卢婷婷

摘要：油田注汽锅炉是以原油为主要燃料，在运行过程中耗油量较大，加大对油田注汽锅炉的节能措施的探讨有利于提高油田的经济效益，促进油田的可持续发展。本文对注汽锅炉燃料及热损失进行了分析，对注汽锅炉运行中热损失和能耗特点进行了分析，并对注汽锅炉节能降耗的措施进行了探讨。

关键词：注汽锅炉;节能技术;特点;降耗对策

0     引言

稠油也称重油，胜利油田稠油产量占其原油总产量比重持续增加。在稠油的开采过程中，为了降低原油的粘度，增大其流动性，需要往地下注入一定量的高温高压蒸汽，而提供蒸汽的设备就是注汽锅炉。注汽锅炉的主蒸汽温度、排烟温度、主蒸汽压力及管壁温度、炉膛温度都比较高，是稠油开采过程中主要的耗能设备，因此加强注汽锅炉节能技术的应用是提升稠油开发效益的必由之路。

1     注汽锅炉运行中热损失分析

1.1  燃料分析

以原油为燃料时燃料损耗大，从稠油操作成本构成分析，燃料费约占30～40%。燃油的主要缺点是导致炉管特别是对流段积灰腐蚀严重，炉管积灰腐蚀主要有两方面危害：首先，积灰严重阻碍烟气冲刷翅片管，降低传热效果，制约注汽锅炉本身的热效率;其次，增加锅炉的维护成本，需定期清灰吹灰和更换炉管，否则注汽锅炉运行的安全性和热效率都无法保障。

1.2  注汽锅炉热损失分析

注汽锅炉的热损失主要包括排烟热损失、机械不完全燃烧损失、化学不完全燃烧损失和锅炉向外环境散热损失，其热损失占锅炉总损失的80%。注汽锅炉设计排烟温度燃气时≤180℃，燃油≤240℃，在现阶段的实际生产过程中，锅炉的排烟温度无法达到这个要求，导致排烟热损失超出设计要求，更多的燃料发热量被排放大气中，造成能源的浪费和大气的污染。

2     注汽锅炉的能耗特点分析

2.1  锅炉的排烟损失

注汽锅炉的排烟温度较高，当注汽锅炉采用原油作为燃料时，排烟温度通常设计为≤240℃;当采用天然气作为燃料时，排烟温度通常设计为≤180℃。高温烟气带走了锅炉燃烧产生的很大一部分热量，不仅造成了排烟热损失，而且也污染了周围的环境。据统计，在油田的注汽锅炉中，排烟热损失占锅炉热损失总量的一半以上。排烟热损失量的大小主要受排烟温度和排烟体积的影响，要想减轻排烟热损失，就必须想办法降低排烟温度和减少排烟的体积。

2.2  燃料的未完全燃烧热损失

锅炉中的燃料未完全燃烧热损失主要包括化学未完全燃烧热损失和机械未完全燃烧热损失。其中化学未完全燃烧热损失是指燃料燃烧后排出的烟气中含有未燃尽的气体而造成的;机械未完全燃烧热损失是指锅炉排出的灰渣中含有一定量的碳等可燃物而造成的。由于在注汽锅炉中通常采用原油或天然气作为燃料，因此机械未完全燃烧热损失可以忽略不计，认为注汽锅炉中只存在化学未完全燃烧热损失。化学未完全燃烧热损失主要是由于燃料特性、过量空气系数大小及炉膛结构造成的。燃料的挥发性越高、过量空气系数越小、炉膛的容积越小，则锅炉的化学未完全燃烧热损失越大。

2.3  锅炉的散热损失

在注汽锅炉的运行过程中，锅炉的本体及热力管道的温度要高于周围环境的温度，尤其是在我国的东北地区，在冬季环境的温度很低，这使得锅炉及热力管道与周围环境间存在较大的温差，锅炉的热量会以对流和辐射的形式散失到周围环境中去，造成锅炉的散热损失。

3     注汽锅炉节能降耗措施及效果

3.1  降低排烟温度，充分利用烟气余热

由于锅炉的排烟损失是注汽锅炉的主要热损失，因此降低排烟温度及充分利用烟气的余热是做好注汽锅炉节能工作的关键所在，要做好这项工作可以采用以下几点措施。

一是采用复合相变换热技术利用注汽锅炉的排烟对复合相变换热装置中的水进行加热，使水变成水蒸气;然后再利用水蒸气来加热注汽锅炉的给水。这在提高锅炉给水温度的同时也降低了排烟的温度，提高了锅炉的热效率。二是合理布置锅炉的对流段，通过合理布置锅炉的对流段，使烟气流经尾部烟道，直接利用烟气的余热来加热锅炉给水和用来助燃的空气，这样烟气的热量可以有很大一部分被回收利用，在一定程度上提高锅炉的热效率。三是优化注汽锅炉燃料结构，通过优化注汽锅炉的燃料结构，使用天然气代替原油或发展油气混燃技术，有效地提高注汽锅炉的热效率。

3.2  采用高温红外辐射涂料技术

当注汽锅炉内的温度超过650℃时，辐射段内的传热形式以辐射为主，因此如果能提高辐射段表面的辐射率，则可以使炉膛的吸热量大大增加。当在注汽锅炉的辐射段表面涂上红外辐射涂料以后，可以使锅炉辐射段陶纤表面的辐射率由0.45提高到0.9以上，即辐射率提高了一倍以上，在此情况下炉体的吸热量明显增加，温度有明显提高。由于在此种涂料中含有一定含量的强辐射材料，其在高温下有能产生穿透力强的红外波的能力，从而使得被加热的水分子产生能级跃进，同时达到均匀受热、提高温度、节约能源的目的。

3.3  积极引进湿蒸汽干度在线监控系统

在注汽锅炉普通的控制系统下，由于有热惯性的存在，当监测到蒸汽的干度发生变化以后，锅炉的运行人员很难精确地对其进行调整，通常是根据积累的一些经验进行调整，这使得蒸汽的干度波动较大，造成了注汽锅炉燃料的消耗量过大。当引进湿蒸汽干度在线监控系统以后，可以实现湿蒸汽的在线测量过程与PLC自动控制的完美结合。在线监控系统对湿蒸汽干度的测量误差可控制在3%左右，而对蒸汽干度調整时的干度波动范围可以控制在2%-4%之内，使提供给稠油开采过程中的蒸汽质量大大提高。为了对燃料消耗量、给水量和给水温度进行精确控制，需要在锅炉上安装一系列的流量计和变送器，最大限度地避免燃料的浪费，使注汽锅炉的热效率得到提高。

3.4  注汽锅炉应用中需注意的问题

（1）   在注汽锅炉运行时，炉内火焰温度随着负荷的增减而升降。但是，炉内辐射换热量的变化与燃料量的变化并不成正比。根据实验证明，锅炉从半负荷增加到额定负荷时，炉内换热量的增加不超过50%～80%，并不是成倍增加。总而言之，炉内换热量的变化率小于负荷的变化率。因此，为保证出口干度不变，在运行时火量要比水量调节得大一些。

（2）   燃烧方面，由于要求使用较少供油，且炉内燃油在低负荷配风时火焰的周界风相对减弱，易导致压降低造成雾化不良。此时很可能会造成燃烧器旋口结焦，遮挡了周界风风口，使火焰偏斜甚至飘至炉管上。因此，低负荷时要特别注意观察火焰形状，调整火焰位置，改进配风，经常清焦，以避免火焰方向偏斜上窜。

（3）   辐射段承受的热负荷较高，根据资料显示约占总热负荷的82%，而炉管内又是汽、水两相流动，因此当设备负荷减小至一定数值或在运行中突遇停电时，炉管就很有可能出现传热恶化现象，导致炉管因超温而损坏。

3.5  开发新工艺清除积灰积垢

注汽锅炉炉管特别是对流段翅片管部分積灰，不仅阻碍烟气流通，而且影响工质与烟气的对流换热，使烟气温度明显升高。传统除灰方式是通过一定压力空气或水来冲刷炉管表面，只能清除表面酥松的积灰，无法清除累积已久的烟垢，所以，必须探究有效的化学药剂清洗冲刷翅片管，在不腐蚀炉管材质的前提下将灰垢彻底清除。

4     结束语

注汽锅炉是油田稠油开发的主要耗能设备之一，由于其应用广泛、数量众多，因此对燃料的消耗量比较大，但同时也是节能潜力最大的设备。积极采用先进技术对油田注汽锅炉进行改造，不仅能够提高注汽锅炉的热效率，而且也能够在很大程度上改善所生产蒸汽的质量，有利于油田生产的顺利进行。

参考文献：

[1]   文凤余.油田注汽锅炉节能技术[J].中国设备工程，2011，11：47-48.

[2]   方云.稠油热采注汽锅炉节能降耗技术[J]油气田地面工程，2008，3：68-69.