提高濕蒸汽發生器燃油熱效率

顧永強 李建軍（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠）

提高濕蒸汽發生器燃油熱效率

顧永強 李建軍（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠）

油田注汽鍋爐（亦稱濕蒸汽發生器）是以原油為主要燃料，將燃油燃燒產生的熱量傳遞給進入爐管中的高壓軟化水，使爐管內的低溫水成為設計溫度的飽和蒸汽，并進入外輸注汽干線中。通過對孤東采油廠注汽鍋爐熱效率的測試和分析，針對影響熱效率的因素，采取相應的技術和管理措施，有效地降低了噸汽耗油量，提高了鍋爐熱效率。

注汽鍋爐 燃油 熱效率

目前，勝利油田孤東采油廠有12座注汽站，擁有各類注汽鍋爐14臺，擔負著九區西塊、K D 521斷塊、K D 53斷塊、K D 92斷塊、新灘油田K D 18斷塊以及零星稠油井的注汽任務。經過統計，在平均注汽干度70%的情況下，平均噸汽耗油量達68 k g，比勝利石油管理局下發的濕蒸汽發生器標準（Q/SL0128-88）中規定的65 k g高3k g，平均熱效率只有84.5%，造成注汽成本偏高。如何以最少的噸汽耗油量產出高質量的蒸汽，降低注汽鍋爐噸汽耗油量，提高燃油熱效率和熱采設備運行的經濟性，成為亟待解決的課題。

1 影響注汽鍋爐燃油效率的因素分析

1.1 注汽鍋爐制汽及燃燒原理

注汽鍋爐是以原油為主要燃料，通過熱輻射方式，將燃油燃燒產生的熱量傳遞給進入爐管中的高壓軟化水，使爐管內的低溫水成為設計溫度的飽和蒸汽，并進入外輸注汽干線中（圖1）。

1.2 注汽鍋爐熱效率測試、計算方法

通過儀表直接測定鍋爐的有效利用熱量和每千克燃料實際帶入鍋爐的熱量，可以計算出鍋爐的熱效率[1]。即：

式中：

Qr——每千克燃料實際帶入鍋爐的熱量，k J/k g；

Q——鍋爐有效利用熱量，k J/k g；

D——鍋爐蒸發量，k g/h；

h′——鍋爐工作在絕對壓力下飽和水的焓，k J/k g；

γ——鍋爐工作在絕對壓力下的汽化潛熱，k J/k g；

X——蒸汽干度，%；

hgs——鍋爐給水焓，k J/k g；

B——鍋爐每小時耗油量，t；

QD——燃油的低位發熱量，k J/k g。

2010年5—6月鍋爐熱效率測試表明，在平均注汽干度70%的情況下，孤東采油廠平均鍋爐熱效率為84.5%，而投產較早的鍋爐熱效率偏低，新投產的鍋爐熱效率也沒有達到設備說明書中的要求，與管理局標準的86%有一定差距。

1.3 影響燃油效率原因分析

1.3.1 排煙溫度高、過量空氣系數大

根據熱平衡理論，計算排煙熱損失的公式[2]為：

由上式推導出：

當α、Tk一定（假設α=1.2，Tk=293K），則

當T排一定（T排=473 K、Tk=293 K），則

式中：

q排——排煙熱損失，%；

T排——排煙溫度，K；

Tk——環境空氣溫度，K；

α——過量空氣系數，即燃燒1 k g燃料所實際供給的空氣質量與完全燃燒1 k g燃料所需的理論空氣質量的比值。

由公式（3）、公式（4）作出排煙損失與排煙溫度、過量空氣系數的關系，如圖2、圖3所示。

q排與T排成線性關系，當T排提高，排煙熱損失增大，一般T排每升高12~15℃，q排上升1%；當α增大時，排煙損失增大，且α與q排成線性關系。

由以上分析可知，要降低排煙損失，就必須控制T排、α。根據設備運行規范要求，α推薦值為1.2。

技術人員用南京產9003鍋爐熱效率測定儀對兩臺鍋爐排煙溫度、α等進行了測試，測試結果詳見表1。

表1 排煙溫度、過量空氣系數對熱效率影響調查表

從鍋爐現場測試結果中可以看出，鍋爐排煙溫度高、α大，則鍋爐熱效率偏低，證實兩項因素對熱效率影響大。

1.3.2 霧化參數不匹配

霧化參數包括油壓、油溫、霧化壓力。在濕蒸汽發生器說明書中3個參數規定的范圍（油溫90~110℃，油壓0.5~0.56 MPa，霧化壓力0.3~0.55 MPa）內選取了兩組參數（兩套方案）進行現場測試（表2）。

由表2可知，以上3項霧化參數組合對熱效率影響很大。技術人員分析認為，排煙溫度高、過量空氣系數大、霧化參數不匹配是使熱效率降低，進而導致噸汽耗油高的主要因素。

表2 霧化壓力對熱效率影響調查表

2 提高注汽鍋爐燃油熱效率的措施

2.1 降低排煙溫度的措施

1）當排煙溫度高于250℃時，強制停爐清灰，每臺鍋爐每注1井次清灰1次。清灰時采用大排量泵沖洗，確保清灰徹底，提高熱能利用率。

2）在101#鍋爐安裝投產1臺給水預熱器，對給水進行預熱，給水平均水溫升高20℃，排煙溫度由原來的260℃降低到180℃。

3）定期更換對流段腐蝕、結垢嚴重的翅片管，提高熱能利用率。

通過采取上述技術和管理措施，測試表明熱效率提高1.2%左右。

2.2 運用正交試驗，確定合理的過量空氣系數

影響過量空氣系數的參數有3個：風門開度、油閥開度、燃油壓力[3]。這3個參數相互制約、相互影響。為此，運用正交試驗，找出3個參數的最佳配合，以達到確定合理的過量空氣系數來降低排煙容積，從而達到降低排煙熱損失的目的。根據現場實際制定了因素位級表（表3）。

表3 正交試驗位級表

選擇三因素四位級的L16（42）正交表在101#上進行試驗，找出最佳參數配合（表4）。

從試驗結果可得出結論，第七組（A 2、B3、C4）參數配合即風門開度72%、油壓0.68MPa、油閥開度7.4是最佳配合，在這種情況下鍋爐熱效率為86.2%，且燃燒火焰形狀良好。從試驗中看出風門開度極差最大，說明風門開度對霧化情況影響最大。因此，在運行管理中，尤其要注意調整風門開度，以確保鍋爐高效運行。

2010年7月在102#鍋爐上進行類似的試驗，同樣取得了較好的效果。經過實施，取得了較明顯的效果，鍋爐平均熱效率提高1.6%。

表4 L16（42）正交試驗結果

2.3 應用優選法確定霧化參數組合

技術人員應用優選法確定三項參數。現場經驗表明，霧化參數匹配良好，則燃燒火焰好，燃燒充分，鍋爐煙氣中CO（一氧化碳）的含量少，熱效率高；反之參數不匹配，燃料燃燒不充分，煙氣中CO含量高，熱效率低。這樣，可以通過測定煙氣中的CO量來確定鍋爐的霧化參數。由于已確定了合適的油壓，因此只要確定合理的油溫和霧化壓力兩項參數。

2.3.1 確定合理油溫

通過現場測試，當油壓和霧化壓力保持不變時，測出了燃油溫度與煙氣中的CO含量的關系（圖4）。

當油溫達到110℃時，曲線的曲率在此明顯減小趨向平穩，即當油溫達到110℃以上時，煙氣中的CO含量已無明顯變化，若再繼續升溫，將造成不必要的能量浪費，因此，合理的油溫確定為110℃。

2.3.2 確定合理霧化壓力

保持油溫在110℃，油壓為0.68MPa（正交試驗中已確定）不變，測出了霧化壓力與煙氣中的CO含量關系（圖5）。

當霧化壓力達到0.35 MPa時,曲線的曲率在此明顯減小趨向平穩，即當霧化壓力達到0.35 MPa時，壓力再升高，煙氣中的CO含量已無明顯變化，霧化壓力過高，會影響燃燒火焰形狀，同時造成能量浪費，故合理的霧化壓力為0.35MPa。

2010年8月在H 107上進行的試驗取得了類似的結果。上述三項參數確定后，將三項指標合理值作為操作要點下達給值班人員，編寫出濕蒸汽發生器操作規程并嚴格執行。

確定霧化參數并嚴格執行操作規程后，2010年9月對2臺鍋爐煙氣中CO的含量進行了測量，并測取了熱效率，熱效率平均提高2.65%，達到87.1%（表5），取得了很好的效果。

表5 措施實施前后熱效率測試對比

2.4 現場推廣

經過現場反復試驗，對優化的各項參數確定以后，2011年1月，在全廠14臺鍋爐上推廣應用。推廣過程未增加任何費用。經測試，在平均注汽干度70%的情況下，噸汽耗油量64.2k g，平均熱效率86.68%，取得了很好的效果。到2011年12月底，注汽鍋爐燃油熱效率由原來的84.5%提高到86.68%，提高2.18%。

截至2011年12月底，全廠共注汽25.8×104t，節省燃油382.8t，每噸燃油按3000元計算，創直接經濟效益114.8萬元。

3 結論

1）通過強制停爐清灰，安裝給水預熱器，定期更換對流段腐蝕、結垢嚴重的翅片管可有效降低排煙溫度，從而提高燒油熱效率。

2）通過優化風門開度、油閥開度、燃油壓力，可確定合理的過量空氣系數，從而提高燒油熱效率。

3）應用優選法確定合理油溫、霧化壓力、油壓，從而確定合理的霧化參數組合可有效提高熱效率。

4）注汽鍋爐上述調整技術和管理措施可應用到類似鍋爐中，具有很好的推廣價值。

[1]沈芳平,周克毅,胥建群,等;鍋爐效率計算模型的分析與比較[J].鍋爐技術,2004(1):45-48.

[2]孔令波,馬延軍,李德軍,等.提高油田注汽鍋爐熱效率的新措施[J].油氣田地面工程：2002（4）：38-39.

[3]任國利,王思玉,范新霞.提高油田注汽鍋爐熱效率的措施[J].新疆石油科技,2001（4）:28-31.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.011

顧永強，1986年畢業于華東石油學院，采油工程專業，高級工程師，從事三次采油現場技術管理工作，E-mail：gdgyq001@sina.com，地址：山東省東營市仙河鎮文明一區，257237。

2011-12-28）