稠油注汽工程中提高鍋爐系統(tǒng)熱效率的措施研究

陳允國(guó)

摘 要：勝利油田稠油資源非常豐富，目前其開采方式主要以注入蒸汽的方法為主。但是在稠油熱采過程中，注蒸汽系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，能量損失是無法避免的，只是程度會(huì)有所不同。尤其是在注汽鍋爐熱效率應(yīng)用方面，熱效率的高低直接影響著生產(chǎn)效益。因此，對(duì)注汽鍋爐系統(tǒng)熱效率進(jìn)行可用能分析，找出造成熱效率能量損失的主要原因，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，對(duì)油田節(jié)能降耗、降低成本具有重要意義。

關(guān)鍵詞：注汽工程；鍋爐系統(tǒng)；熱效率；有效措施

1 鍋爐熱效率的定義

注汽鍋爐熱效率指的是鍋爐有效利用熱量與燃料輸入熱量的比值。通常采用正平衡的方法按照公式：

通過直接測(cè)定鍋爐的有效利用熱量，每小時(shí)耗燃料量及燃料的低位發(fā)熱量就計(jì)算出鍋爐的熱效率。

在現(xiàn)場(chǎng)錄取相關(guān)參數(shù)后，利用錄取的流量（kg/h）、注汽壓力（MPa）、干度（%）、給水溫度（℃）、燃料消耗量（kg/h），查表得到飽和水焓（kJ/kg）、氣化潛熱（kJ/kg）、給水焓（kJ/kg）、低位蒸發(fā)值（kJ/kg），從而計(jì)算得到有效熱量（kJ）和燃料輸入熱量（kJ），最終算得鍋爐熱效率。

2 影響注汽鍋爐熱效率因素分析

由正平衡法計(jì)算鍋爐熱效率可知，鍋爐各項(xiàng)熱損失中影響鍋爐熱效率的因數(shù)主要有：燃油壓力、溫度、霧化壓力、對(duì)流段入口溫度、排煙溫度、過剩空氣系數(shù)（現(xiàn)場(chǎng)一般采用煙氣分析儀檢測(cè)煙氣含氧量測(cè)算）、鍋爐保溫、鍋爐蒸發(fā)量、受熱面的積灰積垢情況等，因鍋爐保溫和受熱面的積灰積垢情況在日常運(yùn)行中難以用巡檢方式記錄具體數(shù)值，暫不做分析，只分析巡檢中能直接觀察記錄調(diào)整的參數(shù)。

通過使用對(duì)以上錄取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，以期獲得最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)和最高熱效率。通過JMP軟件，從對(duì)流段入口溫度、煙氣含氧量、鍋爐流量（蒸發(fā)量）、燃油溫度、燃油壓力、霧化壓力、以及霧化壓力與燃油壓力差值對(duì)鍋爐熱效率的影響進(jìn)行了線性擬合分析，找出各因素影響熱效率的趨勢(shì)。

為確定以上各因子對(duì)鍋爐熱效率提升的重要度，用JMP軟件分析對(duì)各因子對(duì)鍋爐熱效率的影響綜合分析，結(jié)果如下：

（1）影響熱效率的顯著因子為“燃油壓力一霧化壓力”、煙氣含氧量、油溫和鍋爐流量。

（2）對(duì)流段入口溫度與流量具有強(qiáng)相關(guān)性。

（3）“燃油壓力一霧化壓力”與流量、燃油溫度具有強(qiáng)相關(guān)性。

（4）煙氣含氧與流量、“燃油壓力一霧化壓力”、熱效率具有強(qiáng)相關(guān)性。

根據(jù)綜合分析結(jié)果，確定針對(duì)性的過程參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化方案。

3 鍋爐運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)整措施

注汽鍋爐參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化是個(gè)互相影響、相互制約的過程，根據(jù)以上分析，確定優(yōu)化流程如下：

（1）鍋爐運(yùn)行期間，在注汽井壓力允許和施工方案設(shè)計(jì)要求下，應(yīng)盡可能提高鍋爐排量；

（2）對(duì)流段入口水溫在煙氣露點(diǎn)（90℃）左右，為保證不發(fā)生對(duì)流段低溫腐蝕，控制在煙氣露點(diǎn)溫度以上5-10℃，即95-100℃。

（3）油溫應(yīng)保持在85-90℃，燃油壓力應(yīng)保持在O.48MPa左右，霧化壓力與燃油壓力差值應(yīng)在O.01一O.015MPa間，應(yīng)同時(shí)觀察火焰形狀、顏色確定。

（4）煙氣含氧量應(yīng)保持在3—3.5%，應(yīng)同時(shí)觀察火焰形狀、顏色和排煙溫度變化確定。

（5）確定好以上參數(shù)后，鍋爐燃燒系數(shù)最佳配合的調(diào)整主要是指燃油溫度、燃油壓力和霧化壓力最佳配合配合調(diào)整。這三個(gè)參數(shù)是影響鍋爐燃燒火焰形狀、長(zhǎng)度、溫度等燃燒情況的最主要的三個(gè)參數(shù)，它們的配合調(diào)整與過?？諝庀禂?shù)的調(diào)整同步進(jìn)行。燃燒情況的評(píng)價(jià)根據(jù)以下幾個(gè)方面：火焰形狀、長(zhǎng)度、顏色等；排煙溫度上升幅度的快慢；煙氣中02的含量，從而確定三個(gè)參數(shù)的最佳配合值，并調(diào)整好閥件使其穩(wěn)定在要求的最佳值上。

按以上分析，對(duì)測(cè)試的注汽鍋爐在負(fù)荷不變的情況下進(jìn)行了調(diào)節(jié)，所采用的方法是保持燃料量不變，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)擋板使過量空氣系數(shù)降低。用反平衡測(cè)試看：通過調(diào)節(jié)過量空氣系數(shù)，排煙溫度均有下降，熱效率均有不同程度的提高。

通過以上開展提高注汽鍋爐熱效率影響因素分析和運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化，提高了注汽鍋爐熱效率。并且優(yōu)化后注汽鍋爐運(yùn)行工況更加合理，鍋爐結(jié)焦明顯減輕，鍋爐檢維修勞動(dòng)工作量大幅降低。

4 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

（1）以往根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)及其他設(shè)備效率測(cè)試情況，認(rèn)為鍋爐熱效率高值應(yīng)在負(fù)荷的80%左右的區(qū)間。但通過本次試驗(yàn)和分析，對(duì)鍋爐的負(fù)荷率有了全新的認(rèn)識(shí)，在方案設(shè)計(jì)和注汽壓力等條件允許的情況下，應(yīng)盡量提高鍋爐流量，一方面縮短注汽周期，更重要的是提高了鍋爐熱效率。

（2）對(duì)對(duì)流段入口溫度參數(shù)優(yōu)化有了新的認(rèn)識(shí)。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)流段入口溫度越高，越容易提高注汽干度，從而造成對(duì)流段入口溫度越高，鍋爐熱效率越高的假象。通過實(shí)驗(yàn)和分析，認(rèn)識(shí)到適當(dāng)降低對(duì)流段入口溫度并保持在煙氣露點(diǎn)以上，雖然提高干度的過程可能緩慢一點(diǎn)，但對(duì)提高熱效率的效果是顯著的。

（3）燃油溫度、燃油壓力、霧化壓力等參數(shù)的調(diào)整、優(yōu)化，與認(rèn)識(shí)相差不大，但通過分析，認(rèn)識(shí)到燃油壓力與霧化壓力差值的優(yōu)化對(duì)鍋爐熱效率的提升具有顯著作用。實(shí)驗(yàn)和分析數(shù)據(jù)，很好地指導(dǎo)了鍋爐技術(shù)管理工作。

（4）在以往的認(rèn)識(shí)中，如果應(yīng)用的是燃油鍋爐，那么其化學(xué)不完全燃燒熱損失可忽略不計(jì)，而在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，化學(xué)不完全燃燒也是影響鍋爐熱效率的重要因素。因此在提高鍋爐熱效率的措施優(yōu)化中可通過合理調(diào)整鍋爐油溫、燃油壓力、霧化壓力輔以觀察火焰形狀、顏色等，盡可能減少化學(xué)不完全燃燒熱損失；檢維修期間，必須做好鍋爐燃燒器及各閥件等設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，保證設(shè)備的良好性能。

參考文獻(xiàn)

[1]王傳明.某采油廠超稠油開發(fā)中提高注汽鍋爐應(yīng)用效率技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國(guó)設(shè)備工程.2017，16（5）：116-117.