提高濕蒸汽發(fā)生器燃油熱效率

顧永強(qiáng) 李建軍（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠）

提高濕蒸汽發(fā)生器燃油熱效率

顧永強(qiáng) 李建軍（中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司孤東采油廠）

油田注汽鍋爐（亦稱濕蒸汽發(fā)生器）是以原油為主要燃料，將燃油燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給進(jìn)入爐管中的高壓軟化水，使?fàn)t管內(nèi)的低溫水成為設(shè)計(jì)溫度的飽和蒸汽，并進(jìn)入外輸注汽干線中。通過對孤東采油廠注汽鍋爐熱效率的測試和分析，針對影響熱效率的因素，采取相應(yīng)的技術(shù)和管理措施，有效地降低了噸汽耗油量，提高了鍋爐熱效率。

注汽鍋爐 燃油 熱效率

目前，勝利油田孤東采油廠有12座注汽站，擁有各類注汽鍋爐14臺，擔(dān)負(fù)著九區(qū)西塊、K D 521斷塊、K D 53斷塊、K D 92斷塊、新灘油田K D 18斷塊以及零星稠油井的注汽任務(wù)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，在平均注汽干度70%的情況下，平均噸汽耗油量達(dá)68 k g，比勝利石油管理局下發(fā)的濕蒸汽發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)（Q/SL0128-88）中規(guī)定的65 k g高3k g，平均熱效率只有84.5%，造成注汽成本偏高。如何以最少的噸汽耗油量產(chǎn)出高質(zhì)量的蒸汽，降低注汽鍋爐噸汽耗油量，提高燃油熱效率和熱采設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，成為亟待解決的課題。

1 影響注汽鍋爐燃油效率的因素分析

1.1 注汽鍋爐制汽及燃燒原理

注汽鍋爐是以原油為主要燃料，通過熱輻射方式，將燃油燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給進(jìn)入爐管中的高壓軟化水，使?fàn)t管內(nèi)的低溫水成為設(shè)計(jì)溫度的飽和蒸汽，并進(jìn)入外輸注汽干線中（圖1）。

1.2 注汽鍋爐熱效率測試、計(jì)算方法

通過儀表直接測定鍋爐的有效利用熱量和每千克燃料實(shí)際帶入鍋爐的熱量，可以計(jì)算出鍋爐的熱效率[1]。即：

式中：

Qr——每千克燃料實(shí)際帶入鍋爐的熱量，k J/k g；

Q——鍋爐有效利用熱量，k J/k g；

D——鍋爐蒸發(fā)量，k g/h；

h′——鍋爐工作在絕對壓力下飽和水的焓，k J/k g；

γ——鍋爐工作在絕對壓力下的汽化潛熱，k J/k g；

X——蒸汽干度，%；

hgs——鍋爐給水焓，k J/k g；

B——鍋爐每小時(shí)耗油量，t；

QD——燃油的低位發(fā)熱量，k J/k g。

2010年5—6月鍋爐熱效率測試表明，在平均注汽干度70%的情況下，孤東采油廠平均鍋爐熱效率為84.5%，而投產(chǎn)較早的鍋爐熱效率偏低，新投產(chǎn)的鍋爐熱效率也沒有達(dá)到設(shè)備說明書中的要求，與管理局標(biāo)準(zhǔn)的86%有一定差距。

1.3 影響燃油效率原因分析

1.3.1 排煙溫度高、過量空氣系數(shù)大

根據(jù)熱平衡理論，計(jì)算排煙熱損失的公式[2]為：

由上式推導(dǎo)出：

當(dāng)α、Tk一定（假設(shè)α=1.2，Tk=293K），則

當(dāng)T排一定（T排=473 K、Tk=293 K），則

式中：

q排——排煙熱損失，%；

T排——排煙溫度，K；

Tk——環(huán)境空氣溫度，K；

α——過量空氣系數(shù)，即燃燒1 k g燃料所實(shí)際供給的空氣質(zhì)量與完全燃燒1 k g燃料所需的理論空氣質(zhì)量的比值。

由公式（3）、公式（4）作出排煙損失與排煙溫度、過量空氣系數(shù)的關(guān)系，如圖2、圖3所示。

q排與T排成線性關(guān)系，當(dāng)T排提高，排煙熱損失增大，一般T排每升高12~15℃，q排上升1%；當(dāng)α增大時(shí)，排煙損失增大，且α與q排成線性關(guān)系。

由以上分析可知，要降低排煙損失，就必須控制T排、α。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行規(guī)范要求，α推薦值為1.2。

技術(shù)人員用南京產(chǎn)9003鍋爐熱效率測定儀對兩臺鍋爐排煙溫度、α等進(jìn)行了測試，測試結(jié)果詳見表1。

表1 排煙溫度、過量空氣系數(shù)對熱效率影響調(diào)查表

從鍋爐現(xiàn)場測試結(jié)果中可以看出，鍋爐排煙溫度高、α大，則鍋爐熱效率偏低，證實(shí)兩項(xiàng)因素對熱效率影響大。

1.3.2 霧化參數(shù)不匹配

霧化參數(shù)包括油壓、油溫、霧化壓力。在濕蒸汽發(fā)生器說明書中3個(gè)參數(shù)規(guī)定的范圍（油溫90~110℃，油壓0.5~0.56 MPa，霧化壓力0.3~0.55 MPa）內(nèi)選取了兩組參數(shù)（兩套方案）進(jìn)行現(xiàn)場測試（表2）。

由表2可知，以上3項(xiàng)霧化參數(shù)組合對熱效率影響很大。技術(shù)人員分析認(rèn)為，排煙溫度高、過量空氣系數(shù)大、霧化參數(shù)不匹配是使熱效率降低，進(jìn)而導(dǎo)致噸汽耗油高的主要因素。

表2 霧化壓力對熱效率影響調(diào)查表

2 提高注汽鍋爐燃油熱效率的措施

2.1 降低排煙溫度的措施

1）當(dāng)排煙溫度高于250℃時(shí)，強(qiáng)制停爐清灰，每臺鍋爐每注1井次清灰1次。清灰時(shí)采用大排量泵沖洗，確保清灰徹底，提高熱能利用率。

2）在101#鍋爐安裝投產(chǎn)1臺給水預(yù)熱器，對給水進(jìn)行預(yù)熱，給水平均水溫升高20℃，排煙溫度由原來的260℃降低到180℃。

3）定期更換對流段腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重的翅片管，提高熱能利用率。

通過采取上述技術(shù)和管理措施，測試表明熱效率提高1.2%左右。

2.2 運(yùn)用正交試驗(yàn)，確定合理的過量空氣系數(shù)

影響過量空氣系數(shù)的參數(shù)有3個(gè)：風(fēng)門開度、油閥開度、燃油壓力[3]。這3個(gè)參數(shù)相互制約、相互影響。為此，運(yùn)用正交試驗(yàn)，找出3個(gè)參數(shù)的最佳配合，以達(dá)到確定合理的過量空氣系數(shù)來降低排煙容積，從而達(dá)到降低排煙熱損失的目的。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際制定了因素位級表（表3）。

表3 正交試驗(yàn)位級表

選擇三因素四位級的L16（42）正交表在101#上進(jìn)行試驗(yàn)，找出最佳參數(shù)配合（表4）。

從試驗(yàn)結(jié)果可得出結(jié)論，第七組（A 2、B3、C4）參數(shù)配合即風(fēng)門開度72%、油壓0.68MPa、油閥開度7.4是最佳配合，在這種情況下鍋爐熱效率為86.2%，且燃燒火焰形狀良好。從試驗(yàn)中看出風(fēng)門開度極差最大，說明風(fēng)門開度對霧化情況影響最大。因此，在運(yùn)行管理中，尤其要注意調(diào)整風(fēng)門開度，以確保鍋爐高效運(yùn)行。

2010年7月在102#鍋爐上進(jìn)行類似的試驗(yàn)，同樣取得了較好的效果。經(jīng)過實(shí)施，取得了較明顯的效果，鍋爐平均熱效率提高1.6%。

表4 L16（42）正交試驗(yàn)結(jié)果

2.3 應(yīng)用優(yōu)選法確定霧化參數(shù)組合

技術(shù)人員應(yīng)用優(yōu)選法確定三項(xiàng)參數(shù)。現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)表明，霧化參數(shù)匹配良好，則燃燒火焰好，燃燒充分，鍋爐煙氣中CO（一氧化碳）的含量少，熱效率高；反之參數(shù)不匹配，燃料燃燒不充分，煙氣中CO含量高，熱效率低。這樣，可以通過測定煙氣中的CO量來確定鍋爐的霧化參數(shù)。由于已確定了合適的油壓，因此只要確定合理的油溫和霧化壓力兩項(xiàng)參數(shù)。

2.3.1 確定合理油溫

通過現(xiàn)場測試，當(dāng)油壓和霧化壓力保持不變時(shí)，測出了燃油溫度與煙氣中的CO含量的關(guān)系（圖4）。

當(dāng)油溫達(dá)到110℃時(shí)，曲線的曲率在此明顯減小趨向平穩(wěn)，即當(dāng)油溫達(dá)到110℃以上時(shí)，煙氣中的CO含量已無明顯變化，若再繼續(xù)升溫，將造成不必要的能量浪費(fèi)，因此，合理的油溫確定為110℃。

2.3.2 確定合理霧化壓力

保持油溫在110℃，油壓為0.68MPa（正交試驗(yàn)中已確定）不變，測出了霧化壓力與煙氣中的CO含量關(guān)系（圖5）。

當(dāng)霧化壓力達(dá)到0.35 MPa時(shí),曲線的曲率在此明顯減小趨向平穩(wěn)，即當(dāng)霧化壓力達(dá)到0.35 MPa時(shí)，壓力再升高，煙氣中的CO含量已無明顯變化，霧化壓力過高，會影響燃燒火焰形狀，同時(shí)造成能量浪費(fèi)，故合理的霧化壓力為0.35MPa。

2010年8月在H 107上進(jìn)行的試驗(yàn)取得了類似的結(jié)果。上述三項(xiàng)參數(shù)確定后，將三項(xiàng)指標(biāo)合理值作為操作要點(diǎn)下達(dá)給值班人員，編寫出濕蒸汽發(fā)生器操作規(guī)程并嚴(yán)格執(zhí)行。

確定霧化參數(shù)并嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程后，2010年9月對2臺鍋爐煙氣中CO的含量進(jìn)行了測量，并測取了熱效率，熱效率平均提高2.65%，達(dá)到87.1%（表5），取得了很好的效果。

表5 措施實(shí)施前后熱效率測試對比

2.4 現(xiàn)場推廣

經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)試驗(yàn)，對優(yōu)化的各項(xiàng)參數(shù)確定以后，2011年1月，在全廠14臺鍋爐上推廣應(yīng)用。推廣過程未增加任何費(fèi)用。經(jīng)測試，在平均注汽干度70%的情況下，噸汽耗油量64.2k g，平均熱效率86.68%，取得了很好的效果。到2011年12月底，注汽鍋爐燃油熱效率由原來的84.5%提高到86.68%，提高2.18%。

截至2011年12月底，全廠共注汽25.8×104t，節(jié)省燃油382.8t，每噸燃油按3000元計(jì)算，創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益114.8萬元。

3 結(jié)論

1）通過強(qiáng)制停爐清灰，安裝給水預(yù)熱器，定期更換對流段腐蝕、結(jié)垢嚴(yán)重的翅片管可有效降低排煙溫度，從而提高燒油熱效率。

2）通過優(yōu)化風(fēng)門開度、油閥開度、燃油壓力，可確定合理的過量空氣系數(shù)，從而提高燒油熱效率。

3）應(yīng)用優(yōu)選法確定合理油溫、霧化壓力、油壓，從而確定合理的霧化參數(shù)組合可有效提高熱效率。

4）注汽鍋爐上述調(diào)整技術(shù)和管理措施可應(yīng)用到類似鍋爐中，具有很好的推廣價(jià)值。

[1]沈芳平,周克毅,胥建群,等;鍋爐效率計(jì)算模型的分析與比較[J].鍋爐技術(shù),2004(1):45-48.

[2]孔令波,馬延軍,李德軍,等.提高油田注汽鍋爐熱效率的新措施[J].油氣田地面工程：2002（4）：38-39.

[3]任國利,王思玉,范新霞.提高油田注汽鍋爐熱效率的措施[J].新疆石油科技,2001（4）:28-31.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.011

顧永強(qiáng)，1986年畢業(yè)于華東石油學(xué)院，采油工程專業(yè)，高級工程師，從事三次采油現(xiàn)場技術(shù)管理工作，E-mail：gdgyq001@sina.com，地址：山東省東營市仙河鎮(zhèn)文明一區(qū)，257237。

2011-12-28）