高升油田过热蒸汽技术研究与应用
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摘要：目前我厂共有稠油吞吐区块6个，年产油24.9万吨，年注汽60万吨。注汽锅炉18台，锅炉出口干度额定值≤80%，井底蒸汽平均干度45%左右，热值占75%干度的80%左右，為满足稠油油田深层次开发需求，提高吞吐效果，需进一步提高蒸汽热量携带量。
关键词：过热锅炉;辐射段换热面积;对流换热面积;析盐;汽水分离;喷水减温
1 过热注汽锅炉设计
应用辐射传热和对流传热换热原理，通过控制锅炉关键点辐射段出口、过热段出口及对流段出口烟气温度，利用烟气焓降低值和蒸汽焓升高值相平衡的关系，计算辐射段、过热段和对流段换热面积。
1.1 辐射段换热面积计算
炉膛内传热以辐射传热为主，换热面积计算思路是在布置了炉内辐射受热面情况下，校核炉膛出口烟温是否合理，满足炉膛出口900-1000℃运行要求。炉膛传热须先假定炉膛出口温度，然后与计算出的炉膛出口温度相比较。确立炉膛受热面积，计算公式如下：
T0-理论燃烧温度，K;M-经验系数，其值决定于火焰最高温度点的相对位置;VCpj-燃烧产物的平均热容量，其值等于烟气放热量与烟气温降的比值;Φ-保热系数;F-水冷炉墙面积，㎡。
如果>，则表明所布置的炉膛受热面的传热能力比假定炉膛出口温度条件下的小，这时若计算出的炉膛出口烟温超过了炉膛安全运行的要求，则应重新布置辐射受热面，增加水冷壁的有效辐射面积Hf，然后再根据重新假定的炉膛出口烟温，确定ahy和VCpj值，考核再次计算出的炉膛出口烟温是否满足锅炉安全运行的要求。如果满足要求并且与重新假定的炉膛出口烟温相差小于100℃，则认为炉膛受热面的布置达到了预期的传热要求，炉膛的热力计算可告结束，以传热计算的结果作为炉膛的实际出口烟温值。计算结果为换热面积90.969m2、出口烟温970.843℃、吸收能量19246.482kJ/kg、所占比例为52.8%。
1.2 对流换热面积计算
烟气由辐射段进入过热段和对流段，在过热段和对流段的传热以对流换热为主，换热面积计算思路是先假设过热段出口（对流段出口）烟气温度，由吸热段烟气始末端温度，按热平稳方程式计算热平衡放热量Qr：
K-传热系数，kW/（m2℃）;Δt-平均温压，℃;Bj-计算燃料消耗量，kg/s;H-受热面积，m2。通过计算，若（Qr-Qh）/ Qr值小于2%则此时计算的换热面，即为合理的换热面积。计算结果为过热段换热面积92.607m2、出口处烟温755.521℃、吸收能量5338.813kJ/kg、所占比例为14.7%;对流段换热面积123.476m2、出口处烟温239.339℃、吸收能量11856.163 kJ/kg、所占比例为32.5%。
2 过热锅炉配套技术
2.1 析盐处理工艺技术
在蒸汽发生器中导致受热管结垢有二种情况：一种是由Ca+、Mg+形成的非溶解垢，一种是由Na+、K+等形成的可溶解垢。锅炉给水已完全祛除Ca+、Mg+等，剩存在水中的Na+、K+等在蒸汽干度过高或过热的工况下会析出并结在受热管内壁上，而饱和水与高过热度的蒸汽在喷水减温器中喷雾汽化再转化成过热蒸汽的过程中，盐分以微小固态颗粒状析出，但由于管壁不受热，蒸汽介质的温度大于管壁的温度，管壁对盐分不具备吸附力。强制循环蒸汽发生器所产生的饱和湿蒸汽经过分离将干蒸汽再过热，避开受热区析盐，高过热度的干蒸汽再与分离出的饱和水通过喷水减温器，内置的雾化喷嘴对饱和水进行压力雾化，使饱和水分散于高温蒸汽汽流中混合，饱和水在混合瞬间汽化后析出的微小固态颗粒被高速的蒸汽汽流带走。
2.2 自动控制系统技术
过热注汽锅炉从启动、点火、运行实现了全过程自动控制，兼容二种状态三种工况，可随时根据需要选择运行方式。程控全过程包括从启动点火、水火跟踪、辐射段出口蒸汽干度检测、球型汽水分离器适时分离、液位保持、干度恒定、汽水混合等，实现设计参数的全程在线，整机系统具备了过程监测与控制、故障报警、故障诊断、历史数据查询、历史故障查询、数据报表自动生成。
2.3 汽水分离及喷水减温技术
汽水分离装置过热锅炉的核心技术之一，它是一种球形分离器。是由旋风分离器、百叶窗分离器多种多级分离装置组成，其分离效率可达99%。旋风分离器可分离汽水中的较大水滴，在旋风分离器上部及蒸汽出口处设置了一、二次分离元件—百叶窗分离器可进一步分离蒸汽中的细小水滴，满足了过热器对蒸汽品质的要求。
喷水减温器是目前锅炉行业调节过热蒸汽温度最常用的设备，通过减温器内部的喷嘴以雾状方式喷到过热蒸汽中，与过热蒸汽混合，从而降低过热蒸汽温度，通过调整喷水减温量，确保锅炉出口参数。
4 实施情况与效果分析
4.1 实施情况
优选使用频次较高注汽四站2号锅炉实施，改造后锅炉参数为额定排量18t/h、压力15MPa、蒸汽温度367℃、热效率≥88%、过热度25℃的要求。
4.2 效果分析
注汽压力14MPa、75%蒸汽焓值为2370kJ/kg，过热25℃后焓值2814kJ/kg，锅炉年注汽量按20000吨、增油汽比0.15计算，年增油445吨。
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