提高湿蒸汽发生器燃油热效率

顾永强 李建军（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司孤东采油厂）

提高湿蒸汽发生器燃油热效率

顾永强 李建军（中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司孤东采油厂）

油田注汽锅炉（亦称湿蒸汽发生器）是以原油为主要燃料，将燃油燃烧产生的热量传递给进入炉管中的高压软化水，使炉管内的低温水成为设计温度的饱和蒸汽，并进入外输注汽干线中。通过对孤东采油厂注汽锅炉热效率的测试和分析，针对影响热效率的因素，采取相应的技术和管理措施，有效地降低了吨汽耗油量，提高了锅炉热效率。

注汽锅炉 燃油 热效率

目前，胜利油田孤东采油厂有12座注汽站，拥有各类注汽锅炉14台，担负着九区西块、K D 521断块、K D 53断块、K D 92断块、新滩油田K D 18断块以及零星稠油井的注汽任务。经过统计，在平均注汽干度70%的情况下，平均吨汽耗油量达68 k g，比胜利石油管理局下发的湿蒸汽发生器标准（Q/SL0128-88）中规定的65 k g高3k g，平均热效率只有84.5%，造成注汽成本偏高。如何以最少的吨汽耗油量产出高质量的蒸汽，降低注汽锅炉吨汽耗油量，提高燃油热效率和热采设备运行的经济性，成为亟待解决的课题。

1 影响注汽锅炉燃油效率的因素分析

1.1 注汽锅炉制汽及燃烧原理

注汽锅炉是以原油为主要燃料，通过热辐射方式，将燃油燃烧产生的热量传递给进入炉管中的高压软化水，使炉管内的低温水成为设计温度的饱和蒸汽，并进入外输注汽干线中（图1）。

1.2 注汽锅炉热效率测试、计算方法

通过仪表直接测定锅炉的有效利用热量和每千克燃料实际带入锅炉的热量，可以计算出锅炉的热效率[1]。即：

式中：

Qr——每千克燃料实际带入锅炉的热量，k J/k g；

Q——锅炉有效利用热量，k J/k g；

D——锅炉蒸发量，k g/h；

h′——锅炉工作在绝对压力下饱和水的焓，k J/k g；

γ——锅炉工作在绝对压力下的汽化潜热，k J/k g；

X——蒸汽干度，%；

hgs——锅炉给水焓，k J/k g；

B——锅炉每小时耗油量，t；

QD——燃油的低位发热量，k J/k g。

2010年5—6月锅炉热效率测试表明，在平均注汽干度70%的情况下，孤东采油厂平均锅炉热效率为84.5%，而投产较早的锅炉热效率偏低，新投产的锅炉热效率也没有达到设备说明书中的要求，与管理局标准的86%有一定差距。

1.3 影响燃油效率原因分析

1.3.1 排烟温度高、过量空气系数大

根据热平衡理论，计算排烟热损失的公式[2]为：

由上式推导出：

当α、Tk一定（假设α=1.2，Tk=293K），则

当T排一定（T排=473 K、Tk=293 K），则

式中：

q排——排烟热损失，%；

T排——排烟温度，K；

Tk——环境空气温度，K；

α——过量空气系数，即燃烧1 k g燃料所实际供给的空气质量与完全燃烧1 k g燃料所需的理论空气质量的比值。

由公式（3）、公式（4）作出排烟损失与排烟温度、过量空气系数的关系，如图2、图3所示。

q排与T排成线性关系，当T排提高，排烟热损失增大，一般T排每升高12~15℃，q排上升1%；当α增大时，排烟损失增大，且α与q排成线性关系。

由以上分析可知，要降低排烟损失，就必须控制T排、α。根据设备运行规范要求，α推荐值为1.2。

技术人员用南京产9003锅炉热效率测定仪对两台锅炉排烟温度、α等进行了测试，测试结果详见表1。

表1 排烟温度、过量空气系数对热效率影响调查表

从锅炉现场测试结果中可以看出，锅炉排烟温度高、α大，则锅炉热效率偏低，证实两项因素对热效率影响大。

1.3.2 雾化参数不匹配

雾化参数包括油压、油温、雾化压力。在湿蒸汽发生器说明书中3个参数规定的范围（油温90~110℃，油压0.5~0.56 MPa，雾化压力0.3~0.55 MPa）内选取了两组参数（两套方案）进行现场测试（表2）。

由表2可知，以上3项雾化参数组合对热效率影响很大。技术人员分析认为，排烟温度高、过量空气系数大、雾化参数不匹配是使热效率降低，进而导致吨汽耗油高的主要因素。

表2 雾化压力对热效率影响调查表

2 提高注汽锅炉燃油热效率的措施

2.1 降低排烟温度的措施

1）当排烟温度高于250℃时，强制停炉清灰，每台锅炉每注1井次清灰1次。清灰时采用大排量泵冲洗，确保清灰彻底，提高热能利用率。

2）在101#锅炉安装投产1台给水预热器，对给水进行预热，给水平均水温升高20℃，排烟温度由原来的260℃降低到180℃。

3）定期更换对流段腐蚀、结垢严重的翅片管，提高热能利用率。

通过采取上述技术和管理措施，测试表明热效率提高1.2%左右。

2.2 运用正交试验，确定合理的过量空气系数

影响过量空气系数的参数有3个：风门开度、油阀开度、燃油压力[3]。这3个参数相互制约、相互影响。为此，运用正交试验，找出3个参数的最佳配合，以达到确定合理的过量空气系数来降低排烟容积，从而达到降低排烟热损失的目的。根据现场实际制定了因素位级表（表3）。

表3 正交试验位级表

选择三因素四位级的L16（42）正交表在101#上进行试验，找出最佳参数配合（表4）。

从试验结果可得出结论，第七组（A 2、B3、C4）参数配合即风门开度72%、油压0.68MPa、油阀开度7.4是最佳配合，在这种情况下锅炉热效率为86.2%，且燃烧火焰形状良好。从试验中看出风门开度极差最大，说明风门开度对雾化情况影响最大。因此，在运行管理中，尤其要注意调整风门开度，以确保锅炉高效运行。

2010年7月在102#锅炉上进行类似的试验，同样取得了较好的效果。经过实施，取得了较明显的效果，锅炉平均热效率提高1.6%。

表4 L16（42）正交试验结果

2.3 应用优选法确定雾化参数组合

技术人员应用优选法确定三项参数。现场经验表明，雾化参数匹配良好，则燃烧火焰好，燃烧充分，锅炉烟气中CO（一氧化碳）的含量少，热效率高；反之参数不匹配，燃料燃烧不充分，烟气中CO含量高，热效率低。这样，可以通过测定烟气中的CO量来确定锅炉的雾化参数。由于已确定了合适的油压，因此只要确定合理的油温和雾化压力两项参数。

2.3.1 确定合理油温

通过现场测试，当油压和雾化压力保持不变时，测出了燃油温度与烟气中的CO含量的关系（图4）。

当油温达到110℃时，曲线的曲率在此明显减小趋向平稳，即当油温达到110℃以上时，烟气中的CO含量已无明显变化，若再继续升温，将造成不必要的能量浪费，因此，合理的油温确定为110℃。

2.3.2 确定合理雾化压力

保持油温在110℃，油压为0.68MPa（正交试验中已确定）不变，测出了雾化压力与烟气中的CO含量关系（图5）。

当雾化压力达到0.35 MPa时,曲线的曲率在此明显减小趋向平稳，即当雾化压力达到0.35 MPa时，压力再升高，烟气中的CO含量已无明显变化，雾化压力过高，会影响燃烧火焰形状，同时造成能量浪费，故合理的雾化压力为0.35MPa。

2010年8月在H 107上进行的试验取得了类似的结果。上述三项参数确定后，将三项指标合理值作为操作要点下达给值班人员，编写出湿蒸汽发生器操作规程并严格执行。

确定雾化参数并严格执行操作规程后，2010年9月对2台锅炉烟气中CO的含量进行了测量，并测取了热效率，热效率平均提高2.65%，达到87.1%（表5），取得了很好的效果。

表5 措施实施前后热效率测试对比

2.4 现场推广

经过现场反复试验，对优化的各项参数确定以后，2011年1月，在全厂14台锅炉上推广应用。推广过程未增加任何费用。经测试，在平均注汽干度70%的情况下，吨汽耗油量64.2k g，平均热效率86.68%，取得了很好的效果。到2011年12月底，注汽锅炉燃油热效率由原来的84.5%提高到86.68%，提高2.18%。

截至2011年12月底，全厂共注汽25.8×104t，节省燃油382.8t，每吨燃油按3000元计算，创直接经济效益114.8万元。

3 结论

1）通过强制停炉清灰，安装给水预热器，定期更换对流段腐蚀、结垢严重的翅片管可有效降低排烟温度，从而提高烧油热效率。

2）通过优化风门开度、油阀开度、燃油压力，可确定合理的过量空气系数，从而提高烧油热效率。

3）应用优选法确定合理油温、雾化压力、油压，从而确定合理的雾化参数组合可有效提高热效率。

4）注汽锅炉上述调整技术和管理措施可应用到类似锅炉中，具有很好的推广价值。

[1]沈芳平,周克毅,胥建群,等;锅炉效率计算模型的分析与比较[J].锅炉技术,2004(1):45-48.

[2]孔令波,马延军,李德军,等.提高油田注汽锅炉热效率的新措施[J].油气田地面工程：2002（4）：38-39.

[3]任国利,王思玉,范新霞.提高油田注汽锅炉热效率的措施[J].新疆石油科技,2001（4）:28-31.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.011

顾永强，1986年毕业于华东石油学院，采油工程专业，高级工程师，从事三次采油现场技术管理工作，E-mail：gdgyq001@sina.com，地址：山东省东营市仙河镇文明一区，257237。

2011-12-28）