燃煤注汽鍋爐燃燒工況的優化

張赫（中油遼河油田公司 特種油開發公司 遼寧 盤錦 124010）

前言

燃煤注汽鍋爐，是以煤為燃料，采用我國工業鍋爐傳統的燃燒方式，即層狀燃燒的方式。鍋爐的受壓元件，由環狀盤管構成，屬于貫流鍋爐的范疇。鍋爐額定工作壓力15、9兆帕，熱工介質工作溫度352度。用于石油油氣藏蒸汽驅動的熱力開采工藝，是稠油、高凝油等產能區塊開采的重要技術手段之一。

一、現狀分析

目前，用于石油熱力開采的注汽鍋爐，燃料結構基本上為燃油和燃氣的注汽鍋爐。從我國煤炭蘊藏量較為豐富的實際情況出發，實施以煤代氣代油技術，拓寬注汽鍋爐的燃料渠道，減小注汽鍋爐對重油和燃氣的依賴程度。

二、工藝流程

燃煤鍋爐工藝流程：煤斗——給煤裝置——燃煤裝置（爐排、減速器）——除渣裝置——除塵裝置——配風系統——給水系統——鍋爐受壓元件。輔助系統：陽離子交換器——輔助給水系統（備用給水系統）——除氧裝置。

三、燃煤鍋爐的技術特性

燃煤熱注鍋爐，以煤為燃料。因此，鍋爐的生產運行具有燃煤鍋爐的屬性，符合燃煤鍋爐的技術特點。由于，采用層狀燃燒的方式，科學合理地調節和控制鍋爐的熱工狀態，使之達到鍋爐的運行參數，滿足生產工藝的需要。

1.燃料特性：煤的化學成分為 C、H、N、O、S、水分和灰分。由于固體燃料受其自身的燃燒特性的制約，即煤在燃燒室內，需要進行干燥、干餾、揮發分析出、焦炭燃燒等四階段，才進入燃燒階段。它相對于氣體燃料和液體燃料來說，預燃的周期較長，燃燒的速率較慢，而且，煤的熱值偏低。

2.技術參數：由于注汽鍋爐的特殊的工藝要求，鍋爐的技術參數：工作壓力15、9MPa，工作溫度352C，汽干度0、8，軟化水的硬度為0（其他各項水質標準參照低壓鍋爐水質標準）。

3.工作特性：注汽鍋爐適用于油田稠油與高凝油熱力開采的特種設備，運行壓力高，介質溫度高，并且，要求輸出的蒸汽品質具有較小的濕度。因此，才能滿足熱力開采工藝的條件，保證熱力驅動的效果。

4.設備特性：鍋爐在操作條件下，必須匹配一整套動力完全獨立的鍋爐備用給水設備，以防遭遇突然停電時，在應急狀態下，啟動備用給水設備，冷卻鍋管，確保鍋爐設備的安全。

四、燃燒特性

燃煤蒸汽鍋爐，在操作條件下，具備了燃煤鍋爐層狀燃燒的技術特性，同時，采用了機械爐排中鏈條式爐排，即鱗片式爐排。所以，鍋爐熱力狀態的調整與控制，要符合鏈條爐排的技術特點，以滿足生產工藝要求。見圖一。AB新煤預燃區，BC焦炭燃燒區，CD燃盡區。

1.分段送風：碳粒在爐排上，吸收爐拱的輻射后，碳粒在170——260度時，揮發分開始析出，并在碳粒表面形成火膜。火膜的擴散速度與空氣的量有關，爐膛負壓一般控制在20——30帕斯卡，焦炭燃燒區的配風量，控制在600——800帕斯卡（全負荷時900——1000帕斯卡）。預燃區的風量控制在100——200帕斯卡，燃盡區的風量控制在300——400帕斯卡。

2.煤的粒度：以0——8毫米為宜，煤屑的含量應小于10%，灰熔點應大于1300度，具有良好的熱強度，呈弱結焦性的煤。

3.適量摻水：摻水率應控制在5%以下。適量的摻水，造成煤粒對煤屑的黏性吸附效應。同時，也使煤在干燥過程中，所含水分蒸發后，其體積的變化為1650倍。所以，煤床上形成的空隙十分發育，有助于火床獲得良好的燃燒工況。

4.燃燒模式：發火點與煤閘板的距離應保持在200——300毫米為之間(最佳距離100——200毫米)，燃盡點距離擋渣鐵400——500毫米（最佳距離300——400毫米）。建立適合燃煤注汽鍋爐的燃燒模式，以滿足熱力可開采工藝的需求。

5.“壟”式火床。鋪設壟式或床，可有效的增大火床的燃燒面積，形成燃燒梯度，優化燃燒工況。.

6.火床面積，由一維幾何平面，延伸為二維梯形界面，燃燒面積增大了百分十到百分十五。使火床的燃燒幾何布局進一步優化，提高了鍋爐的熱效率。

五、安裝要求

1.煤注汽鍋爐，為立置式鍋爐，由于鍋爐自身的重量和附屬燃燒設備的重量，以及與之相配套的爐拱等，要求鍋爐的基礎必須堅固、牢靠，保障鍋爐運行時，基礎不下沉，一旦基礎下沉，會造成爐拱開裂，爐排片刮、卡及斷裂。

2.汽鍋爐運行壓力較大（壓力15、9兆帕）熱工介質的工作溫度較高（蒸汽溫度352度）。鍋爐給水管的工作壓力較大，給水管在向鍋爐配水過程當中，是由上自下供水，易發生震（跳）動現象，所以，供水管必須采取良好的固定措施，減少震動或給水脈動，確保供水的平穩性。

3.柱塞泵的出口，可考慮加裝減震器，形成二級給水減震。即兩臺減震器串聯在給水管上。

結束語

燃煤注汽鍋爐，改變了注汽鍋爐的燃料結構，拓寬了注汽鍋爐的燃料渠道，打破了注汽鍋爐，單純以液體和氣體燃料作為熱源燃料的格局，填補了注汽鍋爐固體燃料的空白。從某種意義上講，是注汽鍋爐燃料史上的一次革命。

燃煤注汽鍋爐，采用壟式給煤，優化了鍋爐的燃燒工況，使固體然料在注汽鍋爐上的應用進一步深化和完善。壟式火床的幾何布局，更符合燃煤注汽鍋爐的技術特性。

另外，我國煤炭的蘊藏量十分豐富，注汽鍋爐以煤代油、代氣技術，對于緩解我國石油資源相對匱乏的狀況，無疑是大有益處的。