油田注汽鍋爐節能降耗措施探討

陳斌

摘 要 油田注汽鍋爐主要以原油或天然氣為主要燃料，在運行過程中耗油（氣）量較大，加大對油田注汽鍋爐的節能降耗措施的應用有利于提高油田開發的經濟效益十分重要。本文分析了油田注汽鍋爐的基本原理，并提出了油田注汽鍋爐節能降耗的配套措施。

關鍵詞 油田 注汽鍋爐 節能降耗 措施探討

中圖分類號：TH612 文獻標識碼：A

1注汽鍋爐原理及應用

重力泄油的理論最初的概念是基于注水采鹽的原理，即注入的淡水將鹽層中的固體鹽溶解，濃度大的鹽溶液由于其密度大而向下流動，而密度小的水溶液浮在上面，這樣可以通過不斷地在鹽層的上部注水，而鹽層的下部源源不斷地將高濃度的鹽溶液采出。高濃度的鹽溶液向下流動的動力就是水與含鹽溶液的密度差，將這一原理用于注汽熱采過程中就產生了重力泄油概念。蒸汽輔助重力泄油開采超稠油油藏的基本原理是：在水平生產井的上部連續注入大量的高干度蒸汽，使得地層中形成蒸汽腔，蒸汽腔的邊緣加溫原油，同時蒸汽冷凝成水，與原油依靠重力流入水平生產井，并被大排量采出。蒸汽腔不斷緩慢擴展，并不斷加溫原油，從而形成連續的生產過程，直到蒸汽腔擴展到油層頂界和水平井控制邊界。

2注汽鍋爐熱效率影響因素分析

注汽鍋爐是利用燃料燃燒放出的熱量來加熱爐水產生蒸汽的。但是送入鍋爐內的燃料不可能完全燃燒，并且燃燒所放出的熱量也不可能全部都有效地用于產生蒸汽或熱水，其中必然有一部分熱量損失掉了，這部分損失掉的熱量叫鍋爐的熱損失。通過提高熱效率是實現節能降耗的主要手段。

影響鍋爐熱損失主要有五項：排煙熱損失（Q2）、化學不完全燃燒熱損失（Q3）、機械不完全燃燒熱損失（Q4）、散熱損失（Q5）、灰渣物理熱損失（Q6）。

3油田注汽鍋爐節能降耗措施

3.1優化燃料結構改燃油為燃氣

對原有注汽鍋爐進行系統結構改造，改燃油為燃氣。注汽鍋爐使用不同燃料的能源消耗情況。采用燃氣裝置后，可大大提高鍋爐爐膛燃燒溫度，而且安全性能和自動化技術程度高、運行成本低、維修方便、易操作。最大優點是采用燃氣方式后，燃料不完全燃燒幾乎可以忽略，無污水排放，煙氣排放量相對燃油降低幅度可達25%。

3.2優化燃燒方式采用富氧燃燒

提高燃料的燃燒效率通常需要考慮兩個方面因素，要有適當過量的空氣及燃料與空氣要充分混合，富氧燃燒技術即是利用高氧含量空氣做助燃劑提高燃燒效率的。主要特點為：

（1）燃燒速率加快，火焰溫度、強度提高，優化了傳熱效果。富氧助燃火焰強度增加，燃燒劇烈，不僅增強傳熱，而且使燃燒更為完全，消除黑煙產生，同時減少了污染物排放；

（2）降低燃點的溫度：燃料的燃點不是一個常數，例如一氧化碳在空氣中燃點為609℃，氧濃度為100%時則為388℃；

（3）低空氣系數，減少燃燒后的煙氣量：普通空氣作為助燃劑，使得占79%的N2不僅不能助燃，而且還帶走了燃燒產生的大部分熱量，降低了熱效率，而氧濃度為27%與普通空氣比較，煙氣體積減少了20%，促進了熱效率的提高；

（4）提高氧濃度、空氣消耗減少：氧分布更加廣泛，因此缺氧“盲區”很少存在，促進了燃料的充分燃燒、合理燃燒。目前國內油田行業富氧制取方法最常用的是膜法富氧技術。不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時，氧氣和氮氣的透過速度不同，氧氣透過膜的速度要比氮氣快2～5倍，這樣就可在單位時間內得到更多的氧，而氮的含量降低。隨著膜法富氧技術的發展，富氧技術日趨成熟，效益的提高及在生產中的廣泛應用，成本逐漸降低，推廣也更加廣泛可行。

3.3采用新型燃燒器

國內注汽鍋爐主要引進國外燃燒器，基本上使用北美燃燒器，其結構緊湊，成本低，便于管理與使用。采用壓力式蒸汽霧化燃燒。目前北美燃燒器已不能適應超稠油的性質，燃燒不完全，污染環境，熱效率大幅降低。由此，采用轉杯式霧化的扎克燃燒器被廣泛引進應用在稠油熱采的注汽鍋爐上。其霧化效果好，燃燒充分，熱效率高，對環境污染小等。

3.4強化燃油霧化

為減少油田注汽鍋爐燃料消耗，現引進莫爾節能技術。莫爾節能技術是采用莫爾液為催化劑，經過高度霧化與燃料氣體混合，在其金屬化合物有效催化下，燃料小顆粒間隙增大、變得松散，而且能增大燃料與助燃劑的接觸面積、提高燃料活性、促進燃料完全燃燒。在促進燃料完全燃燒同時可有效減少積碳和結焦化物的生成、增加鍋爐排管傳熱系數，實現鍋爐熱效率提高和燃料單耗的降低。在達到最佳工況下工作，鍋爐注汽的單耗值隨使用時間呈逐漸下降趨勢，最大降幅6%。NOx排放指標下降幅度較大，均為20%以上，其他如SO2含量亦有不同程度降低。在實際測試中，平均節能熱效率可提高4%～5%。燃油鍋爐單耗上，由實驗數據測得鍋爐單耗可由61.40kg/m3降低為59.69kg/m3，達到了2.78%的節能率，按照3372.92t/（臺·a），計算可有93.77t/a，每臺年節約成本28萬元以上。當前我國正在大力發展高效能源利用模式，能夠達到節能環保要求，并能提高經濟效益。

3.5調整鍋爐的燃料空氣比，確定合理的過量空氣系數

通過調節配風裝置，利用煙氣分析儀確定最佳過量空氣系數，使燃料充分燃燒，同時還要做好爐墻煙道的密封，防止漏風增大過量空氣系數，導致熱損失增加。

3.6優化對流段結構，定期清灰

注汽鍋爐產能大，損耗比較嚴重，經過一定使用年限后，鍋爐必然會出現各方面的老化問題：鍋爐內表面物質性狀發生改變、對流段存在積灰，導致鍋爐注汽參數不穩定、可控性下降，而且不能達到保溫要求，不能保證內部輻射傳熱、對流傳熱的高效運行，最終降低了鍋爐熱效率。對鍋爐內部結構適當修復，提高內部對流換熱和熱輻射能力，減少透過鍋爐導熱引起的熱損失，可大大提高鍋爐熱效率。采用對流翅片管清洗除灰即是改變鍋爐對流段受熱面的結構，從而提高熱效率的。

4結束語

目前油田注汽鍋爐使用燃料由燃油轉向燃氣，燃燒方式由常規燃燒方式轉向富氧燃燒，燃燒器依據燃油性質進行改變，取得了良好的節能降耗效果，此外，正在采取降低散熱損失和降低排煙熱損失，進而提高鍋爐熱效率等方面的措施。這些措施有的需要同時使用，有的進行節能改造，通過配套措施有效實現節能降耗。

參考文獻

[1] 劉超等.提高注汽鍋爐系統效率技術研究[J].技術與市場，2011，18（01）.

[2] 衣懷峰等.稠油熱采注汽鍋爐煙氣控制節能技術研究[J].石油石化節能，2011（02）.