基于能流分析的油田注汽鍋爐節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

武八鎖 趙學(xué)展 岳峰 張勇 咸朝軍 張玥 苗會(huì)清 段云 王洪玉 鐘小偉

（中石化股份勝利油田分公司注汽技術(shù)服務(wù)中心）

注汽鍋爐作為稠油熱采的核心設(shè)備，其所在注汽站是一個(gè)包含油、氣、水、電、熱等多種不同形式能量傳遞和轉(zhuǎn)換的復(fù)雜系統(tǒng)，能量傳遞和轉(zhuǎn)換水平高低直接影響注汽過(guò)程用能數(shù)量。能流分析技術(shù)特別適合于復(fù)雜系統(tǒng)用能水平的理論分析，通過(guò)對(duì)能量轉(zhuǎn)換、利用、回收環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)，找出用能水平薄弱環(huán)節(jié)，提出有效的節(jié)能措施。

1 注汽鍋爐能流評(píng)價(jià)指標(biāo)

注汽鍋爐能量轉(zhuǎn)換、利用、回收環(huán)節(jié)，主要涉及鍋爐、水處理、機(jī)泵、管線、配電等設(shè)備設(shè)施。

1.1 能量評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)劃分

注汽站所需能量主要由外界輸入，轉(zhuǎn)換過(guò)程為電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能和壓力能，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能。其中電能到動(dòng)能和壓力能的設(shè)備為機(jī)泵、空壓機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)，燃料化學(xué)能到熱能轉(zhuǎn)化由爐膛實(shí)現(xiàn)。

注汽站核心工藝為水加熱轉(zhuǎn)化為濕蒸汽過(guò)程，對(duì)應(yīng)的設(shè)備為鍋爐換熱器、輻射段、對(duì)流段，構(gòu)成了能量利用環(huán)節(jié)。

注汽站能量回收環(huán)節(jié)包括伴熱蒸汽、煙氣熱量回收，同時(shí)包括再生水、工業(yè)鹽等物料回收過(guò)程。

1.2 能量評(píng)價(jià)指標(biāo)建立

能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)指標(biāo)為能量轉(zhuǎn)換效率，計(jì)算式為：

式中：ηU——能量轉(zhuǎn)換效率，%；

EW——轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)直接損失能，kW；

EP——轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)外界的總供入能，kW；

Qin——井排來(lái)液供入能，kW。

能量利用環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)指標(biāo)是能量利用效率，計(jì)算式為：

式中：ηT——能量利用效率，%；

EUD——利用環(huán)節(jié)損失的能量，kW；

EN——利用環(huán)節(jié)工藝總用能，kW。

能量回收環(huán)節(jié)的功能是盡可能從待回收能中回收循環(huán)能和輸出能[1]。其評(píng)價(jià)指標(biāo)為能量回收效率，公式為：

式中：ηR——能量回收效率，%；

ER、EE和EO——分別為待回收能、回收循環(huán)能和輸出能，kW。

2 注汽鍋爐用能現(xiàn)狀分析

現(xiàn)以孤島注汽大隊(duì)1#活動(dòng)注汽站為例，利用能流分析方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)，對(duì)各環(huán)節(jié)、裝置的能量平衡進(jìn)行計(jì)算，以單方蒸汽能量為單位繪制汽氣大隊(duì)1#活動(dòng)注汽站能流分布圖，如圖1 所示。以能流分布圖為基礎(chǔ)，對(duì)注汽鍋爐用能現(xiàn)狀進(jìn)行分析并提出合理用能改進(jìn)方向。

圖1 注汽大隊(duì)1#活動(dòng)注汽站能流分布圖

2.1 能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)

在能量轉(zhuǎn)化和傳輸環(huán)節(jié)中，主要設(shè)備是爐膛、鼓風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、柱塞泵、生水泵、增壓泵等。該環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化效率為70%，有30%的能量損失。能量損失主要包括機(jī)泵損失、鍋爐散熱損失兩部分，其中鍋爐的熱損失最大，占總能量損失的74.9%。因此決定能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化效率的主要因素是鍋爐的熱損失和鼓風(fēng)機(jī)、柱塞泵、生水泵等機(jī)泵效率，提高加鍋爐熱效率和機(jī)泵效率是提高轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵[2]。

2.2 能量利用環(huán)節(jié)

注汽站能量利用過(guò)程，實(shí)際上就是燃料燃燒產(chǎn)生熱量吸收交換過(guò)程和電能轉(zhuǎn)化的機(jī)械能對(duì)來(lái)液能進(jìn)行提升的過(guò)程，該環(huán)節(jié)能量利用效率為92.7%。

能量輸入構(gòu)成為：轉(zhuǎn)化能744.76 kW，占該環(huán)節(jié)輸入能的96.12%；來(lái)液帶入能為30 kW，占總輸入能的3.88%；回收能為0。

能量輸出構(gòu)成為：設(shè)備換熱損失55.824 kW，占總輸出能7%；設(shè)備輸出能186.52 kW，占總輸出能25.9%；蒸汽輸出能401.933 kW，占總輸出能55.9%；進(jìn)入回收系統(tǒng)的伴熱蒸汽、煙氣散熱能、再生水輸出能130.48 kW，占總輸出能的11.2%。因此，決定能量利用環(huán)節(jié)效率的主要因素是設(shè)備換熱損失，提高各換熱系統(tǒng)換熱效率是提高能量利用環(huán)節(jié)效率的關(guān)鍵。

2.3 能量回收環(huán)節(jié)

回收環(huán)節(jié)得到的熱量包括伴熱蒸汽帶出的熱量和煙氣排放帶出的熱量，同時(shí)包括一部分外排再生水物料帶出的能量。由于伴熱蒸汽直接從鍋爐出口取的高品位蒸汽，對(duì)爐前燃油和油罐進(jìn)行加熱后進(jìn)行外排，其攜帶熱量為52.192 kW，由于未進(jìn)行回收而損失掉。

為防止燃油鍋爐煙氣溫度低于露點(diǎn)（90 ℃）造成對(duì)流段酸化腐蝕，實(shí)際排煙溫度一般設(shè)置較高（立式對(duì)流段200 ℃、臥式對(duì)流段230 ℃）。這樣煙氣攜帶較大部分熱量（占輸入熱量的4%～8%），加上煙氣中水蒸氣攜帶的潛熱，損失熱量較大，為65.24 kW。

再生水包括沖洗用水、進(jìn)鹽用水、置換用水三部分，占噸汽耗水總量的90.8%。該部分在沖洗后期，其水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到給水標(biāo)準(zhǔn)，具備回收條件。同時(shí)，該部分水經(jīng)生水泵加壓后，其獲得的能量為充分利用，直接進(jìn)行外排，其損失的能量為13.048 kW。

3 注汽鍋爐節(jié)能技術(shù)

3.1 能量輸入環(huán)節(jié)

注汽站用電節(jié)點(diǎn)按設(shè)備用途可劃分為配電部分、主體設(shè)備、附屬設(shè)備和生活用電4部分。為實(shí)現(xiàn)電能高效轉(zhuǎn)換為機(jī)械能等所需形式能量，注汽大隊(duì)采取以下措施：

措施一：配電變壓器減容。原配備變壓器容量是按柱塞泵工頻啟動(dòng)運(yùn)行設(shè)計(jì)的，2000年后柱塞泵變頻器成為注汽站的標(biāo)配，柱塞泵啟動(dòng)電流和運(yùn)行電流比工頻狀況下大幅降低，原變壓器容量明顯偏大，自身?yè)p耗占比大。根據(jù)注汽站設(shè)備配備電動(dòng)機(jī)和其他電器設(shè)備額定功率和實(shí)測(cè)啟動(dòng)/運(yùn)行電流，優(yōu)選了合理的變壓器容量，將原9 t/h 和11 t/h 注汽站配備的400 kVA 降為目前的250 kVA 變壓器，原15 t/h注汽站配備的500 kVA降為目前的315 kVA變壓器。

措施二：減少線路無(wú)功損耗。同時(shí)，全面檢修并投用無(wú)功補(bǔ)償，提高注汽站的功率因數(shù)。注汽大隊(duì)各活動(dòng)注汽站無(wú)功補(bǔ)償裝置設(shè)置7個(gè)檔位，投運(yùn)沒(méi)有明確指導(dǎo)。在GDD16-01 井注汽期間開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，采集大量用電數(shù)據(jù)，對(duì)各檔位用電情況調(diào)查。通過(guò)能耗關(guān)系發(fā)現(xiàn)，正確選用無(wú)功補(bǔ)償檔位每天可實(shí)現(xiàn)節(jié)電20 kWh。

措施三：合理開(kāi)展機(jī)泵降容。通過(guò)對(duì)注汽站現(xiàn)用設(shè)備核算功率和單機(jī)實(shí)測(cè)功率對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在原設(shè)計(jì)的機(jī)泵配備都保留了一定的余量，如9.2 t/h注汽鍋爐：配備的柱塞泵額定排量一般為10.5～11.0 m3/h，柱塞泵理論功率與實(shí)測(cè)功率對(duì)比見(jiàn)表1。配備軟水器額定流量一般為12 m3/h 以上，生水泵額定排量一般為12.5 m3/h以上；除氧器額定流量一般為12 m3/h以上，增壓泵和真空泵余量較大；鍋爐配套供油泵，額定壓力2.5 MPa，額定排量2.5 m3/h；配套的空壓機(jī)2臺(tái)，都為15 kW電動(dòng)機(jī)的額定壓力1.0 MPa，額定排量1.9 m3/h 以上。鍋爐實(shí)際運(yùn)行蒸發(fā)量一般在5.5～9.0 t/h（即最低限制蒸發(fā)量和額定蒸發(fā)量之間），常用蒸發(fā)量一般在8.0 t/h 上下，配套的機(jī)泵容量偏大，空載損耗占比大，處于“大馬拉小車”的狀態(tài)。設(shè)備運(yùn)行不同時(shí)段，對(duì)配套機(jī)泵有不同的要求。

表1 柱塞泵理論功率與實(shí)測(cè)功率對(duì)比

壓縮空氣。啟爐初期，介質(zhì)霧化的鍋爐（如采用北美燃燒器時(shí)）采用空氣霧化需要大流量的壓縮空氣用于燃油霧化，正常運(yùn)行期間投用蒸汽霧化后，壓縮空氣主要提高氣動(dòng)儀表和水處理氣動(dòng)閥使用，用氣量大幅減少。

生水泵流量。軟水器正常運(yùn)行期間，生水泵流量與后面水汽流程的除氧器、鍋爐流量一致，流量在較小范圍；軟水器進(jìn)入再生程序后，其出口流量需同時(shí)滿足后面除氧器、鍋爐使用需要和再生程序的反洗、置換、正洗用水要求，流量在較大的范圍。

綜合考慮以上因素，結(jié)合注汽站的實(shí)際工況，合理進(jìn)行了注汽站配套機(jī)泵設(shè)備降容改造。柱塞泵、鼓風(fēng)機(jī)、供油泵、除氧器的真空泵、增壓泵、鹽泵、排污泵等根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行合理選擇，不保留余量?？諌簷C(jī)、生水泵等工況負(fù)荷變化較大的機(jī)泵設(shè)備，由原來(lái)的一用一備調(diào)整為一臺(tái)根據(jù)大流量工況選型，一臺(tái)根據(jù)小流量工況選型，由“兩大”改為“一大一小”。

措施四：減少保溫能量投入。因冬季設(shè)備停運(yùn)后，需啟用電暖器、伴熱帶保溫，對(duì)各站冬季保溫情況進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)每天保溫耗電高達(dá)90 kWh，降低冬季等井時(shí)間可有效節(jié)電。

注汽站活動(dòng)值班室、水處理操作間等地方安裝暖氣片，利用鍋爐加溫的廢蒸汽來(lái)取暖，以代替大功率電暖器。改造后，設(shè)備運(yùn)行期間每站每天可節(jié)電100 kWh。

注汽站將溫度控制器應(yīng)用到注汽鍋爐冬季施工的電暖器上，平均每站每日節(jié)電約10 kWh。

措施五：優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行挖潛?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試15 kW的空壓機(jī)空載電流為10～11 A，打壓時(shí)空壓機(jī)電流約21 A，正常運(yùn)行時(shí)只供給水處理設(shè)備，打壓與空載時(shí)間約1∶5，空壓機(jī)運(yùn)行方式由連續(xù)運(yùn)行改為間隙運(yùn)行，減少空載耗電，按功率因數(shù)0.9 計(jì)算，一天空壓機(jī)可節(jié)電約102 kWh。

注汽井壓力的高低直接影響著用電單耗，初步統(tǒng)計(jì)注入壓力每提高1 MPa，單耗將上升0.3 kWh左右。為降低注汽用電單耗，根據(jù)注汽井史、施工方案、設(shè)備生產(chǎn)能力、壓力等級(jí)等，對(duì)井和鍋爐實(shí)施“雙向選擇”，避免大排量鍋爐注小排量井，盡可能的降低注入壓力，從而降低噸汽電耗。

3.2 能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)

1#活動(dòng)注汽鍋爐為油汽兩用鍋爐，燃料以原油為主，其能量轉(zhuǎn)化過(guò)程為燃料燃燒釋放熱量的過(guò)程，影響燃料能量轉(zhuǎn)化的因素包括6個(gè)方面，分別為鍋爐產(chǎn)出蒸汽熱量、排煙熱損失、化學(xué)不完全燃燒熱損失、機(jī)械不完全燃燒熱損失、散熱損失和灰渣物理熱損失。對(duì)于油田燃油燃?xì)忮仩t，其中主要影響因素為Q2、Q3、Q5，其平衡方程式如下：

式中：Qr——燃料釋放熱量，kJ/kg；

Q1——鍋爐產(chǎn)出蒸汽熱量，kJ/kg；

Q2——排煙熱損失，kJ/kg；

Q3——化學(xué)不完全燃燒熱損失，kJ/kg；

Q4——機(jī)械不完全燃燒熱損失，kJ/kg；

Q5——散熱損失，kJ/kg；

Q6——灰渣物理熱損失，kJ/kg。

要提高能量轉(zhuǎn)化效率，首先應(yīng)保證燃料充分燃燒，盡可能減少燃燒熱損失。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，注汽大隊(duì)主要采取了以下措施：

措施一：提高燃料燃燒效率。燃料空氣比的調(diào)整實(shí)際上就是過(guò)量空氣系數(shù)的調(diào)整，鍋爐排煙熱損失與過(guò)量空氣系數(shù)有很大關(guān)系，從降低鍋爐排煙熱損失角度出發(fā)，希望過(guò)量空氣系數(shù)越小越好，然而過(guò)量空氣系數(shù)的減小常會(huì)引起化學(xué)不完全燃燒損失和機(jī)械不完全燃燒損失的增大。從降低化學(xué)不完全燃燒損失和機(jī)械不完全燃燒損失角度出發(fā)，希望過(guò)量空氣系數(shù)越大越好，這樣就形成一個(gè)矛盾[3]。不過(guò)，從鍋爐熱效率反平衡計(jì)算法可知，只要鍋爐各項(xiàng)熱損失之和達(dá)到最小，就能保證最高的熱效率。因此，最合理的過(guò)量空氣系數(shù)應(yīng)使Q2、Q3、Q5之和為最小，這個(gè)合理的過(guò)量空氣系數(shù)即為最佳過(guò)量空氣系數(shù)。確定最佳過(guò)量空氣系數(shù)之值可用曲線法求得，如圖2所示。

注汽鍋爐投產(chǎn)調(diào)試時(shí)，設(shè)定最佳過(guò)量空氣系數(shù)為1.05～1.20。同時(shí)，將油溫、油壓和霧化壓力最佳配合與過(guò)量空氣系數(shù)的調(diào)整同步進(jìn)行，以滿足燃燒火焰好，鍋爐受熱面積灰慢，煙溫上升幅度慢，降低了排煙熱損失的目標(biāo)。

圖2 確定最佳過(guò)量空氣系數(shù)之值

注汽鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，利用固定式氧化鋯煙氣分析儀和便攜式測(cè)氧儀，定期測(cè)定煙氣含氧量，使煙氣含氧量保持在3%～5%。及時(shí)調(diào)整油壓、油溫、霧化壓力、風(fēng)門開(kāi)度等，注意觀察火焰形狀顏色，保證燃料在爐膛高效燃燒。

措施二：尋找最優(yōu)參數(shù)組合。為便于尋找鍋爐最優(yōu)參數(shù)組合，把鍋爐參數(shù)按關(guān)聯(lián)關(guān)系分為四類，重點(diǎn)分析可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，互不影響兩類；關(guān)系密切，相互影響兩類（鍋爐流量、對(duì)流段入口水溫、燃油溫度、燃油壓力、霧化壓力、風(fēng)門開(kāi)度等）。

由于鍋爐運(yùn)行涉及參數(shù)較多，且互相影響，為提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性和便于后期分析，遵循以下原則：

1）單參數(shù)調(diào)整及優(yōu)化試驗(yàn)，保持其他參數(shù)基本不變。

2）保持注汽干度恒定在73%±0.5，增強(qiáng)可比性。

3）確定好合適的參數(shù)調(diào)整次序，盡量降低互相影響。

4）所有參數(shù)錄取采取統(tǒng)一模式和標(biāo)準(zhǔn)，降低系統(tǒng)誤差和人為誤差。

滿足上述條件基礎(chǔ)上，借助6δ 管理中的JMP數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)鍋爐參數(shù)影響因子配對(duì)相關(guān)性統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2，通過(guò)關(guān)鍵因素的識(shí)別，找出鍋爐參數(shù)優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)鍋爐熱效率提升。

通過(guò)對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，注汽大隊(duì)探索出鍋爐最佳運(yùn)行工況，為保證鍋爐熱效率始終處于較高區(qū)間，制定了以下鞏固措施。

鍋爐運(yùn)行期間，在注汽井壓力允許和施工方案設(shè)計(jì)要求下，應(yīng)盡可能提高鍋爐排量；燃料為渣油時(shí)，為保證不發(fā)生對(duì)流段低溫腐蝕，對(duì)流段入口水溫在煙氣露點(diǎn)（90 ℃）左右，應(yīng)控制在煙氣露點(diǎn)溫度5～10 ℃以上，即95～100 ℃。

油溫應(yīng)保持在85～90 ℃，燃油壓力應(yīng)保持在0.48 MPa 左右，霧化壓力與燃油壓力差值應(yīng)在0.01～0.015 MPa，通過(guò)觀察火焰形狀、顏色確定。

煙氣含氧量應(yīng)保持在3%～3.5%，應(yīng)同時(shí)觀察火焰形狀、顏色和排煙溫度變化確定。

燃燒根據(jù)情況調(diào)整：火焰形狀、長(zhǎng)度、顏色等；排煙溫度上升幅度的快慢；煙氣中O2的含量，從而確定三個(gè)參數(shù)的最佳配合值，并調(diào)整閥件使其穩(wěn)定在最佳值上。

3.3 能量利用環(huán)節(jié)

注汽鍋爐能量利用環(huán)節(jié)包括鍋爐輻射段換熱、對(duì)流段換熱、給水換熱器換熱、爐前燃油加熱器換熱4 部分，提高該4 處換熱器換熱效率，是提高能量利用環(huán)節(jié)效率的關(guān)鍵。為此，主要采取了以下措施：

措施一：提高爐膛輻射換熱系數(shù)。鍋爐輻射段換熱過(guò)程是指爐膛中火焰的輻射和吸收?；鹧嬉话阌呻p原子氣輻射換熱體（N2、O2、CO）、三原子氣體（CO2、H2O、SO2）和懸浮固體粒子（炭黑、飛灰、焦炭粒子）所組成。其中N2和O2對(duì)熱輻射是透明的，CO 等的含量一般很低，因此火焰中具有輻射能力的成分主要是H2O、CO2和各種懸浮的固體粒子[4]。對(duì)于燃油，發(fā)光火焰輻射主要靠炭黑;發(fā)光火焰輻射力一般比透明火焰大2～3倍。輻射換熱通常受火焰總黑度的影響，通過(guò)平均有效射程和輻射減弱系數(shù)表征。火焰的總輻射減弱系數(shù)K 可近似地認(rèn)為等KCO2、KH2O、K 灰、K 焦炭等項(xiàng)減弱系數(shù)之和。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，采用合理過(guò)量空氣系數(shù)，提高燃燒完全程度，增加CO2比例。同時(shí)，結(jié)合蒸汽霧化，增加火焰中H2O含量，提高火焰輻射能力。

表2 鍋爐參數(shù)影響因子配對(duì)相關(guān)性統(tǒng)計(jì)

措施二：提高對(duì)流段對(duì)流換熱系數(shù)。影響對(duì)流換熱的因素是由影響流動(dòng)和影響流體熱量傳遞因素綜合作用結(jié)果。主要有流體流動(dòng)起因、流體有無(wú)相變、流體的流動(dòng)狀態(tài)、流體的物性條件、換熱表面的幾何因素五個(gè)方面。鍋爐對(duì)流段換熱器屬于管程走蒸汽，殼程煙氣橫略沖刷的換熱方式[5]。

實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，定期對(duì)對(duì)流段換熱器進(jìn)行沖洗，去除聚結(jié)在換熱器翅片管上炭黑、飛灰等物質(zhì)，防止因煙氣流道變小造成的煙氣流速增加，造成單位體積煙氣帶走熱量增大，換熱器管束數(shù)量不變前提下，煙氣溫度上升，造成對(duì)流換熱效率降低。

調(diào)整對(duì)流段入口水溫，控制高于煙氣露點(diǎn)的同時(shí)，盡量降低入口水溫，使煙氣攜帶熱量在對(duì)流段換熱過(guò)程中得到充分吸收。

措施三：提高套管換熱器換熱效率。注汽鍋爐給水換熱器、燃油加熱器均為套管式換熱器，該換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱面積增減自如。傳熱效能高，適合高壓小流量液-液換熱。

套管式換熱器長(zhǎng)期運(yùn)行存在水垢沉積，污垢熱阻增加，使效率降低、能耗增加、壽命縮短現(xiàn)象。鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)換熱器冷熱兩側(cè)的水質(zhì)，通過(guò)前端水質(zhì)軟化處理，去除水質(zhì)殘硬辦法，降低換熱器結(jié)垢可能，達(dá)到降低換熱器污垢熱阻目的。

給水預(yù)熱器為逆流換熱方式，按照對(duì)流段換熱器入口溫度在90～120 ℃的設(shè)計(jì)要求，盡可能降低冷側(cè)流體的溫度，使逆流時(shí)對(duì)數(shù)平均溫差最大。通過(guò)提高換熱器對(duì)數(shù)平均溫差的方法實(shí)現(xiàn)換熱效率提升。

換熱器阻力也是影響對(duì)換熱系數(shù)的主要因素。提高換熱流道內(nèi)介質(zhì)的平均流速，可提高傳熱系數(shù)，減小換熱器面積。但提高流速，將加大換熱器的阻力，增加柱塞泵的耗電量和設(shè)備造價(jià)。柱塞泵的功耗與給水流速的3次方成正比，通過(guò)提高流速獲得稍高的傳熱系數(shù)不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)鍋爐運(yùn)行流量比較大時(shí)，可采用調(diào)整旁通流量保證有較高的傳熱系數(shù)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)換熱器前后壓降，當(dāng)壓降超過(guò)0.2 MPa 后，采用高效、環(huán)保、安全、無(wú)腐蝕環(huán)保清洗劑進(jìn)行清洗，有效去除水垢，提高換熱器高換熱效率。

3.4 能量回收環(huán)節(jié)

能量回收環(huán)節(jié)主要包括伴熱蒸汽、煙氣和再生水等能量，且該部分能量未進(jìn)行回收，造成該環(huán)節(jié)能量損失較多。

措施一：伴熱蒸汽熱量梯級(jí)利用。注汽站伴熱蒸汽主要用于燃油加熱、油罐伴熱。高溫伴熱蒸汽（300 ℃）進(jìn)行減壓到1 MPa后，通過(guò)爐前燃油加熱器，將50 ℃燃油加熱到100 ℃，經(jīng)過(guò)換熱器后約120 ℃蒸汽進(jìn)入油罐盤管換熱器，將30 ℃來(lái)油加熱到50 ℃，此時(shí)蒸汽約90 ℃，攜帶熱量品味已經(jīng)降低，直接通入鹽池、水罐，對(duì)常溫鹽水和來(lái)水進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)蒸汽熱量梯級(jí)回收。

措施二：燃?xì)忮仩t降低排煙溫度。燃?xì)忮仩t煙氣中蘊(yùn)含著大量的顯熱和潛熱，充分回收煙氣中的熱量可以減少能源消耗。燃?xì)忮仩t煙氣的露點(diǎn)在55 ℃左右（過(guò)?？諝庀禂?shù)在1.15時(shí)），煙氣含濕量較高，水蒸氣冷凝過(guò)程會(huì)放出大量的氣化潛熱，同時(shí)產(chǎn)生大量的水，其中水蒸氣潛熱約占天然氣所產(chǎn)生熱量的10%左右。注汽站油氣兩用鍋爐改燒天然氣時(shí)，可將排煙溫度從170 ℃降低到60 ℃，此時(shí)，可大大減少煙氣排放所帶出的熱量，同時(shí)可以回收煙氣中水蒸氣的潛熱，從而較大幅度回收煙氣散熱能。同時(shí)，所產(chǎn)生的冷凝水吸收煙氣中的污染物，減少了NOx和CO2的排放量。

措施三：再生水回收再利用。注汽鍋爐工藝水汽流程共有水源、儲(chǔ)水罐、樹(shù)脂軟化罐、除氧器、注汽鍋爐、注汽井6 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，5 個(gè)中間過(guò)程，注氣站用水工藝流程框圖如圖3所示。耗水主要來(lái)自再生耗水，這是由于用于生水軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，在工作一段時(shí)間之后，需要再生，以恢復(fù)其正常的工作機(jī)能。再生耗水包括沖洗用水、進(jìn)鹽用水、置換用水三部分，占噸汽耗水總量的90.8%；其他耗水，主要包括生活用水、清洗設(shè)備用水兩部分，占噸汽耗水總量的9.2%。

水處理再生過(guò)程運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，再生頻繁，在使用的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，存在再生各步設(shè)置余量過(guò)大，沒(méi)有根據(jù)具體水質(zhì)及時(shí)修訂設(shè)置的狀況；再生后期排出水已經(jīng)達(dá)到鍋爐用生水的標(biāo)準(zhǔn)，而以往都是將這部分水外排掉，造成白白浪費(fèi)。

1）應(yīng)用PE管線，杜絕沿程水管線漏失。在用水輸送方面，采用了PE 管替代原有水龍帶管線，由于其零滲漏、抗磨損、耐腐蝕，降低了沿程用水漏失。平均每天每站減少管線漏失約5 m3。

2）按質(zhì)判斷再生，充分利用樹(shù)脂效能。優(yōu)化周期制水量。軟水器出廠設(shè)計(jì)是按照生水硬度為300 mg/L，實(shí)際生水硬度一般低于這個(gè)數(shù)值，設(shè)備到達(dá)設(shè)定制水量自動(dòng)轉(zhuǎn)再生，浪費(fèi)了一部分有效工作交換能力。在確保反洗效果的前提下，盡量多裝樹(shù)脂，提高周期的工作交換容量。根據(jù)測(cè)量的水源水硬度和軟水器一級(jí)罐樹(shù)脂裝填量計(jì)算工作交換容量，確定周期制水量。

定期分析優(yōu)化再生各步驟結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用情況，及時(shí)修正控制系統(tǒng)的再生各步驟的定時(shí)定量參數(shù)，減少再生用水量。通過(guò)再生參數(shù)的優(yōu)化，降低每次再生用水量的同時(shí)，還大大降低了再生次數(shù)，即提高了周期制水量，由原來(lái)的兩天再生三次到現(xiàn)在的一天再生一次。

3）合理進(jìn)行回收，減少再生污水排放。對(duì)于水耗主要是再生耗水的情況，應(yīng)用了水處理再生節(jié)水減排裝置，針對(duì)水處理一、二級(jí)正洗外排水回收，降低再生用水總量，節(jié)水減排。

注汽鍋爐節(jié)水減排裝置由測(cè)量部分、控制部分、執(zhí)行部分三部分和管線流程組成，其構(gòu)成了一個(gè)單回路反饋控制系統(tǒng)。測(cè)量部分主要由一個(gè)電導(dǎo)率儀和一個(gè)電磁流量計(jì)構(gòu)成，完成再生外排水流量和電導(dǎo)率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集；控制系統(tǒng)信號(hào)取自水處理再生啟動(dòng)和停止信號(hào)獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)采集的信號(hào)輸出至控制器并能和設(shè)定值判斷比較，進(jìn)而控制執(zhí)行部分動(dòng)作；執(zhí)行部分主要有兩個(gè)氣動(dòng)閥和管線流程組成，實(shí)現(xiàn)回收水進(jìn)入水處理入口，節(jié)水裝置分解如圖4所示。

通過(guò)選擇合適的電導(dǎo)率測(cè)試儀，選擇合適的控制儀控制模塊，利用氣動(dòng)控制閥作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于當(dāng)電導(dǎo)率小于6 ms/cm 時(shí)，一、二級(jí)正洗外排水的礦化度低于700 mg/L，硬度低于25 mg/L，可以很好的滿足生水用標(biāo)準(zhǔn)。因此在水處理再生至正洗過(guò)程時(shí)，通過(guò)電導(dǎo)率自動(dòng)測(cè)量，對(duì)外排水進(jìn)行回收。目前，該項(xiàng)成果在注汽大隊(duì)進(jìn)行了推廣，解決了活動(dòng)鍋爐水耗較大的問(wèn)題。水處理再生水回收工藝流程改如圖5所示。

圖3 注汽站用水工藝流程框圖

圖4 節(jié)水裝置分解圖

圖5 水處理再生水回收工藝流程

應(yīng)用再生回收裝置，每次再生用水降為24 m3左右，回收水量近7 m3。以上三項(xiàng)措施，日節(jié)水約16 m3。

4 注汽鍋爐節(jié)能效果評(píng)價(jià)

注汽站實(shí)施上述節(jié)能措施后，能量輸入環(huán)節(jié)單位時(shí)間噸汽輸入電能減少11.6 kW，占總輸入電能的5%。能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)機(jī)泵損失減少7.326 kW，鍋爐散熱損失減少27.912 kW，總計(jì)37.238 kW，轉(zhuǎn)化效率提升20%。能量回收環(huán)節(jié)伴熱蒸汽回收能41.75 kW，煙氣散熱回收13.048 kW，再生水回收6.524 kW，總計(jì)61.322 kW，回收環(huán)節(jié)效率提高47%。

5 結(jié)論

1）通過(guò)環(huán)節(jié)能流分析結(jié)果得知，能量轉(zhuǎn)化、能量利用環(huán)節(jié)能量轉(zhuǎn)化和利用較高，分別為72.39%和96.6%，而第三環(huán)節(jié)的能量回收率比較低。造成注汽站系統(tǒng)效率低的主要因素可以歸納為以下方面：一是熱能利用率低，二是電能利用率低，三是未進(jìn)行能源回收。按各因素影響系統(tǒng)效率的重要程度依次為：散熱損失、換熱損失、煙氣損失、伴熱損失和機(jī)泵損失。

2）針對(duì)能流分析結(jié)果，開(kāi)發(fā)并實(shí)施了以下的節(jié)能措施：能量輸入環(huán)節(jié)通過(guò)注汽壓力、機(jī)泵功率反推，得出注汽站日常運(yùn)行總功率，采用單機(jī)單表實(shí)測(cè)比照，找出功率不匹配節(jié)點(diǎn)，實(shí)施變壓器減容，油泵、排污泵、生水泵、柱塞泵電動(dòng)機(jī)減容，鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)整，減少系統(tǒng)輸入電能；能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)實(shí)施過(guò)量空氣系數(shù)調(diào)整，結(jié)合煙氣含氧分析，提高爐膛燃燒效率提升，利用JMP分析軟件，根據(jù)鍋爐參數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果，合理設(shè)置鍋爐參數(shù)運(yùn)行區(qū)間；能量利用環(huán)節(jié)從輻射換熱、對(duì)流換熱和換熱效率等方面入手，采取提高輻射系數(shù)、減少傳熱熱阻、提高對(duì)流換熱系數(shù)等措施；能量回收環(huán)節(jié)，利用燃?xì)忮仩t煙溫露點(diǎn)低（55 ℃）的特性，降低鍋爐排煙溫度，實(shí)現(xiàn)煙氣攜帶熱量大量回收。伴熱蒸汽采用梯級(jí)匹配，多級(jí)乏汽再循環(huán)的辦法，實(shí)現(xiàn)伴熱蒸汽熱量充分回收。再生水采用自控回收系統(tǒng)，系統(tǒng)檢測(cè)水質(zhì)和來(lái)水水質(zhì)級(jí)別一致時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)再生水能回收。