淺談提高鍋爐熱效率的新技術

王宇新

摘要：我國有豐富的稠油資源，稠油油田開發過程中，注汽鍋爐系統能耗占總能耗的絕大部分，因此提高注汽鍋爐系統熱效率是節能降耗、降本增效的重要研究方向。本文主要論述了提高油田注汽鍋爐燃燒控制系統熱效率的新技術，以有效促進節能降耗，提升經濟效益。

關鍵詞：油田 注汽鍋爐系統 熱效率 技術

注汽鍋爐又稱濕蒸汽發生器，在油田開采稠油的過程中，這是一種專用的注汽設備。其工作原理是將自身生產的高溫高壓濕蒸汽注入油井，通過對油層中的原油進行加熱，進而在一定程度上降低稠油的粘度，進一步增加稠油的流動性，提高稠油的采收率。油田注汽鍋爐是以原油為主要燃料，在運行過程中耗油量較大，在稠油的開發中，注汽鍋爐常年連續運轉，并且注汽鍋爐的運行數量也有加大的趨勢，因此，加大對油田注汽鍋爐的節能措施的探討有利于提高油田的經濟效益，促進油田的可持續發展。本文分析了油田注汽鍋爐的基本原理，并提出了關于提高油田注汽鍋爐熱效率的技術。

1 注汽鍋爐的結構及工作原理

油田注汽鍋爐鍋爐本體設備水汽系統：輻射段、對流段、給水預熱器燃燒系統：燃燒器、爐殼和爐襯鍋爐輔助設備燃燒設備：油過濾器、油加熱器、天然氣分離器等供儀用風設備：空壓機、干燥器等鍋爐附件：安全閥、自力式壓力調節器、截止閥等動力電器系統：空氣開關、磁力啟動器、電動機等儀表與自控系統：壓力表、溫度表、調節器、報警開關、微機等

至于注汽鍋爐的工作原理也有許多，我們具體看一下50和100噸的渣油燃燒注汽鍋爐原理，它是主要是用蒸汽輔助重力泄油進行開采超稠油的，蒸汽輔助重力泄油開采超稠油油藏的基本原理其實就是，將大量高干度蒸汽連續注入水平生產井的上部，進而在地層中形成蒸汽腔，利用蒸汽腔的邊緣對原油進行加溫，與此同時，蒸汽在冷凝的過程中會形成水，與原油一起流入水平生產井，然后被采出。隨著蒸汽腔不斷擴展，以及不斷對原油進行加溫，在這種情況下，就可以連續生產，直到蒸汽腔擴展到油層頂界和水平井控制的邊界。

2 提高油田注汽鍋爐熱效率應用技術

2.1 高溫輻射涂料

當油田注汽鍋爐輻射段的工作溫度在650℃以上時，熱傳遞以輻射為主。在爐管或爐墻上，如果涂上能夠產生輻射波的高溫輻射涂料，使其黑度或輻射波進一步增強，使輻射波產生共振現象，對輻射換熱進行強化，在一定程度上提高爐管的吸熱能力，從而提高熱效率。基于以上原理，可以將紅外輻射涂料噴涂在油田注汽鍋爐輻射段陶纖的表面，例如采用FHC-AB型高溫輻射涂料或HTEE-E型紅外線輻射涂料。在爐管上噴涂FHC-AB型高溫輻射涂料，在500℃以上高溫的作用下可以形成固化瓷膜，使得爐管的黑度進一步提高，與未涂高溫輻射波的爐管相比，其吸熱率提高5%～10%，由于輻射涂料能夠產生紅外線，可以加劇燃料的燃燒，使得鍋爐的熱效率大大提高。在爐膛內襯表面上涂刷HTEE-E型紅外線輻射涂料，經過高溫烘烤，可以形成固化瓷膜。由于具有較高的發射率，在這種情況下，可以增加熱量經鍋爐內壁的反射力，同時可以使得內襯紅外線熱輻射的反射力進一步增強，提高了對爐管的輻射力，通過散熱造成的熱損失明顯降低，提高了熱效率。

2.2 采用復合相變換熱技術

所謂復合相變換熱技術通常情況下是指，借助注汽鍋爐的排煙加熱復合相變換熱裝置中的水，使水變成水蒸氣；然后利用水蒸氣對注汽鍋爐的給水進行加熱，一方面可以提高鍋爐給水溫度，另一方面排煙的溫度明顯降低，鍋爐的熱效率提高。該技術應用到遼河油田的某采油廠后，煙氣的排煙溫度下降80℃，由原來的220℃直接下降到了140℃，鍋爐的熱效率提高3%，其節能效果非常理想。

2.3 煙氣余熱回收裝置（熱管）技術

在開采原油的過程中，利用油田注汽鍋爐煙氣增加助燃空氣的溫度，通常情況下可以有效地提高熱效率。在此基礎上，借助熱交換器，降低煙氣的熱損失，使得助燃空氣的含熱量進一步提高，熱管作為一個密封管，其內部一般被抽成高度真空，并且工質純度比較高。在工作過程中，由于吸熱使得管內工質蒸發汽化，到達冷端后，因放出熱量發生凝結現象。

2.4 對注汽鍋爐燃料結構進行優化

在傳統模式下，許多注汽鍋爐的燃料都選擇稀原油，在產生熱值相同的情況下，原油價格一般比較高。因此，需要對注汽鍋爐的燃料結構進行優化，同時使用天然氣取代原油，或者積極發展油氣混燃技術。在使用天然氣的過程中，對于鍋爐來說，需要配置天然氣壓力報警系統，當天然氣壓力較低或發生泄漏時，該系統能夠實現自動報警，并且能夠及時自動停爐。當使用油氣混燃工藝時，需要改造控制系統及燃燒系統，并且設置相應的天然氣高壓報警系統，避免燃料消耗過多，進而在一定程度上產生過熱蒸汽。

2.5 清洗流段翅片管硬垢和對流段免維護聲波除灰技術

鍋爐燃油、燃氣過程中，硬垢是在高溫高壓環境下，灰垢、煙垢及其他雜質充填在翅片凹槽內的聚合物，這些聚合物影響并制約著翅片管的換熱效率，使得對流段煙道的阻力增加、爐膛壓力超標等。對于翅片管凹槽內硬垢難除問題，通常情況下，可以通過“化學劑+高壓水射流”技術進行解決。流段免維護聲波除灰技術的工作原理是，以蒸汽為動力，利用特質的聲波發生器進行轉換，向運行中注汽鍋爐的對流段部位空間輸送一定強度的聲波，這些區域中的空氣分子與粉塵顆粒在聲能量的作用下產生振蕩，對粉塵顆粒在翅片管表面或粒子之間的結合關系進行破壞和阻止，使其處于懸浮流化狀態，在煙氣、重力的作用下，將其帶走，在一定程度上達到清灰的目的。

2.6 引進濕蒸汽干度在線監控系統

在控制注汽鍋爐的過程中，由于存在熱慣性，當監測到蒸汽的干度發生變化，在這種情況下，鍋爐運行人員難以對其進行調整，進行調整時，一般需要具備一定的經驗，這樣增加了蒸汽干度的波動范圍，進一步增加了注汽鍋爐燃料的消耗量。使用濕蒸汽干度在線監控系統后，可以完美地結合濕蒸汽的在線測量與PLC自動控制。對于在線監控系統來說，在測量誤差方面通常情況下可以控制在3%，干度的波動范圍控制在2%-4%，在開采供給稠油的過程中，大大提高了蒸汽質量。為了精確控制燃料的消耗量、給水量，以及給水溫度，可以將流量計和變送器安裝在鍋爐上，這樣可以根據蒸汽的干度的實際情況，進一步調整燃料消耗量，提高注汽鍋爐的熱效率。

3 注汽鍋爐應用中需要注意的問題

3.1 在注汽鍋爐運行時，隨著負荷的增減，爐內火焰溫度發生升降。但是，爐內輻射換熱量與燃料量之間不存在正比關系。實驗結果顯示，當鍋爐從半負荷逐步增加到額定負荷時，在這一過程中，爐內換熱量不是成倍增加。總而言之，與負荷的變化率，爐內換熱量的變化率通常情況下比較小。

3.2 燃燒方面，按照要求，需要使用少量的供油，且爐內燃油在低負荷配風時火焰的周界風相對減弱，容易出現霧化不良現象。此時，在燃燒器旋口容易發生結焦現象，進而在一定程度上遮擋了周界風風口，使火焰發生偏斜，甚至飄至爐管上。在這種情況下，低負荷時，需要觀察火焰的形狀，對火焰的位置進行調整，避免火焰方向發生偏斜。

3.3 輻射段需要承受較高的熱負荷，根據資料顯示，熱負荷的82%需要由輻射段來承擔，然而在爐管內，汽、水是相互流動的，因此，當設備負荷減小至一定數值時，可能導致爐管出現傳熱惡化現象，進一步損壞爐管。

4 結束語

在油田日常工作中，注汽鍋爐是主要的耗能設備，需要從影響系統效率的主要因素進行分析，進一步提高油田注汽鍋爐系統的熱效率，通過對技術進行調研和分析，不斷進行試驗，積極引進應用油田注汽系統的節能新產品、新材料、新技術和新工藝，積極采用先進技術對油田注汽鍋爐進行改造，促進油田注汽鍋爐系統熱效率的不斷提高。

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