稠油注汽工程中提高锅炉系统热效率的措施研究

陈允国

摘 要：胜利油田稠油资源非常丰富，目前其开采方式主要以注入蒸汽的方法为主。但是在稠油热采过程中，注蒸汽系统的各个环节中，能量損失是无法避免的，只是程度会有所不同。尤其是在注汽锅炉热效率应用方面，热效率的高低直接影响着生产效益。因此，对注汽锅炉系统热效率进行可用能分析，找出造成热效率能量损失的主要原因，并采取相应措施进行节能技术改造，对油田节能降耗、降低成本具有重要意义。

关键词：注汽工程；锅炉系统；热效率；有效措施

1 锅炉热效率的定义

注汽锅炉热效率指的是锅炉有效利用热量与燃料输入热量的比值。通常采用正平衡的方法按照公式：

通过直接测定锅炉的有效利用热量，每小时耗燃料量及燃料的低位发热量就计算出锅炉的热效率。

在现场录取相关参数后，利用录取的流量（kg/h）、注汽压力（MPa）、干度（%）、给水温度（℃）、燃料消耗量（kg/h），查表得到饱和水焓（kJ/kg）、气化潜热（kJ/kg）、给水焓（kJ/kg）、低位蒸发值（kJ/kg），从而计算得到有效热量（kJ）和燃料输入热量（kJ），最终算得锅炉热效率。

2 影响注汽锅炉热效率因素分析

由正平衡法计算锅炉热效率可知，锅炉各项热损失中影响锅炉热效率的因数主要有：燃油压力、温度、雾化压力、对流段入口温度、排烟温度、过剩空气系数（现场一般采用烟气分析仪检测烟气含氧量测算）、锅炉保温、锅炉蒸发量、受热面的积灰积垢情况等，因锅炉保温和受热面的积灰积垢情况在日常运行中难以用巡检方式记录具体数值，暂不做分析，只分析巡检中能直接观察记录调整的参数。

通过使用对以上录取的数据进行分析和优化，以期获得最优运行参数和最高热效率。通过JMP软件，从对流段入口温度、烟气含氧量、锅炉流量（蒸发量）、燃油温度、燃油压力、雾化压力、以及雾化压力与燃油压力差值对锅炉热效率的影响进行了线性拟合分析，找出各因素影响热效率的趋势。

为确定以上各因子对锅炉热效率提升的重要度，用JMP软件分析对各因子对锅炉热效率的影响综合分析，结果如下：

（1）影响热效率的显著因子为“燃油压力一雾化压力”、烟气含氧量、油温和锅炉流量。

（2）对流段入口温度与流量具有强相关性。

（3）“燃油压力一雾化压力”与流量、燃油温度具有强相关性。

（4）烟气含氧与流量、“燃油压力一雾化压力”、热效率具有强相关性。

根据综合分析结果，确定针对性的过程参数调整和优化方案。

3 锅炉运行参数优化调整措施

注汽锅炉参数调整和优化是个互相影响、相互制约的过程，根据以上分析，确定优化流程如下：

（1）锅炉运行期间，在注汽井压力允许和施工方案设计要求下，应尽可能提高锅炉排量；

（2）对流段入口水温在烟气露点（90℃）左右，为保证不发生对流段低温腐蚀，控制在烟气露点温度以上5-10℃，即95-100℃。

（3）油温应保持在85-90℃，燃油压力应保持在O.48MPa左右，雾化压力与燃油压力差值应在O.01一O.015MPa间，应同时观察火焰形状、颜色确定。

（4）烟气含氧量应保持在3—3.5%，应同时观察火焰形状、颜色和排烟温度变化确定。

（5）确定好以上参数后，锅炉燃烧系数最佳配合的调整主要是指燃油温度、燃油压力和雾化压力最佳配合配合调整。这三个参数是影响锅炉燃烧火焰形状、长度、温度等燃烧情况的最主要的三个参数，它们的配合调整与过剩空气系数的调整同步进行。燃烧情况的评价根据以下几个方面：火焰形状、长度、颜色等；排烟温度上升幅度的快慢；烟气中02的含量，从而确定三个参数的最佳配合值，并调整好阀件使其稳定在要求的最佳值上。

按以上分析，对测试的注汽锅炉在负荷不变的情况下进行了调节，所采用的方法是保持燃料量不变，调节风机挡板使过量空气系数降低。用反平衡测试看：通过调节过量空气系数，排烟温度均有下降，热效率均有不同程度的提高。

通过以上开展提高注汽锅炉热效率影响因素分析和运行参数优化，提高了注汽锅炉热效率。并且优化后注汽锅炉运行工况更加合理，锅炉结焦明显减轻，锅炉检维修劳动工作量大幅降低。

4 认识与结论

（1）以往根据工作经验及其他设备效率测试情况，认为锅炉热效率高值应在负荷的80%左右的区间。但通过本次试验和分析，对锅炉的负荷率有了全新的认识，在方案设计和注汽压力等条件允许的情况下，应尽量提高锅炉流量，一方面缩短注汽周期，更重要的是提高了锅炉热效率。

（2）对对流段入口温度参数优化有了新的认识。在实际生产中，对流段入口温度越高，越容易提高注汽干度，从而造成对流段入口温度越高，锅炉热效率越高的假象。通过实验和分析，认识到适当降低对流段入口温度并保持在烟气露点以上，虽然提高干度的过程可能缓慢一点，但对提高热效率的效果是显著的。

（3）燃油温度、燃油压力、雾化压力等参数的调整、优化，与认识相差不大，但通过分析，认识到燃油压力与雾化压力差值的优化对锅炉热效率的提升具有显著作用。实验和分析数据，很好地指导了锅炉技术管理工作。

（4）在以往的认识中，如果应用的是燃油锅炉，那么其化学不完全燃烧热损失可忽略不计，而在现场实际应用表明，化学不完全燃烧也是影响锅炉热效率的重要因素。因此在提高锅炉热效率的措施优化中可通过合理调整锅炉油温、燃油压力、雾化压力辅以观察火焰形状、颜色等，尽可能减少化学不完全燃烧热损失；检维修期间，必须做好锅炉燃烧器及各阀件等设备维护保养，保证设备的良好性能。

参考文献

[1]王传明.某采油厂超稠油开发中提高注汽锅炉应用效率技术研究与应用[J].中国设备工程.2017，16（5）：116-117.