注汽鍋爐參數(shù)優(yōu)化技術(shù)在提高鍋爐熱效率中的應(yīng)用

張和平

摘? 要：注汽鍋爐作為稠油熱采開(kāi)發(fā)應(yīng)用中的主力裝備，在稠油開(kāi)發(fā)過(guò)程中起到重要作用。但其自身也需要消耗大量能量。本文以降低注汽鍋爐噸汽能耗為目的，開(kāi)展了提高鍋爐熱效率的相關(guān)試驗(yàn)，并進(jìn)行分析，對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)、熱效率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，取得了一定效果，獲得了新的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：注汽鍋爐;熱效率; 參數(shù);優(yōu)化

一、注汽鍋爐熱效率影響因素

通過(guò)鍋爐熱效率可以看出燃料放出的熱量有多少是被用來(lái)產(chǎn)生和加熱蒸汽的，有多少是在鍋爐運(yùn)行中損失掉的，再通過(guò)熱損失分析，就可以有目的地采取相應(yīng)的措施來(lái)降低這些熱損失，提高鍋爐的有效利用熱量，盡可量做到節(jié)約燃料。

1、鍋爐熱效率簡(jiǎn)介

鍋爐有效利用熱量與燃料輸入熱量的比值即為鍋爐熱效率。

通過(guò)直接測(cè)定鍋爐的有效利用熱量，每小時(shí)耗燃料量及燃料的低位發(fā)熱量就計(jì)算出鍋爐的熱效率，這種方法為正平衡法。

2、注汽鍋爐熱效率的影響因素

由鍋爐熱量轉(zhuǎn)換的過(guò)程可知，提高鍋爐熱效率就是要研究如何降低各項(xiàng)熱損失。

（1） 排煙熱損失Q2

減少排煙體積，就是控制鍋爐的過(guò)?？諝庀禂?shù)。應(yīng)在保證鍋爐燃料燃燒盡可能完全的情況下，盡量降低過(guò)?？諝庀禂?shù)。實(shí)際操作中，過(guò)?？諝庀禂?shù)一般為1.05～1.2之間，可以根據(jù)煙氣中O2和CO2含量以及根據(jù)熱平衡方程計(jì)算得到。

（2） 化學(xué)不完全燃燒熱損失Q3

是由于煙氣中含有殘余的可燃?xì)怏w所造成的。影響煙氣中可燃?xì)怏w含量的主要因素是爐內(nèi)過(guò)?？諝庀禂?shù)的大小、鍋爐各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)（如燃料油燃油壓力、油溫和霧化介質(zhì)壓力、質(zhì)量等）和燃燒器本身性能等。

（3） 機(jī)械不完全燃燒熱損失Q4

是由于鍋爐排灰中含有未燃盡的碳所造成的，這項(xiàng)熱損失主要存在于燃煤鍋爐中，對(duì)于燃油的注汽鍋爐一般認(rèn)為此項(xiàng)損失為零。

（4） 散熱損失Q5

在鍋爐運(yùn)行中，鍋爐與熱力管道外壁溫度總是高于環(huán)境溫度，造成一部分熱量的散失，為降低散熱損失，必須從鍋爐外表面面積和溫度、爐膛結(jié)構(gòu)、鍋爐和管道的保溫等多方面考慮，采取措施，提高熱效率。

（5）灰渣物理熱損失Q6

從鍋爐爐膛中清理出的熾熱灰渣具有很高的溫度，這部分熱量顯然得不到利用。此項(xiàng)熱損失存在于燃用固體燃料（煤）的鍋爐中，對(duì)于燃油鍋爐此項(xiàng)損失可視為零。

二、鍋爐熱效率因素分析與優(yōu)化調(diào)整

分析鍋爐熱效率的工藝手段和調(diào)整參照物就是煙氣氧量分析儀，分析手段為熱效率的正平衡計(jì)算法和JMP軟件。

1、優(yōu)化思路及試驗(yàn)

由正平衡法計(jì)算鍋爐熱效率可知，鍋爐各項(xiàng)熱損失中影響鍋爐熱效率的因數(shù)主要有：燃油壓力、溫度、霧化壓力、對(duì)流段入口溫度、排煙溫度、過(guò)剩空氣系數(shù)（現(xiàn)場(chǎng)一般采用煙氣分析儀檢測(cè)煙氣含氧量測(cè)算）、鍋爐保溫、鍋爐蒸發(fā)量、受熱面的積灰積垢情況等，因鍋爐保溫和受熱面的積灰積垢情況在日常運(yùn)行中難以用巡檢方式記錄具體數(shù)值。

此設(shè)備處于投產(chǎn)調(diào)試期間，鍋爐的平均熱效率為82.8%，而額定熱效率為88%，具有很大的調(diào)整優(yōu)化空間，為此我們展開(kāi)系統(tǒng)的分析、優(yōu)化工作。

2、影響因素的JMP軟件分析

我們使用JMP軟件對(duì)以上錄取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，以期獲得最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)和最高熱效率。

2.1對(duì)流段入口溫度對(duì)鍋爐熱效率的影響

鍋爐熱效率與對(duì)流段入口溫度線性負(fù)相關(guān)，即對(duì)流段入口溫度越高，熱效率越低;反之，熱效率越高。對(duì)流段入口溫度基本上是個(gè)獨(dú)立參數(shù)，確定了優(yōu)化數(shù)值后，對(duì)其他參數(shù)基本沒(méi)有影響。

2.2煙氣含氧量對(duì)鍋爐熱效率的影響

鍋爐熱效率與煙氣含氧量呈正線性相關(guān)，即煙氣含氧量越高，熱效率越高;反之，越低。為保證完全燃燒和降低排煙熱損失，必須控制煙氣中含氧量，減少排煙體積，就是控制鍋爐的過(guò)?？諝庀禂?shù)。應(yīng)在保證鍋爐燃料燃燒盡可能完全的情況下，盡量降低過(guò)?？諝庀禂?shù)。

2.3鍋爐流量（蒸發(fā)量）對(duì)鍋爐熱效率的影響

鍋爐熱效率與鍋爐流量（鍋爐蒸發(fā)量）線性正相關(guān)，即鍋爐流量越高，熱效率越高;反之，越低。由數(shù)據(jù)可以看出，在其他運(yùn)行參數(shù)相對(duì)不變的情況下，鍋爐蒸發(fā)量越高，越接近鍋爐額定蒸發(fā)量（X2#鍋爐額定蒸發(fā)量為9.5t/h），其熱效率越高。

2.4燃油溫度對(duì)鍋爐熱效率的影響

鍋爐熱效率與油溫呈弱正線性相關(guān)，即油溫越高，熱效率越高;反之，越低。從多項(xiàng)式擬合可見(jiàn)，熱效率最高點(diǎn)為燃油溫度87℃左右;燃油溫度超過(guò)100℃時(shí)熱效率有上升趨勢(shì)。

2.5燃油壓力對(duì)鍋爐熱效率的影響

鍋爐熱效率與燃油壓力線性負(fù)相關(guān)，即燃油壓力越高，熱效率越低;反之，越高。

多項(xiàng)式擬合與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合較好。由于試驗(yàn)注汽鍋爐采用介質(zhì)霧化式噴燃器，燃油和霧化介質(zhì)（蒸汽或壓縮空氣）在噴燃器內(nèi)混合、霧化，因而，燃油壓力和霧化壓力相互影響。

2.6霧化壓力對(duì)鍋爐熱效率的影響

鍋爐熱效率與霧化壓力呈正線性相關(guān)，即霧化壓力越高，熱效率越高;反之，越低。做多項(xiàng)式擬合，均呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性。由此可見(jiàn)，霧化壓力在低于燃油壓力的情況下運(yùn)行，即低于0.48MPa。

2.7霧化壓力與燃油壓力差值對(duì)鍋爐熱效率的影響

熱效率與“燃油壓力-霧化壓力”差值呈負(fù)線性相關(guān)，即差值越大，熱效率越低;反之，越高。由此，可以確定，燃油壓力控制在0.48MPa左右，霧化壓力在0.465～0.47MPa間，鍋爐熱效率最高。

3、保障措施

3.1 做好相應(yīng)設(shè)備檢維修工作和儀表校驗(yàn)工作，確保設(shè)備靈敏可靠，儀表準(zhǔn)確無(wú)誤。

3.2 強(qiáng)化設(shè)備巡檢制，做到按時(shí)巡檢，調(diào)整及時(shí)，記錄無(wú)誤。

3.3 對(duì)煙氣氧量分析儀進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)和校準(zhǔn)，及時(shí)根據(jù)煙氣含氧量進(jìn)行調(diào)整。

3.4 當(dāng)更換燃油時(shí)，及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)和分析，確定最佳加熱溫度、燃油壓力和霧化壓力，以保證鍋爐高效運(yùn)行。

3.5 鍋爐受熱面積灰結(jié)焦會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐的傳熱，降低鍋爐熱效率。為此，為此我們專門制定了《注汽鍋爐清灰管理制度》，將其對(duì)鍋爐熱效率的影響降低到最低。

三、認(rèn)識(shí)及下步工作

在提高鍋爐熱效率的過(guò)程中，積累了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1、以往根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)及其他設(shè)備效率測(cè)試情況，認(rèn)為鍋爐熱效率高值應(yīng)在負(fù)荷的80%左右的區(qū)間。2、對(duì)對(duì)流段入口溫度參數(shù)優(yōu)化有了新的認(rèn)識(shí)。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)流段入口溫度越高，越容易提高注汽干度，從而造成對(duì)流段入口溫度越高，鍋爐熱效率越高的假象。3、燃油溫度、燃油壓力、霧化壓力等參數(shù)的調(diào)整、優(yōu)化，與認(rèn)識(shí)相差不大，但通過(guò)分析，認(rèn)識(shí)到燃油壓力與霧化壓力差值的優(yōu)化對(duì)鍋爐熱效率的提升具有顯著作用。4、在以往的書籍介紹燃油鍋爐的化學(xué)不完全燃燒熱損失可忽略不計(jì)，化學(xué)不完全燃燒影響鍋爐熱效率的重要因素。

四、結(jié)束語(yǔ)

鍋爐熱效率是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的指標(biāo)，而且實(shí)際生產(chǎn)中隨著鍋爐運(yùn)行工況和注汽井壓力波動(dòng)等外界因素的變化，注汽鍋爐熱效率也是在不斷的變化、調(diào)整。下步我們將繼續(xù)以鍋爐優(yōu)化運(yùn)行分析為手段，擴(kuò)大試驗(yàn)的范圍和規(guī)模，不僅針對(duì)采用北美燃燒器系統(tǒng)的注汽鍋爐，而且推廣到采用扎克、愛(ài)諾基燃燒器系統(tǒng)的鍋爐，進(jìn)一步對(duì)各分系統(tǒng)進(jìn)行分析調(diào)整，優(yōu)化注汽運(yùn)行參數(shù)，持續(xù)不斷地提高注汽鍋爐熱效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、低碳生產(chǎn)。