優化最佳過量空氣系數提高注汽鍋爐熱效率

劉鐵哲（遼河油田公司質量節能管理部）

遼河油田以稠油開采為主，而注蒸汽開采稠油已經成為開采高粘度稠油的常規方法。注蒸汽采油的主要設備就是注汽鍋爐，因此提高注汽鍋爐的熱效率可以有效的提高開采稠油的經濟效益。目前注汽鍋爐的熱效率大都在80%左右，因此如何提高注汽鍋爐的熱效率成為注蒸汽采油面臨的重要問題。影響注汽鍋爐的因素有很多種，而其中最重要的因素就是過量空氣系數α。

目前很多注汽鍋爐確定過量空氣系數都是根據以往的經驗，而實際生產中過量空氣系數的確定需要考慮生產現場的各方面因素[1]。過量空氣系數過大會增加排煙熱損失，而過量空氣系數過小又會使燃料不能夠充分燃燒，增加氣體不完全燃燒熱損失和固體不完全燃燒熱損失[2]。

1 過量空氣系數和各項熱損失的關系

在實際生產過程中，鍋爐供燃料燃燒的實際空氣量要比燃料燃燒所需的理論空氣量多一些，這樣才能保證燃料盡可能的完全燃燒[3]。實際空氣量與理論空氣量的比值為過量空氣系數，即

式中：

α——過量空氣系數；

Vs——實際空氣供給量，m3；

V0——理論空氣供給量，m3。

1.1 過量空氣系數與排煙熱損失的關系

排煙熱損失可根據如下經驗公式計算：

式中：

q2——排煙熱損失，J；

tpy——排煙溫度，℃；

t0——排煙處空氣溫度，℃。

根據實際運行中的現場檢測，排煙熱損失是鍋爐熱損失中最大的一項，所以要盡量降低這項損失，從式（2）中可以看出，降低過量空氣系數就可以有效地降低排煙熱損失，從而提高鍋爐熱效率。

1.2 過量空氣系數與化學不完全燃燒熱損失的關系

根據如下經驗公式計算：

其中

式中：

q3——化學不完全燃燒熱損失，J；

β——燃料特性系數；

RO2——煙氣中二氧化硫和二氧化碳的含量。

化學不完全燃燒熱損失占鍋爐熱損失中很小一部分，但是對整個鍋爐的熱效率還是有一定的影響。在實際生產中，一氧化碳的含量微乎其微，可以認為是不變的。由式（3）可以看出，化學不完全燃燒熱損失與過量空氣系數幾乎成線性關系。

1.3 過量空氣系數和物理不完全熱損失的關系

根據如下經驗公式計算：

式中：

q4——物理不完全燃燒熱損失，J；

tk——環境溫度，℃。

由式（5）可以看出，物理不完全燃燒的熱損失不僅與過量空氣系數有關，還與排煙熱損失有關。

2 確定最佳過量空氣系數

在鍋爐正常運行過程中，排煙熱損失、化學不完全燃燒熱損失、物理不完全燃燒熱損失的總和占鍋爐總熱損失的80%左右[4]。因此，（q2+q3+q4）最小時鍋爐的熱效率達到最大，所以就要確定（q2+q3+q4）最小時的過量空氣系數。 q2、 q3、q4與過量空氣系數的關系如圖1所示。

圖1 過量空氣系數與各熱損失關系

如圖1所示，當α=αzj時，（q2+q3+q4）達到最小值，此時，鍋爐的熱效率最大。在實際生產中，就要讓過量空氣系數無限的接近αzj，但是實際中由于燃料種類和工況都是不斷變化的，所以我們根據以往的經驗來調整過量空氣系數就無法使其達到最佳值，而且還會有很大的誤差存在。如果能夠根據不停變化的工況和燃料種類來得出相應的過量空氣系數最佳值，即αzj，就可以根據這個值對過量空氣系數進行修正，從而保證鍋爐在一個較高的熱效率下運行。

由式（6）可以看出，（q2+q3+q4）是α 的一個二次函數，所以當（q2+q3+q4）為最小值時有

由式（7）可知，當知道鍋爐運行中的排煙溫度、環境溫度和煙氣中CO 的含量，就可以算出此時的最佳過量空氣系數。

3 結論

從理論分析結果可以看出，合理調整過量空氣系數可以有效的降低鍋爐的熱損失，提高鍋爐熱效率，從而使經濟效益顯著提高。通過現場測試環境溫度、煙氣溫度及CO 含量確定該工況下的最佳過量空氣系數，并及時對鍋爐進行調整，保證注汽鍋爐的運行始終保持在一個較高的水平上。

[1]韓秀麗.空氣過剩系數對鍋爐熱效率的影響[J].陜西工學院院報,2002,18(4):56-58.

[2]施益昌.通過控制過量空氣系數提高注汽鍋爐熱效率[J].管道技術及設備,2004(1):16-17.

[3]葉江明.電廠鍋爐原理及設備[M].北京:中國電力出版社,2004:57-58.

[4]高峰.鍋爐熱經濟性燃燒調整分析[J].鍋爐技術,2007,38(4):43-46.