煙氣冷凝技術在油田注汽鍋爐的應用

汪桂強 馮建 劉富剛 于永銘 陶繼忠（新疆油田公司采油一廠，新疆 克拉瑪依 834000）

目前油田注汽鍋爐主要使用空氣預熱器來利用部分高溫煙氣，對低溫排煙余熱特別是煙氣露點以下的余熱利用較少。主要是因為煙氣冷凝水顯酸性，會對煙氣冷凝設備造成腐蝕，同時煙氣溫度低使得換熱設備傳熱溫差小主要熱溫差小，需要的換熱面積大、成本高、體積大、阻力大[1]。

1 煙氣冷凝的原理

使用煙氣冷凝設備，將來自注汽鍋爐的高溫煙氣，經鍋爐煙氣模塊化冷凝裝置使空氣加熱。空氣加熱為熱管換熱器，熱管為重力式熱管傾斜布置，熱管換熱器將鼓風機鼓入的冷風加熱成熱風后送入高溫燃燒器，煙氣一部分冷凝成水經冷凝水箱排出，一部分通過引風機由煙囪拍向大氣。注汽鍋爐尾部排放的高溫煙氣通過煙氣冷凝裝置，不僅僅釋放煙氣的顯熱，還能釋放出由于煙氣中的部分水蒸氣凝結所釋放的潛熱，把排煙溫度降低到50-70℃之間，不僅充分回收了煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結潛熱，也把煙氣中的SO2和NOX等有害成分大大降低，這從環保的角度來說也是非常有益。

熱管是依靠自身內部工作液體相變來實現傳熱的傳熱元件，具有以下基本特性：極好的導熱性、良好的均溫性、熱流密度的可調性、傳熱方向的可逆性[2]。

2 煙氣冷凝裝置

2.1 工藝流程

煙氣流程：高溫煙氣通過煙氣切換閥進入新增的煙道，沿著新增煙道進入空氣換熱器，在空氣換熱器中換熱后，產生的低溫煙氣由引風機抽出，通過煙囪排入大氣。

空氣流程：鼓風機鼓入的冷空氣在空氣換熱器中換熱，產生的高溫空氣隨著新增的風道進入燃燒器。

2.2 煙氣冷凝裝置

2.2.1 煙氣冷凝設備概況

煙氣冷凝裝置由煙氣切換閥，空氣換熱器，冷凝水箱，引風機和加藥系統組成。

2.2.2 煙氣切換閥的結構功能

(1）新增獨立煙道：考慮到煙氣冷凝裝置發生故障時不影響注汽鍋爐本體運行，通過引風機從現有煙道中抽取煙氣，煙氣冷凝改造新增了一個獨立的煙道系統；

(2）在整個新增煙道入口處設置煙氣切換閥，該閥采用聯動控制原鍋爐煙囪或新增煙道，實現三通功能；

(3）通過操作煙氣切換閥，可以使煙氣從原鍋爐煙囪排放，或通過新增煙道進入鍋爐煙氣模塊化冷凝裝置，換熱完成后再排放。

2.2.3 空氣換熱器的結構功能

(1）采用重力式熱管，結構簡單，換熱效果好；

(2）煙氣和空氣逆流換熱；

(3）利用熱管可回收煙氣部分顯熱；

2.2.4 冷凝水箱的結構功能

(1）儲存冷凝水；

(2）提供與藥液的混合中和空間，中和使用的是云母和石英石；

(3）冷凝水連續排放；

(4）冷凝水先進入冷凝水箱，再排放，可以延長反應時間，提高中和效果。

2.2.5 引風機的結構功能

(1）引風機功率11KW；

(2）引風機實現變頻控制；

(3）應風機用來克服新增煙道和鍋爐煙氣模塊化冷凝裝置的阻力，降低爐膛壓力；

(4）引風機前加裝除沫器，除去煙氣中攜帶的液滴，解決排煙攜水問題。

2.3 防腐蝕措施

由于冷凝水呈弱酸性，我們做了防腐蝕措施。針對換熱器受熱面，選擇合適的受熱面材質，有效地避免腐蝕，提高換熱器的壽命；針對煙囪、煙道，由于位于冷凝換熱器下游的煙道，排出煙氣為濕煙氣，煙道應做耐腐蝕處理，煙囪內襯為不銹鋼；針對冷凝水箱，采用防腐涂料有效的防止濕氣對設備內壁的腐蝕。

3 基于煙氣冷凝的燃燒器改造

3.1 燃燒器本體改造

改造前使用的是北美燃燒器，經過煙氣冷凝設備加熱后的空氣溫度高達110℃，北美燃燒器無法滿足煙氣冷凝改造后的使用要求，我們對燃燒器進行了改造。主要工作有：鼓風機由注汽鍋爐前端移至煙氣冷凝裝置內，通過新增加的風道給燃燒器供給助燃空氣；加裝電動執行器，使風門由手動控制改為自動控制；加裝冷卻風管，為火焰檢測器進行冷卻，確保火焰檢測器正常使用；加裝鼓風機變頻器，實現對鼓風機進風量的變頻控制；加裝煙氣含氧在線監控裝置。

3.2 煙氣含氧閉環控制

為了保證鍋爐燃燒充分，加裝了煙氣含氧閉環控制系統，實現自動調節煙氣含氧。主要功能有：實時監控煙氣中氧氣含量并進行顯示；通過調整鼓風機變頻，控制氧氣含量在2%-3%之間，確保鍋爐在最佳工況下運行。

4 結語

加裝的煙氣冷凝裝適用于燃料為天然氣，給水為污水的油田注汽鍋爐，鍋爐的排煙溫度從158.1℃下降到63.3℃，熱效率從90.9%提高至96.0%，節能率為5.3%，節能效果顯著。充分回收煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結潛熱的同時，也把煙氣中的SO2和NOX等有害成分大大降低，這從環保的角度來說也是非常有益。針對煙囪、煙道、換熱器受熱面和冷凝水箱等采取的防腐措施取得了良好的效果。煙氣氧含量閉環控制系統，有效的控制了煙氣中的含氧量，在保證充分燃燒的情況下，確保鍋爐在最佳工況下運行。

[1]婁桂云等，天然氣燃燒煙氣的冷凝傳熱特性，煤氣與熱力，2005（1）.

[2]王斌斌等，熱管及其換熱器在煙氣余熱回收中的應用，工業加熱，2006第5期.