注汽鍋爐運行中熱損失分析與節能降耗措施

盧婷婷

摘要：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，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。本文對注汽鍋爐燃料及熱損失進行了分析，對注汽鍋爐運行中熱損失和能耗特點進行了分析，并對注汽鍋爐節能降耗的措施進行了探討。

關鍵詞：注汽鍋爐;節能技術;特點;降耗對策

0???? 引言

稠油也稱重油，勝利油田稠油產量占其原油總產量比重持續增加。在稠油的開采過程中，為了降低原油的粘度，增大其流動性，需要往地下注入一定量的高溫高壓蒸汽，而提供蒸汽的設備就是注汽鍋爐。注汽鍋爐的主蒸汽溫度、排煙溫度、主蒸汽壓力及管壁溫度、爐膛溫度都比較高，是稠油開采過程中主要的耗能設備，因此加強注汽鍋爐節能技術的應用是提升稠油開發效益的必由之路。

1???? 注汽鍋爐運行中熱損失分析

1.1? 燃料分析

以原油為燃料時燃料損耗大，從稠油操作成本構成分析，燃料費約占30～40%。燃油的主要缺點是導致爐管特別是對流段積灰腐蝕嚴重，爐管積灰腐蝕主要有兩方面危害：首先，積灰嚴重阻礙煙氣沖刷翅片管，降低傳熱效果，制約注汽鍋爐本身的熱效率;其次，增加鍋爐的維護成本，需定期清灰吹灰和更換爐管，否則注汽鍋爐運行的安全性和熱效率都無法保障。

1.2? 注汽鍋爐熱損失分析

注汽鍋爐的熱損失主要包括排煙熱損失、機械不完全燃燒損失、化學不完全燃燒損失和鍋爐向外環境散熱損失，其熱損失占鍋爐總損失的80%。注汽鍋爐設計排煙溫度燃氣時≤180℃，燃油≤240℃，在現階段的實際生產過程中，鍋爐的排煙溫度無法達到這個要求，導致排煙熱損失超出設計要求，更多的燃料發熱量被排放大氣中，造成能源的浪費和大氣的污染。

2???? 注汽鍋爐的能耗特點分析

2.1? 鍋爐的排煙損失

注汽鍋爐的排煙溫度較高，當注汽鍋爐采用原油作為燃料時，排煙溫度通常設計為≤240℃;當采用天然氣作為燃料時，排煙溫度通常設計為≤180℃。高溫煙氣帶走了鍋爐燃燒產生的很大一部分熱量，不僅造成了排煙熱損失，而且也污染了周圍的環境。據統計，在油田的注汽鍋爐中，排煙熱損失占鍋爐熱損失總量的一半以上。排煙熱損失量的大小主要受排煙溫度和排煙體積的影響，要想減輕排煙熱損失，就必須想辦法降低排煙溫度和減少排煙的體積。

2.2? 燃料的未完全燃燒熱損失

鍋爐中的燃料未完全燃燒熱損失主要包括化學未完全燃燒熱損失和機械未完全燃燒熱損失。其中化學未完全燃燒熱損失是指燃料燃燒后排出的煙氣中含有未燃盡的氣體而造成的;機械未完全燃燒熱損失是指鍋爐排出的灰渣中含有一定量的碳等可燃物而造成的。由于在注汽鍋爐中通常采用原油或天然氣作為燃料，因此機械未完全燃燒熱損失可以忽略不計，認為注汽鍋爐中只存在化學未完全燃燒熱損失。化學未完全燃燒熱損失主要是由于燃料特性、過量空氣系數大小及爐膛結構造成的。燃料的揮發性越高、過量空氣系數越小、爐膛的容積越小，則鍋爐的化學未完全燃燒熱損失越大。

2.3? 鍋爐的散熱損失

在注汽鍋爐的運行過程中，鍋爐的本體及熱力管道的溫度要高于周圍環境的溫度，尤其是在我國的東北地區，在冬季環境的溫度很低，這使得鍋爐及熱力管道與周圍環境間存在較大的溫差，鍋爐的熱量會以對流和輻射的形式散失到周圍環境中去，造成鍋爐的散熱損失。

3???? 注汽鍋爐節能降耗措施及效果

3.1? 降低排煙溫度，充分利用煙氣余熱

由于鍋爐的排煙損失是注汽鍋爐的主要熱損失，因此降低排煙溫度及充分利用煙氣的余熱是做好注汽鍋爐節能工作的關鍵所在，要做好這項工作可以采用以下幾點措施。

一是采用復合相變換熱技術利用注汽鍋爐的排煙對復合相變換熱裝置中的水進行加熱，使水變成水蒸氣;然后再利用水蒸氣來加熱注汽鍋爐的給水。這在提高鍋爐給水溫度的同時也降低了排煙的溫度，提高了鍋爐的熱效率。二是合理布置鍋爐的對流段，通過合理布置鍋爐的對流段，使煙氣流經尾部煙道，直接利用煙氣的余熱來加熱鍋爐給水和用來助燃的空氣，這樣煙氣的熱量可以有很大一部分被回收利用，在一定程度上提高鍋爐的熱效率。三是優化注汽鍋爐燃料結構，通過優化注汽鍋爐的燃料結構，使用天然氣代替原油或發展油氣混燃技術，有效地提高注汽鍋爐的熱效率。

3.2? 采用高溫紅外輻射涂料技術

當注汽鍋爐內的溫度超過650℃時，輻射段內的傳熱形式以輻射為主，因此如果能提高輻射段表面的輻射率，則可以使爐膛的吸熱量大大增加。當在注汽鍋爐的輻射段表面涂上紅外輻射涂料以后，可以使鍋爐輻射段陶纖表面的輻射率由0.45提高到0.9以上，即輻射率提高了一倍以上，在此情況下爐體的吸熱量明顯增加，溫度有明顯提高。由于在此種涂料中含有一定含量的強輻射材料，其在高溫下有能產生穿透力強的紅外波的能力，從而使得被加熱的水分子產生能級躍進，同時達到均勻受熱、提高溫度、節約能源的目的。

3.3? 積極引進濕蒸汽干度在線監控系統

在注汽鍋爐普通的控制系統下，由于有熱慣性的存在，當監測到蒸汽的干度發生變化以后，鍋爐的運行人員很難精確地對其進行調整，通常是根據積累的一些經驗進行調整，這使得蒸汽的干度波動較大，造成了注汽鍋爐燃料的消耗量過大。當引進濕蒸汽干度在線監控系統以后，可以實現濕蒸汽的在線測量過程與PLC自動控制的完美結合。在線監控系統對濕蒸汽干度的測量誤差可控制在3%左右，而對蒸汽干度調整時的干度波動范圍可以控制在2%-4%之內，使提供給稠油開采過程中的蒸汽質量大大提高。為了對燃料消耗量、給水量和給水溫度進行精確控制，需要在鍋爐上安裝一系列的流量計和變送器，最大限度地避免燃料的浪費，使注汽鍋爐的熱效率得到提高。

3.4? 注汽鍋爐應用中需注意的問題

（1）?? 在注汽鍋爐運行時，爐內火焰溫度隨著負荷的增減而升降。但是，爐內輻射換熱量的變化與燃料量的變化并不成正比。根據實驗證明，鍋爐從半負荷增加到額定負荷時，爐內換熱量的增加不超過50%～80%，并不是成倍增加。總而言之，爐內換熱量的變化率小于負荷的變化率。因此，為保證出口干度不變，在運行時火量要比水量調節得大一些。

（2）?? 燃燒方面，由于要求使用較少供油，且爐內燃油在低負荷配風時火焰的周界風相對減弱，易導致壓降低造成霧化不良。此時很可能會造成燃燒器旋口結焦，遮擋了周界風風口，使火焰偏斜甚至飄至爐管上。因此，低負荷時要特別注意觀察火焰形狀，調整火焰位置，改進配風，經常清焦，以避免火焰方向偏斜上竄。

（3）?? 輻射段承受的熱負荷較高，根據資料顯示約占總熱負荷的82%，而爐管內又是汽、水兩相流動，因此當設備負荷減小至一定數值或在運行中突遇停電時，爐管就很有可能出現傳熱惡化現象，導致爐管因超溫而損壞。

3.5? 開發新工藝清除積灰積垢

注汽鍋爐爐管特別是對流段翅片管部分積灰，不僅阻礙煙氣流通，而且影響工質與煙氣的對流換熱，使煙氣溫度明顯升高。傳統除灰方式是通過一定壓力空氣或水來沖刷爐管表面，只能清除表面酥松的積灰，無法清除累積已久的煙垢，所以，必須探究有效的化學藥劑清洗沖刷翅片管，在不腐蝕爐管材質的前提下將灰垢徹底清除。

4???? 結束語

注汽鍋爐是油田稠油開發的主要耗能設備之一，由于其應用廣泛、數量眾多，因此對燃料的消耗量比較大，但同時也是節能潛力最大的設備。積極采用先進技術對油田注汽鍋爐進行改造，不僅能夠提高注汽鍋爐的熱效率，而且也能夠在很大程度上改善所生產蒸汽的質量，有利于油田生產的順利進行。

參考文獻：

[1]?? 文鳳余.油田注汽鍋爐節能技術[J].中國設備工程，2011，11：47-48.

[2]?? 方云.稠油熱采注汽鍋爐節能降耗技術[J]油氣田地面工程，2008，3：68-69.