注汽鍋爐提效技術(shù)的研究與分析

劉兵

摘要：遼河油田稠油、超稠油產(chǎn)量占總產(chǎn)量的60%，蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)及SAGD為稠油、超稠油的主要開(kāi)采方式。注汽鍋爐作為蒸汽發(fā)生設(shè)備，也是稠油油田主要的能耗設(shè)備，占總能耗的80%以上。提高注汽鍋爐的效率對(duì)于降低稠油油田的生產(chǎn)運(yùn)行成本具有重要意義。

關(guān)鍵詞：注汽鍋爐 ?熱效率 ?對(duì)流段 ?過(guò)渡段

遼河油田稠油、超稠油產(chǎn)量占總產(chǎn)量的60%，蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)及SAGD為稠油、超稠油的主要開(kāi)采方式。遼河油田現(xiàn)有注汽鍋爐300余臺(tái)，年注汽量約為2500×104t，年耗天然氣約為16×108m3，注汽系統(tǒng)能耗占總能耗的80%以上?，F(xiàn)有注汽鍋爐是按JB/T 10094《工業(yè)鍋爐 通用技術(shù)條件》設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)熱效率為85%。根據(jù)TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》標(biāo)準(zhǔn)（及2017年1#修改單）要求，燃用天然氣時(shí)鍋爐熱效率不得低于92%，因此需對(duì)注汽鍋爐進(jìn)行提效改造，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

遼河油田自2017年開(kāi)始進(jìn)行注汽鍋爐提效技術(shù)的研究與分析，通過(guò)對(duì)118臺(tái)注汽鍋爐進(jìn)行檢測(cè)，其平均熱效率為87.2%，平均排煙溫度為198.6℃，排煙溫度過(guò)高是影響注汽鍋爐熱效率的主要因素，因此，注汽鍋爐提效技術(shù)主要為增加鍋爐對(duì)流段受熱面積，減少鍋爐排煙熱損失的技術(shù)路線，主要包括對(duì)流段改造、過(guò)渡段改造及煙囪改造。

一、對(duì)流段改造技術(shù)方案

現(xiàn)有23t/h注汽鍋爐對(duì)流段采用“梯形”結(jié)構(gòu)（圖1所示），最大外形尺寸為（長(zhǎng)×寬×高）：4132mm×2373mm×3885mm，，總重28.8t。

注汽鍋爐提效改造技術(shù)為新建對(duì)流段，由兩部分組成（圖2所示），上對(duì)流段為冷凝換熱區(qū)，下對(duì)流段包括下對(duì)流換熱區(qū)和蒸發(fā)區(qū)，對(duì)流段安裝于過(guò)渡段上面，與煙筒連接，兩段之間設(shè)置煙氣轉(zhuǎn)向室。

鍋爐冷凝段（圖3）由低溫防腐蝕翅片管組成，采用水平蛇形管布置形式，采用09CrCuSb耐腐蝕管材。外形尺寸為（長(zhǎng)×寬×高）：4312mm×2448mm×2432mm，總重18.0t。

下對(duì)流換熱面是由對(duì)流段和蒸發(fā)段組成，其中蒸發(fā)段為光管結(jié)構(gòu)，布置于高溫?zé)煔鈪^(qū)，為3排光管，管束材質(zhì)為15CrMoG（GB/T 5310），管子之間采用相同材質(zhì)的彎頭連接。對(duì)流段布置于蒸發(fā)段上面，為光管+翅片管組成（圖4），采用“方箱形”結(jié)構(gòu)，采用3排光管+8排翅片管，管束材質(zhì)為20G（GB/T 5310），管子之間采用相同材質(zhì)的彎頭連接。最大外形尺寸為（長(zhǎng)×寬×高）：4312mm×2448mm×2644mm，總重21.4t。

改造前后參數(shù)比較見(jiàn)表1：

改造后對(duì)流段增加換熱面444.3m2，水阻力增加了0.48MPa，現(xiàn)有鍋爐柱塞泵能夠滿足要求（現(xiàn)有鍋爐汽水阻力2.065MPa，柱塞泵允許壓降2.8MPa），不需要進(jìn)行改造。煙氣阻力增加了85.8Pa，爐膛壓力不會(huì)發(fā)生較大的變化，不會(huì)影響燃料燃燒和火焰形狀，原有鼓風(fēng)機(jī)可滿足要求，不需要增加平衡通風(fēng)設(shè)備或更換風(fēng)機(jī)。

二、過(guò)渡段改造技術(shù)方案

現(xiàn)有23t/h注汽鍋爐過(guò)渡段（圖4）是起連接作用的一個(gè)半圓形煙氣轉(zhuǎn)向通道，沒(méi)有布置受熱面?，F(xiàn)場(chǎng)大部分過(guò)渡段保溫效果較差，表面腐蝕較大。

注汽鍋爐提效改造技術(shù)為更換注汽鍋爐過(guò)渡段，并采用氣凝膠復(fù)合保溫技術(shù)降低外表面溫度，表面溫度滿足TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》標(biāo)準(zhǔn)要求。新建過(guò)渡段最大外形尺寸為（長(zhǎng)×寬×高）：4553mm×2800mm×2465mm，總重3.8t。

三、煙囪改造技術(shù)方案

注汽鍋爐提效改造后新建對(duì)流段與現(xiàn)有鍋爐對(duì)流段煙氣出口尺寸不同，需要新建注汽鍋爐煙囪。改造后煙囪外形尺寸為（長(zhǎng)×寬×高）：1000mm×1000mm×1500mm，總重0.6噸。煙囪采用Q235B材質(zhì)，表面除銹后刷耐熱漆，并涂刷煙囪漆。煙囪預(yù)留有煙氣污染物排放檢測(cè)口。

通過(guò)實(shí)施注汽鍋爐提效改造后，可實(shí)現(xiàn)注汽鍋爐熱效率由87.2%提升至92%，以23t/h注汽鍋爐為例，注汽單耗65.7m3/t，注汽量12×104t/a，消耗天然氣量788×104m3/a;實(shí)施鍋爐提效改造后注汽單耗62.3m3/t，消耗天然氣量748×104m3/a，較改造前減少40×104m3/a，按天然氣價(jià)格1.69元/m3計(jì)算，年節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)用68萬(wàn)元，單臺(tái)鍋爐改造費(fèi)用約150萬(wàn)元，投資回收期約2.2年。截至2020年底遼河油田共改造自有23臺(tái)23t/h注汽鍋爐，投資3195萬(wàn)元，節(jié)氣1045×104m3，經(jīng)濟(jì)效益為1766萬(wàn)元。未來(lái)幾年將根據(jù)投資情況每年繼續(xù)改造15-20臺(tái)注汽鍋爐，通過(guò)提高注汽鍋爐熱效率，減少天然氣消耗，降低稠油開(kāi)采成本，同時(shí)減少CO2的排放，助力“雙碳目標(biāo)”的實(shí)現(xiàn)。