提高湿蒸汽发生器热效率的措施探讨

摘要：当前，油田注汽锅炉（也称湿蒸汽发生器）的高耗能高成本特点是制约稠油热采高效高产运行的主要原因。因此，要加大对油田注汽锅炉的节能措施的探讨有利于提高油田的经济效益，促进油田的可持续发展。本文在影响湿蒸汽发生器热效率的因素分析的基础上，提出了降低注汽锅炉热损失的措施，对今后进一步提高锅炉热效率，实现降耗增效有一定的指导价值。

关键词：注汽锅炉节能降耗热效率措施探讨

1前言

注汽锅炉又称为湿蒸汽发生器，是油田开采稠油的专用注汽设备。它是利用所生产的高温高压湿蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，从而增加稠油的流动性，能够大幅度地提高稠油的采收率。油田注汽锅炉是以原油为主要燃料，在运行过程中耗油量较大，在稠油的开发中，注汽锅炉常年连续运转，并且注汽锅炉的运营数量也有加大的趋势，因此，加大对油田注汽锅炉的节能措施的探讨有利于提高油田的经济效益，促进油田的可持续发展。

2影响湿蒸汽发生器热效率的因素分析

2.1燃料分析

以原油为燃料时燃料损耗大，从稠油操作成本构成分析，燃料费约占30～40%。燃油的主要缺点是导致炉管特别是对流段积灰腐蚀严重，炉管积灰腐蚀主要有两方面危害：首先，积灰严重阻碍烟气冲刷翅片管，降低传热效果，制约注汽锅炉本身的热效率；其次，增加锅炉的维护成本，需定期清灰吹灰和更换炉管，否则注汽锅炉运行的安全性和热效率都无法保障。

2.2注汽锅炉热损失

分析注汽锅炉的热损失主要包括排烟热损失、机械不完全燃烧损失、化学不完全燃烧损失和锅炉向外环境散热损失，其热损失占锅炉总损失的80%。注汽锅炉设计排烟温度燃气时≤180℃，燃油≤240℃，在现阶段的实际生产过程中，锅炉的排烟温度无法达到这个要求，导致排烟热损失超出设计要求，更多的燃料发热量被排放大气中，造成能源的浪费和大气的污染。

2.2.1锅炉的排烟损失

注汽锅炉的排烟温度较高，当注汽锅炉采用原油作为燃料时，排烟温度通常设计为≤240℃；当采用天然气作为燃料时，排烟温度通常设计为≤180℃。高温烟气带走了锅炉燃烧产生的很大一部分热量，不仅造成了排烟热损失，而且也污染了周围的环境。据统计，在油田的注汽锅炉中，排烟热损失占锅炉热损失总量的一半以上。排烟热损失量的大小主要受排烟温度和排烟体积的影响，要想减轻排烟热损失，就必须想办法降低排烟温度和减少排烟的体积。

2.2.2燃料的未完全燃烧热损失

锅炉中的燃料未完全燃烧热损失主要包括化学未完全燃烧热损失和机械未完全燃烧热损失。其中化学未完全燃烧热损失是指燃料燃烧后排出的烟气中含有未燃尽的气体而造成的；机械未完全燃烧热损失是指锅炉排出的灰渣中含有一定量的碳等可燃物而造成的。由于在注汽锅炉中通常采用原油或天然气作为燃料，因此机械未完全燃烧热损失可以忽略不计，认为注汽锅炉中只存在化学未完全燃烧热损失。化学未完全燃烧热损失主要是由于燃料特性、过量空气系数大小及炉膛结构造成的。燃料的挥发性越高、过量空气系数越小、炉膛的容积越小，则锅炉的化学未完全燃烧热损失越大。

2.2.3锅炉的散热损失

在注汽锅炉的运行过程中，锅炉的本体及热力管道的温度要高于周围环境的温度，尤其是在我国的东北地区，在冬季环境的温度很低，这使得锅炉及热力管道与周围环境间存在较大的温差，锅炉的热量会以对流和辐射的形式散失到周围环境中去，造成锅炉的散热损失。
    3提高湿蒸汽发生器热效率的措施探讨

3.1降低排烟温度，充分利用烟气余热

由于锅炉的排烟损失是注汽锅炉的主要热损失，因此降低排烟温度及充分利用烟气的余热是做好注汽锅炉节能工作的关键所在，要做好这项工作可以采用以下几点措施。

3.1.1采用复合相变换热技术

复合相变换热技术是指，首先利用注汽锅炉的排烟对复合相变换热装置中的水进行加热，使水变成水蒸气；然后再利用水蒸气来加热注汽锅炉的给水。这在提高锅炉给水温度的同时也降低了排烟的温度，提高了锅炉的热效率。在辽河油田的某采油厂采用该技术以后，烟气的排烟温度从220℃下降到了140℃，锅炉的热效率提高了3%，取得了非常好的节能效果。

3.1.2合理布置锅炉的对流段

对流段位于锅炉的尾部烟道里，属于锅炉的辅助受热面。由于排烟的温度较高，因此可以通过合理布置锅炉的对流段，使烟气流经尾部烟道，直接利用烟气的余热来加热锅炉给水和用来助燃的空气，这样烟气的热量可以有很大一部分被回收利用，在一定程度上提高锅炉的热效率。

3.2运用对流段免维护声波除灰技术

运用油田专用注汽锅炉对流段免维护声波除灰技术，达到降低烟气热损失的目的。这套装置主要是以蒸汽为原始动力经过特殊的声波发生转换器，把具有一定强度的声波传入注汽锅炉的对流部位的空间，通过声能量产生力量，把这一区域内的粉尘颗粒和空气分子产生震荡，阻止和破坏粉尘在表面或者粒子之间的结合，促使他们始终处于悬浮流化状态，让烟气或者重力把这些颗粒带走，达到清除灰尘的目的。利用这项技术可以使得锅炉的排烟温度降低10～30摄氏度，热效率提高1-3%。

3.3辐射段表面涂红外辐射涂料

在油田专用注汽锅炉辐射段的表面涂上红外辐射涂料，利用这一技术可以降低注汽锅炉的热损失。因为专用注汽锅炉辐射段的温度达到650℃以上的时候，热传递就以辐射为主，辐射的热传递占到总传递的九成以上，我们如果在膛陶纤表面涂上红外辐射涂料后，在高温条件下，锅炉内膛表面的辐射率就会从没有涂涂料前的0.45上升到0.94，也就是炉膛的辐射率提高一倍以上，辐射率提高一倍就能够节能百分之十。炉膛内表面的热量大幅度增加，再加上这种涂料字高温下辐射率本身就能达到94%，我们根据四次方定律计算，物体表面热辐射能力和绝对温度的四次方成正比，这就使得加热炉体的温度显著提高。因为这种涂料含有很强辐射的材料，所以在高温下辐射出的穿透力很强的红外波能够被加热物体分子产生能量越级，吸收正能量，锅炉均匀受热，达到提高温度的效果和节约能源的目的。当油田专用注汽锅炉炉膛内壁陶纤表面喷涂HTEE-87-2型高温红外辐射涂料后，可提高油田专用注汽锅炉热效率2.5%～7%，平均为4.5%。

3.4改造对流段翅片管和给水预热器

油田专用注汽锅炉的维修改造部分对于流段翅片管和给水预热器，能够提高注汽锅炉的热效率，如果更换一部分翅片管和给水转化器，就会有效的提高油田专用注汽锅炉对流段的热系数，有效降低油田专用注汽锅炉的烟气的温度，提高油田专用注汽锅炉的热效率，达到节能的目的。

3.5利用热管技术回收烟气余热加热锅炉给水

燃油时注汽锅炉平均排烟温度能达到280℃-320℃，燃气时平均排烟温度约为200℃-240℃。注汽锅炉烟气余热在原理上可以用余热伴热燃料油，助燃空气和给水。燃油工艺流程中油侧换热系数较低且流动性差，对伴热介质的温度和品质要求较高，燃油流程架高至对流段高度对供油泵和管线的要求都很高，易造成油压不足和油路凝堵的现象。经过综合分析，用回收热管烟气余热伴热锅炉给水是最优选择。烟气余热预热给水方式工艺简单，投资少见效快，对降低锅炉排烟热损失提高热效率有明显作用。锅炉给水加热后温度约为50-60℃，处于水腐蚀金属最严重的温度段，所以对于热管材质的筛选也尤为重要。

3.6开发新工艺清除积灰积垢

注汽锅炉炉管特别是对流段翅片管部分积灰，不仅阻碍烟气流通，而且影响工质与烟气的对流换热，使烟气温度明显升高。传统除灰方式是通过一定压力空气或水来冲刷炉管表面，只能清除表面酥松的积灰，无法清除累积已久的烟垢，所以，必须探究有效的化学药剂清洗冲刷翅片管，在不腐蚀炉管材质的前提下将灰垢彻底清除。

通过对现场进行监测和分析，对燃油、烟垢做取样分析。针对烟垢的组成和特点，进行化学分析，确定除垢剂的化学性能成份，从而制造研发出有效的除垢试剂。研制除垢剂的关键是如何使附在受热表面上的烟垢在它的作用下变的像积灰一样松脆、易脱落，通过试验，选出理想有效的化学药剂，使其在一定温度或其它条件作用下，与烟垢发生化学反应，最后达到除垢、清垢、防垢的目的。

4结束语

几年来，胜利油田各采油厂不断探索注汽锅炉节能降耗技术，提高注汽锅炉热效率，降低生产成本。在实践中针对不同的锅炉类型，采取了针对性的降耗措施，起到了明显的节能降耗效果，显著降低了吨汽生产成本。
    参考文献

[1]文凤余.油田注汽锅炉节能技术[J].中国设备工程，2011，11：47-48.

[2]方云.稠油热采注汽锅炉节能降耗技术[J]油气田地面工程，2008，3：68-69.