胥 锘

（中国石油化工股份有限公司 河南油田分公司 质量技术监督处）

油田注汽锅炉效率计算及节能潜力分析

胥 锘

（中国石油化工股份有限公司 河南油田分公司 质量技术监督处）

针对河南油田注汽锅炉运行热效率已达87%，用传统的热力学第一定律已无节能潜力可挖的问题，运用热力学第二定律对油田注汽锅炉进行了效率计算并对其影响因素进行的分析。测算分析表明，在注汽锅炉运行热效率已达87%时，其效率仅为42%，通过对锅炉效率计算结果分析，找到了提高锅炉运行效率的有效途径。

效率；热效率；注汽锅炉；空气系数

由热力学第二定律可知，其转换为功的最大限度为：

式中，Q1：系统从高温热源吸入的热量（kJ）；

T1：高温热源的热力学温度（K）；

T2：低温热源（常用环境温度）的热力学温度（K）；

ηc：卡诺循环热效率（%）。

我们把周围环境条件下任一形式能量中理论上能够转换为有用功的那部分能量，称为该能量的。

2 注汽锅炉的分析方法

式中，Cf：燃料油的平均比热，kJ/kg（F）；

T：燃料入炉热力学温度，K；

T0：环境温，K。

式中：es：锅炉中每公斤燃料产生蒸汽的热，kJ/kg；

ew：锅炉中相对每公斤燃料给水的热，kJ/kg。

燃烧过程由不可逆损失和燃烧气体冷却两部分组成。在绝热燃烧过程中没有散热损失，燃气所具有的值理论上等于燃烧前燃料和供燃烧用空气所具有的值之和。但实际过程中因有燃烧的不可逆损失的存在，燃烧气体所具有的值要比燃料和燃烧用空气所具有的值小。根据燃烧过程热平衡方程式可得，其绝热燃烧温度为[1]：

式中，Vg：实际烟气容积，m3/kg.（K）；

Cpm：烟气的平均定压容积比热，kJ/Nm3.（K），可近似地取1.549 kJ/m3.（K）。

锅炉的传热热损失主要有锅炉的高温烟气向炉膛传热和散热损失。而从烟气向炉水和蒸汽在有限温差下传热时，所引起的不可逆损失，只有在传热的损失中方能表示出来，即：

河南油田注汽锅炉，燃用的大部分是原油与渣油的混合液体燃料，其他损失为排烟损失和散热损失。因其损失比燃烧损失和锅炉传热损失要小的多，有时可以忽略不计。

2.2 计算实例

通过测算河南油田采油二厂新庄8号注汽站23 t/h锅炉的平均效率为42.01%。由表2可以看出，效率大小主要取决燃料特性、蒸汽品质，它总的反映了由于燃烧过程以及烟气和水蒸气之间的传热所造成的不可逆损失的大小。燃烧过程燃烧的在炉膛中已有一半转化为了。一旦产生，就必须为之寻找出路最终排到环境中去。因此，设法提高锅炉的效率，是节能的一项战略性任务。

表2 河南油田采油二厂新庄8号注汽站23 t/h锅炉效率测算

3 节能潜力分析

表3 23 t/h注汽锅炉绝热燃烧时的燃烧温度与损失

表3 23 t/h注汽锅炉绝热燃烧时的燃烧温度与损失

?

图1 燃烧温度与燃烧损失关系

由表3可以看出：在保证完全燃烧的情况下，降低过剩空气系数减少燃烧损失，在锅炉的运行管理中根据运行负荷调整供风量，即可实现锅炉的经济运行。

实际的加热过程是靠存在的有温度差或温度梯度而发生的传热过程。由公式（8）可以看出，要提高锅炉效率，就必需增大蒸汽的比es和给水的比ew的差，合理调节蒸汽参数，减少在传热中的不可逆损失。

提高蒸汽温度和压力的标志着蒸汽品位的提高，在其他参数不变的情况下，计算结果见表4。

表4 23 t/h注汽锅炉蒸汽压力与传热损失的关系

表4 23 t/h注汽锅炉蒸汽压力与传热损失的关系

由图2可以看出蒸汽压力越高传热损失率越低，当蒸汽压力到21MPa时出现拐点，由此可以看出在9～19MPa时，提高蒸汽压力可以降低传热损失率。

图2 传热损失率与蒸汽压力关系

河南油田的注汽锅炉的蒸汽流量一般在12～20 t/h，在其他参数不变的情况下，蒸汽流量与效率的影响见下图3。

图3 传热损失率与蒸汽流量关系

由图3可以看出，在锅炉实际运行中合理安排注汽井，应尽可能地提高锅炉运行负荷是提高效率的有效手段。

4 结论

2）减少传热损失的主要途径是提高蒸汽参数，即适当提高蒸汽压力、蒸汽流量，在实际运行管理中，主要是合理匹配锅炉蒸汽参数和注汽井的数量。

[2] 宋之平，王加璇.节能原理[M].北京：水利电力出版社，1985：180-188.

Efficiency Calculation and Energy Saving Potential Analysis of Steam Injection Boiler in Oil Field

Xu Nuo

according to the Henan oilfield operation of steam injection boiler thermal efficiency has reached 87%，with the traditional first law of thermodynamics has no such potential problems，the use of the second law of thermodynamics of efficiency of steam injection boiler on the analysis of influencing factors were calculated and.Calculation and analysis show that the thermal efficiency of steam injection boiler in operation has reached 87%，and its efficiency is only 42%，through the analysis of boiler efficiency，find an effective way to improve the operating efficiency of the boiler.

efficiency；thermal efficiency；steam boiler；air coefficient注汽锅炉是稠油热采注汽系统的重要设备，是能源消耗的主要设备，目前河南油田有注汽锅炉32台，燃料消耗能源占油气生产总能耗的46.17%。降低注汽锅炉能耗是稠油生产成本的关键。近年来油田围绕注汽锅炉的节能降耗做的大量的工作，注汽锅炉的平均运行热效率达到了87%，实际效率已高于设计效率2%，用传统的热力学第一定律分析锅炉的节能潜力已经很难找到挖掘潜力的方向了，所以，探讨用热力学第二定律从用热设备的的热完善程度方法分析锅炉的节能潜力是进一步提高注汽锅炉能耗的有效方法之一。

TE357.4

A

1003-6490（2017）01-0078-02

2017-01-11

胥锘（1984—），男，四川成都人，工程师，主要从事油田集输、继续采油节能分析工作。