油田注汽鍋爐效率計算及節能潛力分析

胥 锘

（中國石油化工股份有限公司 河南油田分公司 質量技術監督處）

油田注汽鍋爐效率計算及節能潛力分析

胥 锘

（中國石油化工股份有限公司 河南油田分公司 質量技術監督處）

針對河南油田注汽鍋爐運行熱效率已達87%，用傳統的熱力學第一定律已無節能潛力可挖的問題，運用熱力學第二定律對油田注汽鍋爐進行了效率計算并對其影響因素進行的分析。測算分析表明，在注汽鍋爐運行熱效率已達87%時，其效率僅為42%，通過對鍋爐效率計算結果分析，找到了提高鍋爐運行效率的有效途徑。

效率；熱效率；注汽鍋爐；空氣系數

由熱力學第二定律可知，其轉換為功的最大限度為：

式中，Q1：系統從高溫熱源吸入的熱量（kJ）；

T1：高溫熱源的熱力學溫度（K）；

T2：低溫熱源（常用環境溫度）的熱力學溫度（K）；

ηc：卡諾循環熱效率（%）。

我們把周圍環境條件下任一形式能量中理論上能夠轉換為有用功的那部分能量，稱為該能量的。

2 注汽鍋爐的分析方法

式中，Cf：燃料油的平均比熱，kJ/kg（F）；

T：燃料入爐熱力學溫度，K；

T0：環境溫，K。

式中：es：鍋爐中每公斤燃料產生蒸汽的熱，kJ/kg；

ew：鍋爐中相對每公斤燃料給水的熱，kJ/kg。

燃燒過程由不可逆損失和燃燒氣體冷卻兩部分組成。在絕熱燃燒過程中沒有散熱損失，燃氣所具有的值理論上等于燃燒前燃料和供燃燒用空氣所具有的值之和。但實際過程中因有燃燒的不可逆損失的存在，燃燒氣體所具有的值要比燃料和燃燒用空氣所具有的值小。根據燃燒過程熱平衡方程式可得，其絕熱燃燒溫度為[1]：

式中，Vg：實際煙氣容積，m3/kg.（K）；

Cpm：煙氣的平均定壓容積比熱，kJ/Nm3.（K），可近似地取1.549 kJ/m3.（K）。

鍋爐的傳熱熱損失主要有鍋爐的高溫煙氣向爐膛傳熱和散熱損失。而從煙氣向爐水和蒸汽在有限溫差下傳熱時，所引起的不可逆損失，只有在傳熱的損失中方能表示出來，即：

河南油田注汽鍋爐，燃用的大部分是原油與渣油的混合液體燃料，其他損失為排煙損失和散熱損失。因其損失比燃燒損失和鍋爐傳熱損失要小的多，有時可以忽略不計。

2.2 計算實例

通過測算河南油田采油二廠新莊8號注汽站23 t/h鍋爐的平均效率為42.01%。由表2可以看出，效率大小主要取決燃料特性、蒸汽品質，它總的反映了由于燃燒過程以及煙氣和水蒸氣之間的傳熱所造成的不可逆損失的大小。燃燒過程燃燒的在爐膛中已有一半轉化為了。一旦產生，就必須為之尋找出路最終排到環境中去。因此，設法提高鍋爐的效率，是節能的一項戰略性任務。

表2 河南油田采油二廠新莊8號注汽站23 t/h鍋爐效率測算

3 節能潛力分析

表3 23 t/h注汽鍋爐絕熱燃燒時的燃燒溫度與損失

表3 23 t/h注汽鍋爐絕熱燃燒時的燃燒溫度與損失

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圖1 燃燒溫度與燃燒損失關系

由表3可以看出：在保證完全燃燒的情況下，降低過剩空氣系數減少燃燒損失，在鍋爐的運行管理中根據運行負荷調整供風量，即可實現鍋爐的經濟運行。

實際的加熱過程是靠存在的有溫度差或溫度梯度而發生的傳熱過程。由公式（8）可以看出，要提高鍋爐效率，就必需增大蒸汽的比es和給水的比ew的差，合理調節蒸汽參數，減少在傳熱中的不可逆損失。

提高蒸汽溫度和壓力的標志著蒸汽品位的提高，在其他參數不變的情況下，計算結果見表4。

表4 23 t/h注汽鍋爐蒸汽壓力與傳熱損失的關系

表4 23 t/h注汽鍋爐蒸汽壓力與傳熱損失的關系

由圖2可以看出蒸汽壓力越高傳熱損失率越低，當蒸汽壓力到21MPa時出現拐點，由此可以看出在9～19MPa時，提高蒸汽壓力可以降低傳熱損失率。

圖2 傳熱損失率與蒸汽壓力關系

河南油田的注汽鍋爐的蒸汽流量一般在12～20 t/h，在其他參數不變的情況下，蒸汽流量與效率的影響見下圖3。

圖3 傳熱損失率與蒸汽流量關系

由圖3可以看出，在鍋爐實際運行中合理安排注汽井，應盡可能地提高鍋爐運行負荷是提高效率的有效手段。

4 結論

2）減少傳熱損失的主要途徑是提高蒸汽參數，即適當提高蒸汽壓力、蒸汽流量，在實際運行管理中，主要是合理匹配鍋爐蒸汽參數和注汽井的數量。

[2] 宋之平，王加璇.節能原理[M].北京：水利電力出版社，1985：180-188.

Efficiency Calculation and Energy Saving Potential Analysis of Steam Injection Boiler in Oil Field

Xu Nuo

according to the Henan oilfield operation of steam injection boiler thermal efficiency has reached 87%，with the traditional first law of thermodynamics has no such potential problems，the use of the second law of thermodynamics of efficiency of steam injection boiler on the analysis of influencing factors were calculated and.Calculation and analysis show that the thermal efficiency of steam injection boiler in operation has reached 87%，and its efficiency is only 42%，through the analysis of boiler efficiency，find an effective way to improve the operating efficiency of the boiler.

efficiency；thermal efficiency；steam boiler；air coefficient注汽鍋爐是稠油熱采注汽系統的重要設備，是能源消耗的主要設備，目前河南油田有注汽鍋爐32臺，燃料消耗能源占油氣生產總能耗的46.17%。降低注汽鍋爐能耗是稠油生產成本的關鍵。近年來油田圍繞注汽鍋爐的節能降耗做的大量的工作，注汽鍋爐的平均運行熱效率達到了87%，實際效率已高于設計效率2%，用傳統的熱力學第一定律分析鍋爐的節能潛力已經很難找到挖掘潛力的方向了，所以，探討用熱力學第二定律從用熱設備的的熱完善程度方法分析鍋爐的節能潛力是進一步提高注汽鍋爐能耗的有效方法之一。

TE357.4

A

1003-6490（2017）01-0078-02

2017-01-11

胥锘（1984—），男，四川成都人，工程師，主要從事油田集輸、繼續采油節能分析工作。