湿蒸汽发生器注汽效率分析及提高措施
[摘要] 通过对油田注汽锅炉热效率的测试和分析,针对影响热效率的因素,研究和应用了“烟气余热回收;FHC、HTEE节能涂料应用;烟气过剩自控;干度自控;水质硬度在线监控”等配套技术,有效回收了一部分热量,改善了燃烧工况,提高了锅炉热效率。
[关键词]注汽锅炉热效率分析配套技术组合应用
全站目前共运行注汽锅炉2台(SF-52.8/17.2-YQ型湿蒸汽发生器),担负着C20地区内110余口稠油热采井的注汽任务,锅炉设计效率为80%,而实际效率只有70%左右,因此解决锅炉现有问题、提高锅炉热效率配套技术,是稠油开采过程中降低开采成本的重要挖潜措施和节能途径。
一、注汽锅炉热损失的构成
高压锅炉热损失主要有三项:排烟热损失,炉体散热损失,气体未完全燃烧热损失。
据相关测试数据显示:排烟热损失占总热损失的85%-90.5%,炉体散热损失占总热损失的3%-4.5%,燃烧热损失占总热损失的0.5%-5%。
热损失大致比例情况如图所示:
二、影响锅炉热效率的因素
1、烟气温度对锅炉热效率的影响
烟气温度升高则热损失量也上升,一般排烟温度每升高12-15℃,锅炉热效率就降低约1%。
2、烟气过剩空气系数对锅炉热效率的影响
锅炉过剩空气系数增加,锅炉热效率下降。
锅炉烟气含氧量每提高一个百分点,锅炉热效率约降低0.6-0.8个百分点。
因此锅炉在日常运行时应在保证锅炉安全运行的前提下,尽可能的降低锅炉烟气的氧含量。
3、燃料对锅炉热效率的影响
燃料中的灰分不发热,并存留一部分在换热管上对锅炉换热产生一定影响,清除换热器热管上的灰垢对提高锅炉热效率、降低排烟温度和炉体表面温度具有良好的效果,可提高热效率0.3%。
目前,各注汽站高压注汽锅炉经长时间的启运,都存在不同程度的积灰与结渣,因此,必须保证定期清灰,减少锅炉不必要的热损失。
4、水垢对锅炉热效率的影响
水垢是黏附在炉管上的一层白色硬皮。
有水垢存在会使炉管传热效率下降,而使排烟温度增高,降低锅炉热效率,增加燃料消耗。
硬垢导热性很差,会导致受热面传热情况恶化,从而浪费燃料或电力,如果水垢胶结于锅炉内壁,会由于热胀冷缩和受力不均,极大的增加热水器和锅炉爆裂甚至爆炸的危险性,并严重降低热效率。
据资料表明,在炉内壁上产生1mm厚的水垢,降低热效率约2%。
5、炉体散热对锅炉热效率的影响
锅炉散热损失的大小主要受炉体保温性能、环境温度、锅炉的密封性(对流段、辐射段也存在一些漏风处)的差异因素的影响,同时与锅炉使用年限、处理大小有关。
通常辐射段筒体、前墙、过渡段下部、对流段上温度较低,在60-80℃左右,这一部分面积约占锅炉表面积的80%。
炉墙、管道、钢架和其他附件等的表面温度均较周围空气温度为高,在80-100℃左右,面积约占锅炉表面积的20%。
6、蒸汽干度与锅炉效率的关系
在锅炉水量及排烟含氧量基本不变的前提下,通过调节锅炉火量及配风,试验得知。
蒸汽干度每提高5%,注汽单耗约增加4%,排烟温度升高10-20℃,锅炉热效率降低0.7%。
三、整改效果
为了做好对效果的检验,首先应确立试验过程中的注汽参数。
每次注汽锅炉启运后,必须使注汽参数在相同的条件下:注汽干度为60%;运行时间误差为96h;烟气中CO含量为8%～13%;烟气中CO2含量为小于0.8%。
自使用烟气余热利用装置后,在注汽过程中进行了现场试验,经过同样的运行时间,检验其运行效果,并打开对流段侧板检查清灰情况,检查燃料原油的消耗量。
(1)清灰情况。
应用该技术前,注汽锅炉每运行400h左右,则对流段的积灰可以达0.8mm;而应用该装置后,在注汽锅炉运行到396h后,检查积灰情况,发现此时对流段的积灰厚度只有约0.3mm,当注汽锅炉运行到l058h,检查积灰,灰尘总厚度才约0.8mm,见不到片状物附在炉管,即降低了对流段积灰厚度;排烟温度也由平均249.3℃降至220℃。
由措施实施前后排烟温度变化曲线也可以看出排烟温度的上升趋势驱于缓慢,从而使清灰周期延长,冲对流段的次数也明显减少。
以前,锅炉积灰严重,每月必须停炉三天进行人工除灰,除燃料及热能的浪费外,还严重影响了生产和锅炉的出力。
这样既减轻了工人的劳动强度,又节约了劳动时间,同时也减轻了对流段保温棉的损坏程度,延长了锅炉的使用寿命。
应用前后温度变化对比图如下所示:
排烟温度变化曲线图
(2)、通过实施对炉体外部保温、在辐射段进行远红外喷吐等措施来降低炉体表面散热损失,炉体表面散热损失大大减少。
假设炉体外部环境温度为25℃,炉体表面积F为250M2,对流换热系数α=20W/m2℃,炉体表面温度由98℃降为65℃,温差Δt为33℃,这样可以求得,炉体表面每小时少损失的热量为:Q=αFΔt=5.94*105KJ。
炉体表面散热损失由 2.9%下降至0.5%,减少了1.4个百分点。
四、提高锅炉热效率应用技术研究
针对出现的这些问题,我们提出了以下几种方案,以此提高锅炉热效率。
1. 高温辐射涂料在湿蒸汽发生器上的应用研究
(1) FHC-AB型高温辐射涂料应用。
FHC-AB型高温辐射涂料涂在炉管上,吸热率比未涂时提高5%-10%,排烟温度下降了15℃,炉体表面温度下降了6-15℃。
(2) HTEE-E型红外线辐射涂料应用。
该涂料涂刷在炉膛内衬表面上,热量经锅炉内壁的反射力将增大2倍,排烟温度下降20℃,锅炉外壁温度下降23℃。
2. 水处理硬度在线监控技术
水质硬度在线监控可解决固定式控制方式存在的弊端。
该技术能在线实时监控水质硬度达到0.25×10-6,避免失效的水进入锅炉产生水垢,影响热效率。
同时节水率达11%,降低了职工的劳动强度。
3. 烟气余热回收装置技术应用
降低排烟温度、回收烟气余热,是提高锅炉热效率的主要方向。
据相关资料显示:克拉玛依油田从1996年开始研究实验余热回收装置,在前期研究上,2001年开始试验热管换热器。
热管低温腐蚀较弱,提高了换热器的使用寿命。
采用热管换热器回收烟气余热,烟温下降40-70℃。
4. 锅炉烟气过剩空气量监控技术的应用
过剩氧量控制技术是应用氧化锆测量烟道气中的氧含量,用氧含量信号控制燃料量或空气量的比例,使烟道气中氧含量由0-9%控制到了燃烧最佳状态1%-3%。
平均可减少过剩氧量3%,燃烧率提高1%-3%。
5. 锅炉对流段翅片管硬垢清理技术应用
硬垢是锅炉、燃气过程中灰烬、烟垢及其他杂志在高温高压环境下充填于翅片凹槽内的物质,它会影响翅片管换热效率,应用“化学剂+高压水射流”工艺,解决
翅片管凹槽内硬垢难除问题。
试验结果表明,灰垢除尽率达到95%,排烟温度下降40-68℃。
6. 蒸汽干度在线监控技术应用
应用电导率测给水和蒸汽电导率方法控制给水变频器和阀门定位器,实现自动调节水量和燃料量,达到自动控制干度的目的。
实验表明,该技术突破了以往干度控制技术只监不控的问题,实现了水、火自动双向调节,解决了因燃料量波动或蒸汽压力波动引起的干度波动问题,控制了干度,提高了热效率。
7. “提高注汽锅炉热效率”配套技术组合应用
通过对不同技术组合研究和实验表明,将“红外涂料+氧自控+换热器”技术组合到一台锅炉上应用热效率最高为6%,这与预计的结果基本相同,但是,配套技术的叠加并不是效率的叠加,研究认为,有效技术组合热效率可提高4.2%。
五、结论
“提高注汽锅炉热效率配套技术研究及应用”对提高生产效率、降低生产成本具有很现实的意义,该研究成果表明:
(1) 硬度监控技术的应用,保证了软化水质硬度达到0.25×10-6以下,有效地控制了水垢对热效率和锅炉寿命的影响;
(2) 加强炉管清灰(垢)。
在常规吹灰的基础上,每2-3年对换热管进行一次化学清垢,可提高热效率1.3%;
(3) 烟气过剩空气在线自控装置的应用,可保证锅炉烟气过剩系数控制在1.05%-1.2%之间,可提高热效率1%左右;
(4) FHC节能涂料和HTEE节能涂料应用,改善了锅炉燃烧工况,减缓了炉管积灰速度,见底了锅炉散热损失,提高热效率2.2%左右;
(5) 余热换热装置的应用,降低锅炉排烟温度40-75℃,提高锅炉给水温度10℃,提高热效率1.4%左右;
(6) 蒸汽干度自动监控技术的应用,使蒸汽质量达到了标准,保证了锅炉安全运行,将锅炉蒸汽干度控制在所要的指标范围内运行,提高了热效率;
(7) 各项配套技术组合应用后可提高热效率4%以上,具有显著的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 黄焕春发电厂热力设备北京:水利电力出版社,1985
[2] 武占油田注汽锅炉乌鲁木齐:新疆大学出版社,1997。