淺議利用煙氣余熱降低注汽鍋爐熱損失

張綺倫

摘要：本文對油田熱注鍋爐回收煙氣預熱的必要性進行分析，提出了注汽鍋爐煙氣余熱回收的方案，并通過測試分析證實了注汽鍋爐煙氣余熱回收的效果。

關鍵詞：鍋爐;余熱;熱效率;損失

遼河油田作為世界最大稠油油田，蒸汽吞吐是稠油開采最常見、應用最廣泛的設備，作為蒸汽吞吐的基礎設備，油田專用注汽鍋爐在稠油開采中發揮了舉足輕重的作用，但經對注汽鍋爐進行熱態綜合測試，鍋爐平均正平衡熱效率為82.4%，未能達到先進節能技術指標的要求，通過開展敏感性因素分析工作，發現鍋爐排煙熱損失占鍋爐熱損失的80.14%，成為制約注汽鍋爐熱效率水平的最主要因素，為此，我們開展了注汽鍋爐排煙余熱回收技術研究現場應用，取得了良好的節能效果。下面將對注汽鍋爐煙氣余熱回收技術進行簡要介紹。

1 注汽鍋爐煙氣余熱回收技術研究

1.1注汽鍋爐余熱利用潛能分析

注汽鍋爐在燃燒正常運行的條件下，其熱損耗主要表現在三個方面：一是排煙熱損失，二是爐體散熱損失，三是未完全燃燒熱損失。其中，排煙熱損失約占注汽鍋爐系統熱損失的80.14%，成為影響鍋爐熱效率最敏感性因素，為了提高注汽鍋爐的熱效率，控制排煙熱損失這一最敏感因素是最佳途徑，而影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度和過剩空氣系數。例如，為將注汽鍋爐的熱效率提高至88%，通過對鍋爐實測數據進行分析計算，得出了在空氣過剩系數a一定時確保熱效率88%時的最高排煙溫度，以及在排煙溫度一定時，確保熱效率88%時的最大空氣過剩系數。

理論分析表明：降低鍋爐排煙溫度對提高鍋爐熱效率起決定性作用，只要能通過實施鍋爐煙氣余熱回收技術降低鍋爐排煙溫度，并合理控制過剩空氣系數，就能夠有效地降低鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐的熱效率。

1.2注汽鍋爐煙氣余熱利用技術研究

1.2.1 注汽鍋爐煙氣余熱回收方式研究

注汽鍋爐煙氣余熱回收利用主要有三種方式：①煙氣余熱預熱空氣;②煙氣余熱預熱燃油;③煙氣余熱預熱給水。經技術調研發現，這三種余熱回收方式對鍋爐本體熱效率的影響是不同的。以下對上述三種預熱方式對鍋爐本體熱效率的影響進行比較：

（1）煙氣余熱預熱空氣對熱效率的影響

在采用煙氣余熱預熱空氣后，將改善燃料霧化條件，改進爐膛燃燒狀況，提高爐膛溫度，降低過剩空氣系數。可見，預熱空氣將對排煙損失、化學未完全燃燒損失及機械未完全燃燒帶來影響，而對表面散熱損失不會產生較大影響。

（2）煙氣余熱預熱燃油對熱效率的影響

燃油溫度的高低，會影響燃油的粘度，進而影響燃油燃燒時的霧化質量，特別是渣油，粘度高會引起油槍結焦。

另外，鍋爐絕熱燃燒溫度亦隨燃油溫度的升高而升高，由公式可知，絕熱溫度的提高增大了爐內輻射換熱系數，提高了傳熱溫差和鍋爐總換熱系數。因此，煙氣余熱預熱燃油有利于降低排煙損失、機械未完全燃燒損失及化學未完全燃燒損失，從而提高了鍋爐熱效率。

（3）煙氣余熱預熱給水對熱效率的影響

煙氣余熱預熱給水相當于提高鍋爐入口介質的溫度，降低排煙溫度，在理論上會減小傳熱溫差，但只要控制得當，鍋爐煙氣余熱就能夠被再利用。煙氣

余熱預熱給水可以直接降低排煙溫度，再配合以合理的過剩空氣系數，鍋爐的熱效率將得以顯著提高。

上述研究表明，煙氣余熱預熱空氣、煙氣余熱預熱燃油都不會削弱傳熱溫差，在理論上是較為理想的煙氣余熱方式。但上述兩種方式的實現工藝過于復雜、初期投資較大、系統操控不方便，而煙氣余熱預熱給水的實現工藝簡單、投資少見效快，只要系統參數控制得當，完全能滿足降低鍋爐排煙熱損失、提高鍋爐熱效率的要求。

1.2.2 煙氣余熱預熱給水工藝的實現

設計工藝選用針型管換熱器為煙氣余熱預熱給水裝置，將該換熱器安裝在注汽鍋爐對流段煙道上，并用調節閥A調節進入換熱器的水量。測試證明，該工藝施工簡單，運行控制方便，非常適應于注汽鍋爐系統的日常管理。

1 硬度水的硬度定義是水中鈣鹽和鎂鹽含量的總和，通常以1L水中含有10mgCaCl或者7.2mg的MgCl定義為1硬度。由于鈣鹽和鎂鹽都是溶解度較小的沉淀，進入爐管內多數會沉積下來，長久以往，會形成大量水垢，為了減少和避免這類情況的發生，一般規定水的硬度為零。

2 鈉鹽的含量

鈉鹽的溶解度較大，一般情況下不會產生沉淀，但如果水中NaSO的濃度高于5mg/L，依然可能產生一定程度的沉淀現象。所以。規定給水中NaSO的含量不能超過10mg/L。

3 鐵鹽的含量

給水中鐵鹽的分布是部分沉淀于爐管內，剩余的都溶解在蒸汽內，由于鍋爐的工作環境是高溫高壓，溫度越高，壓強越大，蒸汽中鐵鹽的含量越大。為了防止鐵鹽在爐管內的沉淀以及其溶解在水蒸氣中的鐵鹽對爐管的腐蝕，規定給水中的鐵鹽含量大約在5-10μg/L

4 氧氣的含量

顯然，如果給水中氧氣的含量過高，必然會對爐管帶來嚴重的腐蝕。所以規定給水中的氧氣含量必須為零。

5 pH值

適當的pH值（一般保持在弱堿性范圍）可以防止給水中的二氧化硅沉積在爐管內，還可以防止爐管金屬的酸性腐蝕。但同時堿性也不能過高，否則會使得水中的碳酸分解，產生過量CO氣體對爐管產生不利影響。

2 注汽鍋爐煙氣余熱回收利用技術現場應用情況

該技術經系統測試，鍋爐熱效率由85.1%上升至88.11%，主要有以下幾個方面的表現：

（1）排煙熱損失大幅下降

燃油鍋爐排煙溫度由240℃降至155℃，從而使排煙熱損失由以往的10.5%降至7.8% 。

（2）鍋爐水汽流程的傳熱效果得以強化

注汽鍋爐加裝余熱利用裝置后，不僅吸收鍋爐煙氣余熱，降低排煙熱損失還使得進出鍋爐對流換熱面的工質溫差由加裝余熱利用裝置前的170℃升至210℃，鍋爐對流換熱段的工質達到280℃左右，處于沸騰狀態，從而有效地強化了對流段的換熱效果，進一步提高了鍋爐的熱效率。

經測算，應用該技術后單爐年節約燃料油305.3噸，折標煤436.2噸，創經濟效益28.3萬元。

結論

本技術集先進性、適用性、經濟性于一身，系統操控簡便，節能效果明顯，節能空間很大，具有推廣價值。