降低1%的熱效率，熱效率降低會(huì)增加能耗。以23t/h注汽鍋爐為例，熱效率降低1%每小時(shí)會(huì)增加15t燃油。

在注汽鍋爐運(yùn)行中，鍋爐排煙氣損失主要取決于空氣系數(shù)和排出煙氣溫度，而空氣系數(shù)與排出煙氣量也呈正比。鍋爐運(yùn)行需要適當(dāng)?shù)目諝庀禂?shù)，過(guò)大會(huì)增加排煙溫度，過(guò)小會(huì)燃燒不充分。油田注汽鍋爐空氣系數(shù)一般在1.15左右。排出煙氣溫度、排出煙氣量對(duì)排煙氣損失影響有三種兩個(gè)指標(biāo)都不達(dá)標(biāo)或其中某個(gè)不達(dá)標(biāo)就會(huì)造成熱損失。油田注汽鍋爐中，爐內(nèi)的水或蒸汽等工質(zhì)與煙氣換熱的輻射段和對(duì)流段比例為6：4，鍋爐運(yùn)行中輻射段基本正常，對(duì)流段-水換熱器可分為光管換熱器和翹片管換熱器兩組，是順煙氣流動(dòng)方向劃分。對(duì)流室內(nèi)部的翹片管換熱器內(nèi)部積垢會(huì)降低換熱效果，對(duì)流段換熱量會(huì)在40%以下。油田鍋爐尾部換熱段一般每月兩次吹灰，吹灰前后排煙氣溫度分別為300℃和240℃左右，可看出吹灰后煙氣溫度明顯降低。

油田注汽鍋爐排出煙氣設(shè)計(jì)指標(biāo)中，二氧化碳、氧氣分別在12-14%、4-6%范圍，空氣系數(shù)一般在1.2以下。當(dāng)前鍋爐多以重質(zhì)油、輕質(zhì)油或天然氣為燃料，依靠氣動(dòng)閥門凸輪進(jìn)行調(diào)風(fēng)處理，實(shí)際操作中燃料種類及燃燒不穩(wěn)定性、工況變化等，使風(fēng)量與燃料燃燒很難達(dá)到最佳配比，造成鍋爐運(yùn)行熱效率比設(shè)計(jì)值低。

二、提高注汽鍋爐運(yùn)行熱效率技術(shù)措施

（一）實(shí)施空氣系數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)

對(duì)注汽鍋爐進(jìn)行改進(jìn)，建立包含檢測(cè)、控制和調(diào)節(jié)三部分組成的空氣系數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，檢測(cè)裝置是氧化鋯氧量傳感器、變換器，可實(shí)現(xiàn)氧量連續(xù)準(zhǔn)確檢測(cè)，氧化鋯氧量傳感器包含氧化陶瓷、加熱爐、電極、測(cè)溫電偶和不銹鋼外殼，可實(shí)現(xiàn)700℃以下氧離子傳導(dǎo)，在材料兩側(cè)氧氣壓力出現(xiàn)壓差時(shí)可根據(jù)氧氣濃度電池電動(dòng)勢(shì)，求取煙氣中氧氣分壓，并以此計(jì)算煙氣空氣系數(shù)。控制部分依托現(xiàn)代信息技術(shù)和在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)等，將檢測(cè)出的信號(hào)通過(guò)計(jì)算修正后以積分分離式PIO調(diào)節(jié)輸出，可設(shè)置積分分離式和積分自適應(yīng)控制相結(jié)合控制方式，綜合運(yùn)用失效控制、條件控制和模糊控制等方式，實(shí)現(xiàn)空氣系數(shù)科學(xué)控制。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)原來(lái)多采用機(jī)械風(fēng)門，針對(duì)安裝困難、空間受限、精準(zhǔn)度低和靈活性差等問(wèn)題，現(xiàn)多改進(jìn)為由逆變器控制的鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)變速調(diào)控，但要注意設(shè)定下限控制范圍，確保供風(fēng)壓力在1.5kPa以上。同時(shí)，通過(guò)增大鍋爐尾部換熱面積，也能降低排出煙氣溫度。

（二）實(shí)施清煙垢措施

通過(guò)測(cè)試燃油、煙垢化學(xué)成分，分析煙垢生成機(jī)理，利用除垢劑性能研究篩選適應(yīng)類型除垢劑，開展除垢劑室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，以試驗(yàn)和技術(shù)研究、室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用相結(jié)合方式，確保全面掌握鍋爐燃燒銅礦特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)燃油、煙垢取樣分析確定化學(xué)成分，對(duì)比不同除垢劑，在室內(nèi)依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定清垢配方，確保依附在鍋爐受熱體表面的煙垢在除垢劑作用下龜裂、松脆和脫落，實(shí)現(xiàn)清垢、除垢和防垢。

（三）實(shí)施高溫輻射涂料應(yīng)用

注汽鍋爐運(yùn)行溫度超過(guò)650℃后是以輻射方式進(jìn)行熱傳遞，通過(guò)在爐壁、爐管和爐墻上涂刷防輻射高溫涂料，增強(qiáng)爐體黑度和輻射波，就能使輻射波產(chǎn)生激烈“共振”，實(shí)現(xiàn)輻射換熱的強(qiáng)化，增強(qiáng)爐管吸熱性能來(lái)提升熱效率。如在注汽鍋爐輻射段陶纖表面進(jìn)行紅外輻射涂料噴涂，有FHC-AB型高溫輻射涂料、HTEE-E型紅外線輻射涂料等類型，前者可使?fàn)t管超過(guò)500℃后在高溫作用下形成固化瓷膜，增加爐管黑度提升吸熱率，可提升5-10%，并且輻射涂料產(chǎn)生紅外輻射加劇燃燒，也提高了熱效率；后者涂刷在爐膛內(nèi)襯部位，高溫烘烤后可形成固化瓷膜，因?yàn)榫哂休^高反射率，能反射熱量增強(qiáng)爐管輻射力，降低散熱造成熱損失。

（四）實(shí)施煙氣余熱回收

可對(duì)煙氣余熱進(jìn)行回收利用，如對(duì)鍋爐增設(shè)熱管交換器降低煙氣排出引發(fā)的熱損失，利用排出煙氣提升助燃空氣溫度?？膳涮自O(shè)置“熱管”，是一套密封管結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為真空狀態(tài)、含有高純度工質(zhì)，鍋爐運(yùn)行內(nèi)熱管內(nèi)工質(zhì)能吸收熱量后蒸發(fā)和汽化，到熱管冷端會(huì)冷卻釋放熱量后凝結(jié)。實(shí)踐應(yīng)用表明，利用熱管熱交換器對(duì)排出煙氣余熱進(jìn)行回收后，排出煙氣溫度可實(shí)現(xiàn)50%左右降低，可提升鍋爐運(yùn)行熱效率1.5個(gè)百分點(diǎn)左右。也可利用煙氣余熱進(jìn)行水的加熱處理，將水加熱后再注入鍋爐內(nèi)，可有效利用煙氣熱量，一般煙氣溫度降低30-40℃后可提升水溫8-15℃。

三、結(jié)論

綜上所述，油田注汽鍋爐是稠油熱采的必備設(shè)備，但運(yùn)行中易存在熱效率低增加能耗的問(wèn)題，針對(duì)熱效率影響因素有針對(duì)性的采取措施，提升運(yùn)行熱效率，有利于實(shí)現(xiàn)稠油熱采降本增效。