蒸汽鍋爐排煙溫度高的問題分析及處理

許海東，秦斌，馬建營，鐘柯(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

稠油是一種復雜的、多組分的有機混合物，主要由烷烴、芳烴、膠質和瀝青組成。稠油中一般含硫、氧、氮等雜質，有的還含有一些稀有金屬，如鎳(Ni)和釩(V)，這對煉制提出特殊要求。 稠油中瀝青、膠質含量高，輕質餾分很少，隨著膠質與瀝青含量增高，稠油的密度、黏度也增加，高黏度、高密度是稠油的主要特征，這也是區別與普通輕質原油的主要指標。稠油開采過程中需要通過蒸汽將油層中的原油進行加熱，來降低稠油的黏度，達到增加稠油在油層中流動性的目的。而蒸汽的獲取需要通過鍋爐中液(氣)體燃料的燃燒，也就是將燃料的化學能通過燃燒的方式轉變成熱能，來達到使鍋爐水沸騰產出水蒸氣的目的。而調整鍋爐的燃燒負荷來使產生的蒸汽具有相應的溫度、壓力和干度，使其滿足注入地層的要求。鍋爐就是把燃料的化學能轉變成蒸汽的熱能的設備，鍋爐要實現燃料的燃燒過程和熱量的傳遞過程，基本結構包含兩個，一是鍋，也就是水變成蒸汽的裝置，二是爐，也就是燃料燃燒的裝置。某熱采平臺采用的鍋爐型號為YZG18-18.1-D，表示油田注汽鍋爐蒸發量每小時18 t，額定蒸汽壓力18.1 MPa，使用油氣雙燃料[1]。

鍋爐的組成主要由輻射段、對流段、過渡段、燃料油換熱器和鍋爐系統。鍋爐系統主要包括燃料油的空氣霧化和蒸汽霧化系統、純油燃燒系統、燃氣燃燒系統、柴油燃燒系統、混燒系統、自控系統和取樣冷卻系統。而鍋爐系統也稱作鍋爐輔助設備，它是保證鍋爐正常運行的必要條件，也是必需設備[2]。

1 蒸汽鍋爐出現排煙溫度高的問題分析

某熱采平臺飽和蒸汽鍋爐B爐出現排煙溫度持續高的現象，其排煙溫度達到高報值300 ℃，而鍋爐排煙溫度高高320 ℃，會造成鍋爐停爐。因此就無法保證鍋爐的蒸汽干度與蒸汽溫度，從而對注熱造成影響。排煙溫度主要用于監測鍋爐煙氣的數值，而鍋爐的煙氣是通過換熱的方式在對流段起到加熱鍋爐給水，從而節省鍋爐燃料達到提高鍋爐熱效率的作用。對流段主要都是盤管盤踞在鍋爐的煙道里，使其更好地換熱，充當鍋爐的輔助受熱面的作用，其吸熱量約占總吸收熱量的40%左右。而鍋爐的排煙溫度高，說明其熱效率下降，吸收熱量不足，導致其升高。一月份、二月份、三月份鍋爐使用情況分別如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 一月份鍋爐使用情況登記表

圖2 二月份鍋爐使用情況登記表

圖3 三月份鍋爐使用情況登記表

通過鍋爐使用情況登記表，可以得出兩臺鍋爐在三個月份內的利用率(如圖4所示)。

圖4 一、二、三月份鍋爐使用率

根據鍋爐使用率，可以得出鍋爐B爐在三個月份內使用率較高。某平臺鍋爐燃燒燃料為燃料油、天然氣、柴油。燃料油就是通過平臺原油處理系統所得溫度較高、含水較少的原油。油田注汽鍋爐燃料為重油，油品必須去除雜質和水分。而根據工況，某平臺在鍋爐運行過程中主要采用燃料油作為主燃料。由于燃燒主要燃料為燃料油，燃料油在燃燒之后會產生雜質，在日常運行過程中會堆積在鍋爐對流段管線上，而鍋爐B爐處于長時間運行狀態，造成鍋爐對流段管線積灰嚴重，換熱效率降低。鍋爐內燃料燃燒產生的煙氣是對鍋爐水加熱的重要途徑之一。利用鍋爐燃料燃燒產生煙氣的余熱對鍋爐水進行加熱。燃燒產生的煙氣無法充分與對流段中鍋爐水進行換熱，繼而造成排煙溫度高。對流段管線積灰情況如圖5所示。

圖5 對流段管線積灰情況

根據導熱的計算公式：

式中：Q為導熱速率(W)；A為導熱面積(m2)；為溫度梯度(K/m)；λ為比例系數，稱為導熱系數(w/m·K)；

可以得出，鍋爐對流段積灰嚴重，會造成管壁厚度Δδ增加，根據公式可以得出導熱速率Q與管壁厚度Δδ成反比關系，從而導熱速率Q下降，鍋爐煙氣換熱效率下降，鍋爐煙氣得不到充分的換熱，使排煙溫度升高。

2 處理措施及依據

通過鍋爐90天運行排煙溫度的數據記錄表作分析，如表1所示。根據運行情況分析，鍋爐在運行兩個月之后，鍋爐煙氣溫度有明顯上升趨勢，達到鍋爐煙氣溫度高報的臨界值。所以在鍋爐運行兩個月之后，應對鍋爐對流段進行整體管線吹灰，從而防止排煙溫度過高，對注熱造成影響。對流段管線吹灰之后情況如圖6所示。根據導熱公式，我們可以得出影響排煙溫度的因素，從而可以采取一些在線措施對鍋爐排煙溫度進行降溫，避免鍋爐因排煙溫度過熱而造成停爐。

圖6 對流段管線吹灰之后情況

表1 鍋爐運行排煙溫度記錄表

(1)將鍋爐對流段入口水管線的旁通進行打開，通過旁通可以增大對流段入口水的水量，達到使對流段入口水溫降低的目的。從而使排煙溫度與水溫之間的溫度差Δt增加。根據公式導熱速率Q與溫差Δt成正比關系，所以導熱速率Q增加，提高了換熱效率，達到降低煙溫的效果。

(2)將鍋爐水的排量增大，也就是提高鍋爐水供給泵的頻率，使其在單位時間內通過的水量體積增加，從而可以達到變向的增加導熱面積A的效果。根據公式導熱速率Q與導熱面積A成正比關系，所以隨著導熱面積A的增大，而導熱速率Q必然增大。提高了換熱效率，達到降低煙溫的效果。

(3)對鍋爐進行在線吹灰，通過空氣對鍋爐對流段的積灰進行在線吹掃，使對流段管段的管壁與煙氣接觸的厚度降低，即降低管壁厚度Δδ。根據公式導熱速率Q與管壁厚度Δδ成反比關系，管壁厚度Δδ越小則導熱速率Q越大，提高了換熱效率，達到降低煙溫的效果。

除以上措施之外，還可以利用鍋爐的風門開度，將鍋爐的風門開度降低，使煙氣在對流段停留的時間增加，使其可以充分換熱，換熱效果增加，從而達到降低排煙溫度的效果；或者降低鍋爐的燃燒負荷，使其燃燒產水的總熱值下降，從而使排煙溫度降低。但通過鍋爐燃燒負荷調整的話，會導致鍋爐燃燒的蒸汽干度以及蒸汽溫度下降，無法保證注入地層的蒸汽質量，對注熱效果產生不良影響，不建議采用。干度是表示蒸汽質量的一個重要指標，對稠油開采效果影響較大。由于飽和水是逐漸變成干飽和蒸汽的，所以鍋爐的受熱面內是水和蒸汽的汽水混合物，有水混在一起的蒸汽為濕蒸汽，每公斤濕蒸汽(汽水混合物)中干蒸汽的含量(重量含量)稱為干度，在一定壓力下，干度越高，其對原油的加熱能力越強。

3 結語

鍋爐排煙溫度高主要說明對流段爐管積灰嚴重，爐管吸熱性能下降，鍋爐熱損失增加，熱效率降低，增加了鍋爐的耗能。從而在鍋爐運行的過程中要及時通過在線吹灰、風門開度等手段調節鍋爐的排煙溫度，可以更好地提高鍋爐的換熱效率、達到節約能源的目的。在日常操作維護過程中，要及時對鍋爐對流段爐管進行在線吹灰，及時緩解鍋爐排煙溫度上高的程度。在鍋爐使用兩個月左右停運的時候，要對鍋爐對流段爐管進行開蓋整體吹灰，保持爐管熱效率。蒸汽鍋爐排煙溫度的變化直接影響著鍋爐的排煙熱損失，成正比關系。如果排煙溫度升高，蒸汽鍋爐排煙熱損失也會增加。在正常情況下，如果能夠降低蒸汽鍋爐排煙溫度15 ℃到20 ℃，則能夠降低1%的排煙熱損失。不過，如果排煙溫度過低，達到了燃料煙氣露點溫度以下，可能會造成尾部受熱面結灰堵塞的情況，導致尾部受熱面腐蝕。因此在溫度控制中也要加以注意。