油田注汽鍋爐熱效率影響因素分析

劉燕 李洋 張姍姍

摘? 要：作為稠油開發(fā)中必不可少的生產(chǎn)設(shè)備，注汽鍋爐本身是一種高耗能設(shè)備，為了推動油田生產(chǎn)向節(jié)能減排方向發(fā)展，就必須要高度重視提升注汽鍋爐熱效率。本文在對油田注汽鍋爐熱效率影響因素進行分析的基礎(chǔ)上，提出了一些提高筑起鍋爐熱效率的策略。

關(guān)鍵詞：注汽鍋爐;熱效率;影響因素;提升策略

分類號：TE934.4

我國稠油資源豐富，實際開發(fā)過程中需要借助注汽鍋爐來改善稠油的流動狀態(tài)，提高其開采效率。但是由于油田注汽鍋爐本身是一種高耗能設(shè)備，影響熱效率的因素眾多，如果不及時進行管控，則會極大增加稠油開發(fā)的成本，影響稠油開采經(jīng)濟效益。在這樣背景下，如何有效改善注汽鍋爐運行系統(tǒng)，提高其熱效率是當前值得深入討論的一個重要話題。

一、油田注汽鍋爐熱效率的影響因素

1.1? 注汽干度

注汽干度是影響注汽鍋爐運行中熱效率的一個關(guān)鍵影響因素，可以對鍋爐熱效率產(chǎn)生直接影響，并且注汽干度以及排煙溫度都會在很大程度上影響注汽鍋爐熱效率。有關(guān)調(diào)查研究結(jié)果表明，注汽干度濃度和注汽鍋爐熱效率之間呈現(xiàn)反比例關(guān)系。如果注汽干度比較高，那么注汽鍋爐熱效率則會相應地展現(xiàn)為顯著的下降變化趨勢。而排煙溫度則會伴隨著注汽鍋爐熱效率的降低而呈現(xiàn)為上升變化趨勢。雖然當下注汽鍋爐熱效率可以在一定程度上得到有效控制，但是如果涉及到過高的排煙溫度，那么就會對注汽鍋爐本身運行的可靠性與安全性等帶來不利影響。因此，為了有效控制注汽鍋爐運行中的熱效率，就必須要保證注汽干度濃郁程度維持在適宜范圍之內(nèi)。因此，在注汽鍋爐運行期間，有關(guān)人員必須要注意結(jié)合注汽鍋爐實際運行條件等，有效控制注汽干度濃度，保證其維持在適宜范圍之內(nèi)，以此才能夠為提高注汽鍋爐熱效率創(chuàng)設(shè)一個適宜的環(huán)境條件。

1.2? 負荷率

負荷率是影響注汽鍋爐熱效率的另一個關(guān)鍵影響因素。在注汽鍋爐在運行過程中，相應鍋爐負荷率的影響因素比較多，但是其中最為突出的影響因素是注汽管網(wǎng)。在注汽鍋爐運行過程中的注氣量達到一定程度之后，有關(guān)人員為了減少注汽鍋爐負荷就會選擇停止繼續(xù)注汽。但是由于注汽鍋爐本身涉及到復雜的構(gòu)成，其中影響鍋爐負荷率的部位也比較多，這種情況的存在大大增加了鍋爐負荷率調(diào)控的難度。因此，有關(guān)注汽鍋爐運行調(diào)控管理人員必須要深刻認識注汽鍋爐本身的結(jié)構(gòu)構(gòu)成情況，并且可以有效把控不同注汽鍋爐部位所形成的負荷，這樣方可科學制定注汽鍋爐運行方案，最大程度降低注汽鍋爐運行過程中的損耗量，延長其使用年限的同時，有效控制注汽鍋爐的熱效率。

1.3? 配風量

在注汽鍋爐運行過程中，空氣中氧有利于輔助燃料燃燒，這種燃燒特性決定了配風量會對鍋爐熱效率產(chǎn)生極大影響，所以如果可以有效控制配風量，那么可以有效提高燃氣鍋爐本身的燃燒率，所以在注汽鍋爐運行期間必須要對相應的配風量進行有效控制，力求可以最大程度確保注汽鍋爐內(nèi)部添加的燃料都可以得到徹底燃燒，不斷提升注汽鍋爐燃燒效率。但是如果涉及到比較大的配風量，那么相應排煙溫度也會相應地增加，這種情況的存在會極大地降低注汽鍋爐熱效率。因此，在開展配風工作期間，要嚴格依據(jù)有關(guān)的工作標準及要求對配比進行科學設(shè)計，力求在確保注汽鍋爐運行安全性的基礎(chǔ)上，不斷提升注汽鍋爐運行中的燃燒率。反之，如果注汽鍋爐運行中涉及到比較低的培風率，那么會直接降低注汽鍋爐運行中的熱效率，進而會增加注汽鍋爐本身的運行成本。此外，除了上述問題之外，還要注意綜合考慮配風量設(shè)施同其他有關(guān)控制設(shè)備之間的相關(guān)性，盡可能地增強不同設(shè)備之間的互動性和聯(lián)動性，這樣方可更好地降低注汽鍋爐運行管理的難度，增加注汽鍋爐運行的經(jīng)濟效益。

二、油田注汽鍋爐熱效率的提升策略

2.1? 優(yōu)選恰當高溫輻射涂料

注汽鍋爐本身的運行環(huán)境溫度較高，如果環(huán)境溫度超過700℃那么相應的鍋爐熱傳遞方式為輻射傳射，為了可以有效減少輻射熱量散失量，就可以采取有效的一些方法來對輻射換熱進行改善來提高注汽鍋爐熱效率。特別是要針對爐壁與爐管等關(guān)鍵散熱部位選擇適宜的高溫輻射涂料，以此可以顯著增強這些散熱部位的輻射波或黑度。在設(shè)置的高溫輻射涂料形成的輻射波和注汽鍋爐形成的熱輻射之間出現(xiàn)共振的時候，則可以顯著提升爐壁或爐管等部位的吸熱能力。比如，F(xiàn)HC-AB型高溫涂料是當下比較多用的一種高溫涂料，如果可以將它們涂抹于注汽鍋爐的爐壁或爐管部位，那么在內(nèi)部運作溫度超過600℃之后，涂料會形成固化瓷膜，以此就可以對爐管管壁本身的黑度與輻射性能進行顯著改善，并且伴隨著注汽鍋爐爐管吸熱能力的增強，可以促使鍋爐爐腔之內(nèi)送進的燃料得到更為充分、徹底地燃燒。相較于沒有涂抹高溫輻射涂料的注汽鍋爐，相應的熱效率提升比例可以達到10%及以上，充分驗證了高溫反射涂料應用在提升注汽鍋爐運行中熱效率方面的積極作用。

2.2? 優(yōu)化注汽鍋爐燃燒結(jié)構(gòu)

在稠油開采中應用注汽鍋爐期間會常常使用渣油這種傳統(tǒng)的燃料，其較于天然氣本身的燃燒率更低，容易在實際的燃燒過程中出現(xiàn)不充分燃燒問題，并且渣油本身涉及到比較高的價格，這使得稠油開采成本大大提升。因此，為了提高注汽鍋爐熱效率，就必須要注意引進先進的科學技術(shù)及設(shè)備制造技術(shù)等來對注汽鍋爐內(nèi)部的燃燒結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，并要注意持續(xù)探索以油氣混合燃料等為主的新型鍋爐熱能提供系統(tǒng)，保證不斷提升鍋爐內(nèi)燃料的燃燒效率。但是如果在注汽鍋爐中采用油氣混合燃料或者天然氣作為燃料期間，要注意密切監(jiān)控天然氣壓力情況，并配備相應的壓力報警系統(tǒng)，這樣一旦鍋爐內(nèi)注入的天然氣發(fā)生泄露問題或者在外部原因造成天然氣供應壓力過低的情況后，所設(shè)置的天然氣壓力預警系統(tǒng)可以及時發(fā)出警告信息并及時啟動應急方案，包括及時切斷天然氣供應閘門。又或者，在使用中監(jiān)測到天然氣供應壓力過大，此時也要及時進行報警，避免天然氣消耗過快，否則也會因為燃燒熱能過于旺盛而造成不必要的能量消耗。

2.3? 安置煙氣余熱回收設(shè)備

考慮到排煙損失是影響注汽鍋爐熱效率，造成熱損失的一個重要路徑，所以為了提高鍋爐熱效率，可以采取降低排煙溫度的方式。雖然現(xiàn)階段煙氣溫度降低的方法不多，但是卻可以通過對助燃空氣溫度提升的方式來降低注汽鍋爐運行中的排煙溫度，減少排煙熱損失量。而通過科學設(shè)置煙氣余熱回收設(shè)備，則可以將注汽鍋爐運行中所形成的排煙中的余熱來加溫助燃空氣，以此可以顯著提升注汽鍋爐運行中的熱效率。與此同時，在煙氣余熱回收設(shè)備設(shè)置的基礎(chǔ)上，還可以科學地設(shè)置熱交換器來進一步回收利用排煙中的熱量，進一步降低排煙帶來的熱損耗，保證可以不斷提升注汽鍋爐運行的熱效率。有關(guān)研究表明，通過安裝熱管換熱器以及其他余熱回收設(shè)備，可以回收煙氣余熱進行再利用，這樣可以將最終排出的煙氣溫度降低程度控制在40～70℃范圍內(nèi)，相應鍋爐熱效率提升幅度可以達到1.2%～1.6%。

2.4? 引進蒸汽干度監(jiān)測技術(shù)

在以往注汽鍋爐運行過程中，濕蒸汽干度發(fā)生改變之后只能夠進行粗略調(diào)整，一般可以將其控制在65%左右，相應的干度波動范圍主要處于15%～20%范圍之內(nèi)。而如果可以有效地利用PLC自動化控制技術(shù)構(gòu)建是蒸汽干度在線監(jiān)控系統(tǒng)，那么可以自動化監(jiān)測注汽鍋爐蒸汽干度發(fā)生的改變及偏差量，之后可以及時加以自動化調(diào)整，以此可以顯著提升注汽干度穩(wěn)定性，并且干度測量的相應精度可以維持在2%～4%范圍內(nèi)，波動范圍可以控制在2%～5%，這較以往有了極大程度的改變，尤其是實現(xiàn)了自動化監(jiān)測和自動化調(diào)控干度的有效結(jié)合，火、水之間可以進行雙向調(diào)節(jié)，避免蒸汽壓力波動或者燃料量波動問題可能擾動干度的情況。此外，基于這種先進干度監(jiān)控系統(tǒng)的應用，可以通過依據(jù)蒸汽干度變化來自動化調(diào)控注汽鍋爐內(nèi)部燃料的實際消耗量，同時可以精準地調(diào)控給水溫度與給水量，避免在注汽鍋爐運行中浪費燃料。如此一來，借助這種先進的干度監(jiān)測系統(tǒng)可以對干度進行有效控制的基礎(chǔ)上，極大提高注汽鍋爐本身運行的熱效率。

2.5? 加強注汽鍋爐運行管理

在注汽鍋爐使用過程中，配風量會對鍋爐熱效率帶來極大影響，所以在注汽鍋爐運行管理期間要注意切實做好配風量控制，保證注汽鍋爐爐腔之內(nèi)空氣含量得到有效控制，避免爐腔之內(nèi)包含的空氣含量過高或過低，否則都會造成鍋爐內(nèi)部的燃料出現(xiàn)不完全燃燒問題，使得煙氣中具有比較高的燃燒成分，進而可能會增加熱損失而影響鍋爐的熱效率。基于日常注汽鍋爐運營管理需求以及實驗研究，可知在保證注汽鍋爐之內(nèi)燃料充分燃燒的基礎(chǔ)上，要注意有效控制空氣過量系數(shù)，具體可以維持在1.07～1.25范圍之內(nèi)。只有這樣才能夠提升油田注汽鍋爐運行管理的效果，有效提升鍋爐熱效率。此外，在注汽鍋爐運行管理期間還要注意做好水處理工作，具體就是對水源硬度變化進行有效檢測，避免水質(zhì)過硬，否則容易在注汽鍋爐內(nèi)部形成過多水垢，這也會直接影響注汽鍋爐的熱效率。

2.6? 加強注汽鍋爐運行維護

在注汽鍋爐正常運行期間，由于鍋爐內(nèi)部的溫度比較高，這會使得內(nèi)部的各種物質(zhì)發(fā)生復雜的化學反應，進而可能會在內(nèi)部翅片管的管壁上面附著比較多種類和較大量的聚合物。如果不及時清理這些管壁上附著的聚合物，那么就會對翅片管本身的導熱性帶來不利影響，甚至還可能會對煙道造成阻塞，使得鍋爐爐腔內(nèi)部壓力出現(xiàn)升高變化，進而會對鍋爐熱效率帶來不利影響。因此，為了進一步提高注汽鍋爐熱效率，就必須要定期巡檢及維護注汽鍋爐，包括及時清理翅片管管壁上面附著的各種聚合物或者其他雜志。在對翅片管管壁上的聚合物進行清理中可以采取高壓水射流沖洗的方式或者使用化學藥劑進行處理，保證可以更好地改善翅片管的導熱性能，不斷提升注汽鍋爐熱效率。

三、結(jié)語

綜上所述，油田注汽鍋爐的熱效率影響因素眾多，主要包括注汽干度、負荷率和配風量等。為了改善注汽鍋爐運行情況，提高其熱效率，可以從選恰當高溫輻射涂料和優(yōu)化注汽鍋爐燃燒結(jié)構(gòu)出發(fā)，注重合理安置煙氣余熱回收設(shè)備，引進蒸汽干度監(jiān)測技術(shù)，同時要加強注汽鍋爐運行管理和運行維護，這樣才能不斷增加注汽鍋爐的經(jīng)濟效益。

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