油田注汽鍋爐熱效率計算

作者簡介：陳林政（1972-），男，新疆克拉瑪依人，漢族，現職稱：高級技師，學歷：大學本科，研究方向：熱工自動化。

摘 要：鍋爐熱效率的計算涉及水焓、燃料焓以及空氣焓等多個參數，水的焓值計算通常采用IAPWS-IF97公式，參與計算常數及公式過多，本文采用國內學者的簡便算法，借助EXCEL強大的數學運算功能，將復雜的注汽鍋爐熱效率計算轉變為簡單易操作的計算，使生產一線員工能夠隨時動態掌握設備運行工況，為注汽鍋爐維修、改造提供依據。

關鍵詞：EXCEL 注汽鍋爐 熱效率 熱焓

中圖分類號：TK22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

前言

油田注汽鍋爐是稠油開采的重要設備，也是能源消耗的大戶。注汽鍋爐熱效率是檢測設備運行效率的重要指標，通過注汽鍋爐熱效率的計算，可以掌握設備運行狀況，為注汽鍋爐日常運行、維護維修、設備改造提供理論依據。

掌握EXCEL的使用已經成為員工的一項基本技能。而在此基礎上，推廣利用EXCEL分析注汽鍋爐熱效率更加行之有效。

下面我們就如何通過供熱站的班報數據實現用EXCEL分析熱效率，進行闡述。

1 注汽鍋爐熱效率計算方法

鍋爐有效利用熱量（Q1）與燃料輸入熱量（Qr）的比值即為鍋爐熱效率（ηgl）。

式中ηgi為鍋爐熱效率，Q1為鍋爐有效利用熱量，Qr為燃料輸入熱量

根據熱效率公式，只要計算出鍋爐出口濕飽和蒸汽的焓值和燃料燃燒放出的熱量，即可計算出鍋爐的熱效率。

首先計算鍋爐有效利用熱量，數據從運行班報中采集。選取五號站10號爐班報數據，該設備為干度自控運行設備，報表中的壓力值、溫度值采用數字溫度變送器變和壓力變送器計量，精度高于普通的雙金屬溫度表和彈簧管壓力表，保證運算數據的準確性。班報數據顯示24小時運行參數，刪除與熱效率計算無關數據，整理重新生成表格。表1如下：

表1：與熱效率計算相關數據表

名稱

給水

壓力

給水

溫度

對流段

進口壓力

對流段

進口溫度

對流段

出口壓力

對流段

出口溫度

數據

0.4Mpa

52℃

10.2Mpa

52℃

9.1Mpa

254℃

干

度

輻射段

進口壓力

輻射段

進口溫度

輻射度

出口壓力

輻射段

出口溫度

天然氣

流量

水

量

76%

9Mpa

250℃

4.8Mpa

270℃

1323M3

20.15M3

2 水汽系統焓值的計算

熱焓是表示物質系統能量的一個狀態函數。本文采用文獻1中給出的給水比焓與給水壓力、溫度的多項擬合式，經過驗證，誤差在0.5%以內。公式為：

式中hgs為給水焓值，a0-a6、b0-b6為公式常數，t為溫度，pgs為壓力

將表1中數據帶入公式計算出hgs=229.99KJ/kg

出口水蒸氣熱焓（hˊ）采用文獻2的計算方法，飽和水公式為：

hˊ= 78×ln（100×p） + 400×p1/2 ？ 200×p1/3 ？15×p + 200

=78×ln（100×4.8）+400×4.81/2-200×4.81/3-15×4.8+200 =1148.538342KJ/kg

飽和蒸汽（h〞）計算公式為：

h〞 = 35×ln（1000×p） + 2513=35×ln（1000×4.8） + 2513=2809.673KJ/kg

蒸汽出口焓值（h）計算公式為

h=h〞×（χ）+hˊ×（1-χ）

=2809.673×76%+1148.538342×（1-76%）=2411.00KJ/kg

式中χ為蒸汽干度。

通過以上給水焓、蒸汽出口焓的計算就可以計算出鍋爐的有效利用熱量Q1

Q1=（h-hgs）×T

=（2411.00-229.99） ×20.15×1000=4634437.92KJ/kg

式中，T為水量。

3 燃料輸入熱量的計算

目前油田注汽鍋爐使用燃料為天然氣，天然氣的燃燒熱值與天然氣成分有關，天然氣的組分可以咨詢生產運行部門，一般情況下，天然氣低位發熱值在35～39 KJ/NM3之間。

計量燃料實際燃燒焓取低位發熱值，下面根據天然氣成分計算鍋爐燃料熱值。公式為：

H1=H11r1+h12r2+……+h1nrn

式中 H1、H12為天然氣各組分熱值，r1、r2為天然氣各組分所占百分比。

HI=35.90×90.1%+59.48×3.1%+93.24×2.75%+123.65×0.87%=37.83134KJ/NM3

燃料輸入熱量Qr= HI×天然氣流量=37.83134×1323×1000 =50050856.6 KJ/NM3

將上述各項計算進行整合，導入EXCEL，制作成表2。

表2：注汽鍋爐熱效率表

給水壓力

（Mpa）

給水溫度

（℃）

對流段進口壓力

（Mpa）

對流段進口溫度

（℃）

對流段出口壓力

（Mpa）

0.4

52

10.2

52

9.1

對流段出口溫度

（℃）

輻射段進口壓力

（Mpa）

輻射段進口溫度

（℃）

輻射度出口壓力

（Mpa）

輻射段出口溫度

（℃）

254

9

254

4.8

270

天然氣流量（M3）

水量

（M3）

干度

給水預熱器（KJ/NM3）

對流段

（KJ/NM3）

1323

20.15

76%

-3946.81

17200481.5

輻射段

（KJ/NM3）

給水進口焓值（KJ/NM3）

給水出口焓值（KJ/NM3）

天然氣焓值（KJ/NM3）

熱效率

48581663.62

4407983.64

4634437.92

50050856.6

87.81%

結論和認識：

通過表2中可以看出，將設定好的公式代入EXCEL單元格內，系統就會自動采集數據，在工作薄中快速算出注汽鍋爐的熱效率。而報表數據可以從無紙化辦公的A2系統內拷出復制到報表數據工作薄中，計算非常方便.

作者：陳林政，高級技師，新疆油田重油開發公司供汽二聯合站。

參考文獻

[1] 水和蒸汽比焓、比容擬合式在飽和蒸汽工業鍋爐上的應用 辛少杰等

[2] 適用于汽輪機建模的飽和水和飽和水蒸汽焓值近似公式 張宇，趙書強

[3] 水和水蒸汽的焓_火用_圖及其應用研究 王忠杰

[4] 油田注汽鍋爐 武占