注汽鍋爐提效技術的研究與分析

劉兵

摘要：遼河油田稠油、超稠油產量占總產量的60%，蒸汽吞吐、蒸汽驅及SAGD為稠油、超稠油的主要開采方式。注汽鍋爐作為蒸汽發生設備，也是稠油油田主要的能耗設備，占總能耗的80%以上。提高注汽鍋爐的效率對于降低稠油油田的生產運行成本具有重要意義。

關鍵詞：注汽鍋爐 ?熱效率 ?對流段 ?過渡段

遼河油田稠油、超稠油產量占總產量的60%，蒸汽吞吐、蒸汽驅及SAGD為稠油、超稠油的主要開采方式。遼河油田現有注汽鍋爐300余臺，年注汽量約為2500×104t，年耗天然氣約為16×108m3，注汽系統能耗占總能耗的80%以上。現有注汽鍋爐是按JB/T 10094《工業鍋爐 通用技術條件》設計，設計時熱效率為85%。根據TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規定》標準（及2017年1#修改單）要求，燃用天然氣時鍋爐熱效率不得低于92%，因此需對注汽鍋爐進行提效改造，使其達到標準要求。

遼河油田自2017年開始進行注汽鍋爐提效技術的研究與分析，通過對118臺注汽鍋爐進行檢測，其平均熱效率為87.2%，平均排煙溫度為198.6℃，排煙溫度過高是影響注汽鍋爐熱效率的主要因素，因此，注汽鍋爐提效技術主要為增加鍋爐對流段受熱面積，減少鍋爐排煙熱損失的技術路線，主要包括對流段改造、過渡段改造及煙囪改造。

一、對流段改造技術方案

現有23t/h注汽鍋爐對流段采用“梯形”結構（圖1所示），最大外形尺寸為（長×寬×高）：4132mm×2373mm×3885mm，，總重28.8t。

注汽鍋爐提效改造技術為新建對流段，由兩部分組成（圖2所示），上對流段為冷凝換熱區，下對流段包括下對流換熱區和蒸發區，對流段安裝于過渡段上面，與煙筒連接，兩段之間設置煙氣轉向室。

鍋爐冷凝段（圖3）由低溫防腐蝕翅片管組成，采用水平蛇形管布置形式，采用09CrCuSb耐腐蝕管材。外形尺寸為（長×寬×高）：4312mm×2448mm×2432mm，總重18.0t。

下對流換熱面是由對流段和蒸發段組成，其中蒸發段為光管結構，布置于高溫煙氣區，為3排光管，管束材質為15CrMoG（GB/T 5310），管子之間采用相同材質的彎頭連接。對流段布置于蒸發段上面，為光管+翅片管組成（圖4），采用“方箱形”結構，采用3排光管+8排翅片管，管束材質為20G（GB/T 5310），管子之間采用相同材質的彎頭連接。最大外形尺寸為（長×寬×高）：4312mm×2448mm×2644mm，總重21.4t。

改造前后參數比較見表1：

改造后對流段增加換熱面444.3m2，水阻力增加了0.48MPa，現有鍋爐柱塞泵能夠滿足要求（現有鍋爐汽水阻力2.065MPa，柱塞泵允許壓降2.8MPa），不需要進行改造。煙氣阻力增加了85.8Pa，爐膛壓力不會發生較大的變化，不會影響燃料燃燒和火焰形狀，原有鼓風機可滿足要求，不需要增加平衡通風設備或更換風機。

二、過渡段改造技術方案

現有23t/h注汽鍋爐過渡段（圖4）是起連接作用的一個半圓形煙氣轉向通道，沒有布置受熱面。現場大部分過渡段保溫效果較差，表面腐蝕較大。

注汽鍋爐提效改造技術為更換注汽鍋爐過渡段，并采用氣凝膠復合保溫技術降低外表面溫度，表面溫度滿足TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規定》標準要求。新建過渡段最大外形尺寸為（長×寬×高）：4553mm×2800mm×2465mm，總重3.8t。

三、煙囪改造技術方案

注汽鍋爐提效改造后新建對流段與現有鍋爐對流段煙氣出口尺寸不同，需要新建注汽鍋爐煙囪。改造后煙囪外形尺寸為（長×寬×高）：1000mm×1000mm×1500mm，總重0.6噸。煙囪采用Q235B材質，表面除銹后刷耐熱漆，并涂刷煙囪漆。煙囪預留有煙氣污染物排放檢測口。

通過實施注汽鍋爐提效改造后，可實現注汽鍋爐熱效率由87.2%提升至92%，以23t/h注汽鍋爐為例，注汽單耗65.7m3/t，注汽量12×104t/a，消耗天然氣量788×104m3/a;實施鍋爐提效改造后注汽單耗62.3m3/t，消耗天然氣量748×104m3/a，較改造前減少40×104m3/a，按天然氣價格1.69元/m3計算，年節約燃氣費用68萬元，單臺鍋爐改造費用約150萬元，投資回收期約2.2年。截至2020年底遼河油田共改造自有23臺23t/h注汽鍋爐，投資3195萬元，節氣1045×104m3，經濟效益為1766萬元。未來幾年將根據投資情況每年繼續改造15-20臺注汽鍋爐，通過提高注汽鍋爐熱效率，減少天然氣消耗，降低稠油開采成本，同時減少CO2的排放，助力“雙碳目標”的實現。