注汽锅炉烟气余热回收节能技术的研究应用

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　　摘要：注汽锅炉已广泛低应用于油田稠油热采中，即向油层中注入高温高压蒸汽，既可以提高油层温度、降低稠油粘度，又可以使油层压力升高、增加驱油能力
　　关键词：锅炉高温高压驱油能力
　　
　　一、引言
　　注汽锅炉已广泛低应用于油田稠油热采中，即向油层中注入高温高压蒸汽，既可以提高油层温度、降低稠油粘度，又可以使油层压力升高、增加驱油能力。目前，各油田运行的注汽锅炉多为高压直流锅炉，蒸汽发生量一般在9-23t/h 之间,压力在8-17MPa 之间，设计热效率≥85%，火用效率37%左右。在实际运行过程中，热效率仅在80%左右，而效率只有30%左右分别比实际值低5 个百分点和7 个百分点。造成热效率低的主要因素是排烟温度过高和过剩空气系数不适。
　　为此，余热回收技术被应用于注汽锅炉中，取得了良好的节能效果。这里对烟气余热回收技术进行分析研究。火用是一种评价能量价值、衡量做功能力的参数，火用效率作为能量转换系数既考虑了能的数量，又考虑了能的质量，因此火用效率的提高更能反映余热回收技术的可行性。
　　二、注汽锅炉烟气余热回收分析
　　1. 注汽锅炉余热利用分析
　　通过研究表明，注汽锅炉热效率及火用效率随α 的变化而变化，当排烟温度不变时，α 越大，注汽锅炉热效率及火用效率越低；当α 不变时，排烟温度越高，注汽锅炉热效率及火用效率越低。分析表明，当排烟温度160℃，过量空气系数1.0 的时候热效率最高，但是在实际测量中，不可能达到这样的数据，研究表明，排烟温度200℃左右，过量空气系数1.05-1.15 时，热效率能提高到87%左右，而火用效率也有很大提高。分析表明，降低注汽锅炉排烟温度对提高锅炉的效率起决定性作用，如果能通过实施烟气余热回收技术降低锅炉排烟温度，并合理控制过剩空气系数，能有效降低锅炉排烟热损失和火用损，提高锅炉的热效率和火用效率。
　　2. 注汽锅炉烟气余热回收方式
　　注汽锅炉烟气余热回收利用主要有三种方式：①烟气余热预热空气；②烟气余热预热燃油；③烟气余热预热给水。经技术调研发现，这三种余热回收方式对锅炉本体热效率的影响是不同的。以下对这三种预热方式对锅炉本体热效率的影响进行比较：
　　（1）烟气余热预热空气对热效率的影响
　　在采用烟气余热预热空气后，将改善燃料雾化条件，改进炉膛燃烧状况，提高炉膛温度，降低过剩空气系数。可见，预热空气将对排烟损失、化学未完全燃烧损失及机械未完全燃烧损失带来影响，而对表面散热损失不会产生较大影响。
　　（2）烟气余热预热燃油对热效率的影响
　　燃油温度的高低，会影响燃油的粘度，进而影响燃油燃烧时的雾化质量，特别是渣油，粘度高会引起油枪结焦。燃油粘度随温度升高而降低。这将改善燃油入炉后的雾化质量，降低机械未完全燃烧损失及化学未完全燃烧损失。
　　另外，锅炉绝热燃烧温度亦随燃油温度的升高而升高，由公式Q=F*K*△t 可知，绝热温度的提高增大了炉内辐射换热系数，提高了传热温差△t 和锅炉总换热系数。因此，烟气余热预热燃油有利于降低排烟温度、机械未完全燃烧损失及化学未完全燃烧损失，从而提高了锅炉热效率。
　　（3）烟气余热预热给水对热效率的影响烟气余热预热给水相当于提高锅炉入口介质的温度，减小传热温差△t，但只要控制得当，锅炉入口介质的量足够的大，传热温差△t 下降的不太明显，锅炉烟气余热就能够被再利用。烟气余热预热给水可以直接降低排烟温度，再配合以合理的过剩空气系数，锅炉的热效率将得以显著提高。
　　上述研究表明，烟气余热预热空气、烟气余热预热燃油都不会削弱传热温差△t，在理论上是较为理想的烟气余热方式。但上述两种方式的实现工艺过于复杂、初期投资较大、系统操控方便，而烟气余热预热给水的实现工艺简单、投资少见效快，只要系统参数控制得当，完全能满足降低锅炉排烟热损失，提高锅炉热效率的要求。
　　三、烟气余热给水工艺的研究
　　1. 余热回收装置
　　烟气余热利用装置是一种高效气―水换热器，利用装置中传热元件实现锅炉尾气和循环水的热量交换，达到烟气余热回收利用的目的，在现场运行中可将回收的热量用于储油罐加热、站内采暖及锅炉给水的预热等。目前油田用烟气余热利用装置有两类：一类为导热油余热利用装置，一类为热元件余热利用装置。其中，导热油余热利用装置特点是不易结垢，但热量回收率低。热元件余热利用装置不易腐蚀，对水质也有一定的要求。
　　烟气余热利用装置由上、下联箱、壳体、销钉管穿热管组及外部流程管线组成。该装置中传热管采用横向冲刷错列形式，管内走水，管外走烟气。其结构特点为：①结构紧凑，相同换热面积的销钉管余热回收装置和换热设备与普通光管的设备相比，其体积和占地面积数倍地减少；②维修方便，销钉管是采用整根无缝钢管制造完成的，各销钉管之间用弯头连接；③受压元件热应力小，每一件受压元件在整体组装时，无任何强制组装现象，因而不会产生组装应力，同时设备在运行过程中，热应力小；④可高效连续的运行，销钉管技术具有较强的防垢、防灰和自除垢、除灰能力，因而其设备可以长时间的保持高效运行，这是普通光管换热设备所不能比拟的。
　　针形管换热器是烟气余热预热给水装置，将该换热器安装在注汽锅炉对流段烟道上，并用调节阀调节进入换热器的水量，测试证明，该工艺施工简单，运行控制方便，特别适用于注汽锅炉系统，以达到节能优化的作用。
　　2. 余热回收在注汽锅炉实例中应用的效果
　　将该技术应用于油田采油厂，该注汽锅炉运行参数为：给水压力17Mpa，给水温度24℃，给水流量7t/h，出口蒸汽压力16.8Mpa，蒸汽温度358.5℃，蒸汽干度70%，排烟温度为220℃，燃油进口流量430kg/h，燃油进口温度93℃，雾化蒸汽压力0.6Mpa，根据锅炉原理里的公式可以计算得，烟气量为4437Nm3/h，烟气带走热量2155599.58kJ/h。如果利用余热回收技术把排烟温度降至200℃，给水温度由24℃升至40℃，蒸发量为7t/h,烟气带走热量为1930387.68 kJ/h，前后二者之差225211.9 kJ/h 即为余热资源量。根据能量平衡分析法和火用分析法对该锅炉进行计算并分析，注汽锅炉注汽锅炉在改造前后的能量平衡衡算结果结论清楚表明其节能效果。
　　四、结论
　　本文提出了利用回收注汽锅炉烟气余热预热给水提高注汽锅炉热效率和火用效率的技术，分析了造成注汽锅炉热效率和火用效率过低的原因和注汽锅炉可利用的烟气余热，选取回收余热预热给水的方式，并针对实例分析了烟气余热预热给水所取得的效果。
　　（1）当前油田注汽锅炉热效率和火用效率普遍低于设计值，主要原因是排烟温度过高，过剩空气系数控制不当，烟气中携带大量的热量，这部分热量应该充分利用。
　　（2）降低排烟温度和控制过量空气系数来减少排烟损失，分析表明，当排烟温度降低到200℃，过量空气系数控制在1.05-1.15 之间时，热效率和火用效率可以达到一个比较理想的值。
　　（3）通过烟气余热回收技术预热给水，充分利用烟气余热，将给水温度从24℃升高到40℃，实例衡算表明，热效率提高了6 个百分点，火用效率也提高了3 个百分点。
　　（4）在运行中应注汽注汽锅炉对流受热面清垢的工作，以有效地把排烟温度控制在200℃左右。

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