油田注汽锅炉节能降耗措施探讨

2018-06-06 09:30:08 科教导刊·电子版 2018年6期

陈斌

摘 要 油田注汽锅炉主要以原油或天然气为主要燃料,在运行过程中耗油(气)量较大,加大对油田注汽锅炉的节能降耗措施的应用有利于提高油田开发的经济效益十分重要。本文分析了油田注汽锅炉的基本原理,并提出了油田注汽锅炉节能降耗的配套措施。

关键词 油田 注汽锅炉 节能降耗 措施探讨

中图分类号:TH612 文献标识码:A

1注汽锅炉原理及应用

重力泄油的理论最初的概念是基于注水采盐的原理,即注入的淡水将盐层中的固体盐溶解,浓度大的盐溶液由于其密度大而向下流动,而密度小的水溶液浮在上面,这样可以通过不断地在盐层的上部注水,而盐层的下部源源不断地将高浓度的盐溶液采出。高浓度的盐溶液向下流动的动力就是水与含盐溶液的密度差,将这一原理用于注汽热采过程中就产生了重力泄油概念。蒸汽辅助重力泄油开采超稠油油藏的基本原理是:在水平生产井的上部连续注入大量的高干度蒸汽,使得地层中形成蒸汽腔,蒸汽腔的边缘加温原油,同时蒸汽冷凝成水,与原油依靠重力流入水平生产井,并被大排量采出。蒸汽腔不断缓慢扩展,并不断加温原油,从而形成连续的生产过程,直到蒸汽腔扩展到油层顶界和水平井控制边界。

2注汽锅炉热效率影响因素分析

注汽锅炉是利用燃料燃烧放出的热量来加热炉水产生蒸汽的。但是送入锅炉内的燃料不可能完全燃烧,并且燃烧所放出的热量也不可能全部都有效地用于产生蒸汽或热水,其中必然有一部分热量损失掉了,这部分损失掉的热量叫锅炉的热损失。通过提高热效率是实现节能降耗的主要手段。

影响锅炉热损失主要有五项:排烟热损失(Q2)、化学不完全燃烧热损失(Q3)、机械不完全燃烧热损失(Q4)、散热损失(Q5)、灰渣物理热损失(Q6)。

3油田注汽锅炉节能降耗措施

3.1优化燃料结构改燃油为燃气

对原有注汽锅炉进行系统结构改造,改燃油为燃气。注汽锅炉使用不同燃料的能源消耗情况。采用燃气装置后,可大大提高锅炉炉膛燃烧温度,而且安全性能和自动化技术程度高、运行成本低、维修方便、易操作。最大优点是采用燃气方式后,燃料不完全燃烧几乎可以忽略,无污水排放,烟气排放量相对燃油降低幅度可达25%。

3.2优化燃烧方式采用富氧燃烧

提高燃料的燃烧效率通常需要考虑两个方面因素,要有适当过量的空气及燃料与空气要充分混合,富氧燃烧技术即是利用高氧含量空气做助燃剂提高燃烧效率的。主要特点为:

(1)燃烧速率加快,火焰温度、强度提高,优化了传热效果。富氧助燃火焰强度增加,燃烧剧烈,不仅增强传热,而且使燃烧更为完全,消除黑烟产生,同时减少了污染物排放;

(2)降低燃点的温度:燃料的燃点不是一个常数,例如一氧化碳在空气中燃点为609℃,氧浓度为100%时则为388℃;

(3)低空气系数,减少燃烧后的烟气量:普通空气作为助燃剂,使得占79%的N2不仅不能助燃,而且还带走了燃烧产生的大部分热量,降低了热效率,而氧浓度为27%与普通空气比较,烟气体积减少了20%,促进了热效率的提高;

(4)提高氧浓度、空气消耗减少:氧分布更加广泛,因此缺氧“盲区”很少存在,促進了燃料的充分燃烧、合理燃烧。目前国内油田行业富氧制取方法最常用的是膜法富氧技术。不同粒径分子的混合物在通过半透膜时,氧气和氮气的透过速度不同,氧气透过膜的速度要比氮气快2~5倍,这样就可在单位时间内得到更多的氧,而氮的含量降低。随着膜法富氧技术的发展,富氧技术日趋成熟,效益的提高及在生产中的广泛应用,成本逐渐降低,推广也更加广泛可行。

3.3采用新型燃烧器

国内注汽锅炉主要引进国外燃烧器,基本上使用北美燃烧器,其结构紧凑,成本低,便于管理与使用。采用压力式蒸汽雾化燃烧。目前北美燃烧器已不能适应超稠油的性质,燃烧不完全,污染环境,热效率大幅降低。由此,采用转杯式雾化的扎克燃烧器被广泛引进应用在稠油热采的注汽锅炉上。其雾化效果好,燃烧充分,热效率高,对环境污染小等。

3.4强化燃油雾化

为减少油田注汽锅炉燃料消耗,现引进莫尔节能技术。莫尔节能技术是采用莫尔液为催化剂,经过高度雾化与燃料气体混合,在其金属化合物有效催化下,燃料小颗粒间隙增大、变得松散,而且能增大燃料与助燃剂的接触面积、提高燃料活性、促进燃料完全燃烧。在促进燃料完全燃烧同时可有效减少积碳和结焦化物的生成、增加锅炉排管传热系数,实现锅炉热效率提高和燃料单耗的降低。在达到最佳工况下工作,锅炉注汽的单耗值随使用时间呈逐渐下降趋势,最大降幅6%。NOx排放指标下降幅度较大,均为20%以上,其他如SO2含量亦有不同程度降低。在实际测试中,平均节能热效率可提高4%~5%。燃油锅炉单耗上,由实验数据测得锅炉单耗可由61.40kg/m3降低为59.69kg/m3,达到了2.78%的节能率,按照3372.92t/(台·a),计算可有93.77t/a,每台年节约成本28万元以上。当前我国正在大力发展高效能源利用模式,能够达到节能环保要求,并能提高经济效益。

3.5调整锅炉的燃料空气比,确定合理的过量空气系数

通过调节配风装置,利用烟气分析仪确定最佳过量空气系数,使燃料充分燃烧,同时还要做好炉墙烟道的密封,防止漏风增大过量空气系数,导致热损失增加。

3.6优化对流段结构,定期清灰

注汽锅炉产能大,损耗比较严重,经过一定使用年限后,锅炉必然会出现各方面的老化问题:锅炉内表面物质性状发生改变、对流段存在积灰,导致锅炉注汽参数不稳定、可控性下降,而且不能达到保温要求,不能保证内部辐射传热、对流传热的高效运行,最终降低了锅炉热效率。对锅炉内部结构适当修复,提高内部对流换热和热辐射能力,减少透过锅炉导热引起的热损失,可大大提高锅炉热效率。采用对流翅片管清洗除灰即是改变锅炉对流段受热面的结构,从而提高热效率的。

4结束语

目前油田注汽锅炉使用燃料由燃油转向燃气,燃烧方式由常规燃烧方式转向富氧燃烧,燃烧器依据燃油性质进行改变,取得了良好的节能降耗效果,此外,正在采取降低散热损失和降低排烟热损失,进而提高锅炉热效率等方面的措施。这些措施有的需要同时使用,有的进行节能改造,通过配套措施有效实现节能降耗。

参考文献

[1] 刘超等.提高注汽锅炉系统效率技术研究[J].技术与市场,2011,18(01).

[2] 衣怀峰等.稠油热采注汽锅炉烟气控制节能技术研究[J].石油石化节能,2011(02).