提高注气锅炉热效率的技术及其应用

点击：1891 日期：[ 2014-04-26 21:58:00 ]

提高注气锅炉热效率的技术及其应用阮林华王卓飞赵建华魏新春（新疆油田公司重油公司834000）陈贵军李维仲（大连理工大学能源与动力学院116024）摘要：本文简要介绍了新疆油田公司重油公司在稠油开采过程中为了降低锅炉能耗、提高锅炉热效率而进行的技术研究及应用。关键词：注气锅炉热效率节能 1 概述稠油开采过程中，锅炉燃料消耗占生产总成本的48%以上，因此降低锅炉能耗，提高锅炉热效率，是降低稠油开采成本的主要方向。新疆油田公司重油公司现有注汽锅炉78台，平均热效率为80.84%，通过82台次注汽锅炉的测试，注汽锅炉热损失主要有三项：排烟热损失占总热损失的90.5%～97.5%；炉体散热损失占2%～ 4.5%；气体未完全燃烧热损失占0.5%～4%。 2 提高锅炉热效率应用技术研究 2.1高温辐射涂料在油田注汽锅炉上的研究在锅炉炉膛内，火焰和高温烟气传热是辐射换热。由于火焰的主要成份是辐射光谱连续的固体微粒，所以近似地认为火焰是灰体，而炉墙和炉管也可认为是灰体，这样锅炉炉膛内火焰、高温烟气与炉墙和炉管间的传热就构成灰体间的辐射换热。对结构确定的辐射段来讲，在燃烧工况一定时，物体的辐射力越大，其吸收力就越大；如果在炉管或炉墙上涂上能产生辐射波的高温辐射涂料，增加黑度或增强辐射波，就能使辐射波产生激烈的共振现象，强化辐射换热，有效提高炉管吸热能力，从而提高锅炉热效率。 2.1.1 FHC－AB型高温辐射涂料 FHC－AB型高温辐射涂料是一种新型节能产品，涂在炉管上在高温作用下（500℃以上）能形成一种固化瓷膜，它可提高炉管的黑度（比炉管的吸收率大1.29倍），吸热率比未涂时提高5%～10%；同时由于辐射涂料产生的红外线辐射加剧了燃料的燃烧，起到了助燃的作用，从而提高了锅炉的热效率。使用FHC－AB辐射涂料后：（1）排烟温度有不同程度的下降，最大下降了17℃，节约天然气 2.7%，热效率提高1.1%；（2）炉体表面温度有较大下降，下降了6～15℃。从锅炉排烟和炉体表面温度分析看，该辐射涂料有明显效果。 2.1.2 HTEE－E型红外线辐射涂料将HTEE－E型红外线辐射涂料涂刷在炉膛内衬表面上，经高温烘烤后形成一种固化瓷膜。由于其发射率高（0.9），热量经锅炉内壁的反射力将增大2.18倍，增强了内衬红外线热辐射的反射力，因而提高了对炉管的辐射力，降低了通过散热造成的热损失。锅炉内衬涂刷HTEE－E型红外线辐射涂料后，排烟温度下降了20℃，锅炉外壁温度下降了23℃，节汽率为2%，热效率提高了1%。 2.2烟气余热回收装置（热管）技术应用热管是一个内部抽成高度真空并有适量高纯度工质的密封管。工作时，管内工质吸热蒸发汽化，至冷端冷却放出热量而凝结，如图1所示。热管换热器由于其高温端与低温端分属不同温度区间，因此不存在低温腐蚀，解决了换热器的使用寿命问题。从试验数据看，采用热管换热器进行烟气余热回收后，烟温下降40～70℃，锅炉热效率提高 1.2%～1.6%。 2.3硬度在线监控仪在水处理上的应用水处理再生的依据是根据制水量来决定的，当制水量达到预计值时，由流量计发出再生信号，使之转入再生。因此，这种控制方式存在以下弊端：（1）当水源硬度变化时，制水量未达流量计设定值，水质硬度超标而导致漏硬，造成失效的水进入锅炉产生水垢，影响热效率；（2）当流量计故障时，影响水处理正常再生，造成失效的水进入锅炉产生水垢，影响热效率。鉴于上述原因，在水处理上应用水质硬度在线监控仪，进行硬度实时监控，以取代原流量计控制导致的固定式再生所引起的漏硬。该技术实施后其效果比较理想，在实时监控水质硬度达到 0ppm（0.1 ppm标准以下）的同时也满足了及时再生的条件。 2.4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，使烟道气中氧含量处于一个最佳恒定值 1%～3%。利用过剩氧量自控装置，以调节和改变燃料供应量大小的方式，取得了良好的效果。当氧量设定为一定值时，在天然气压力增加或降低的情况下，自动控制装置中的氧量仪和测试仪测试结果显示，锅炉尾部过剩氧量都能趋近于设定值，并将锅炉的过剩氧量由0～9%控制到了燃烧最佳状态1%～3%，使燃烧效率提高2%～3%。在锅炉给水量与燃料量相对不变的条件下，通过调节锅炉配风量的大小来改变锅炉排烟处过剩氧含量的大小，以观察锅炉热效率的变化趋势。在氧量增加的情况下，注汽单耗和排烟温度有所上升，而锅炉热效率呈下降趋势。锅炉排烟处烟气含氧量每提高一个百分点，注汽单耗约增加0.5%，排烟温度约增加7℃左右，锅炉热效率约降低0.7个百分点。 2.5锅炉对流段翅片管硬垢清洗技术的应用硬垢是锅炉燃油、燃气过程中灰垢、烟垢及其他杂质在高温高压环境下充填于翅片凹槽内的聚合物，它会影响翅片管换热效率，会造成对流段烟道阻力增加、炉膛压力超标、回火等故障。应用“化学剂＋高压水射流”技术，较好地解决了翅片管凹槽内硬垢难除问题。从七台锅炉翅片管修复结果看：（1）灰垢除尽率达到95%，修复后的翅片已显露本色；（2）对流段排烟温度最低降至114℃，最高208℃；（3）锅炉热效率平均提高1.3%。 2.6 蒸汽干度在线监控技术应用该技术其实现方法是应用两个电导率探头，分别探测给水和蒸汽的电导率和温度，并将信号送到分析仪。经分析仪自动计算、组态、显示和变送处理，将干度值输出给PLC控制器，经在PLC中开发使用的PID设定功能比较，运算后信号去控制给水变频器和阀门定位器，从而在干度设定的情况下，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，在干度设定值改变而其他参数不变的情况下，PID调节器自动发出干度设定信号，经过近30 min的自动调节，干度值由改变前的82% 跟踪并稳定到了重新设定后的78%，说明具有干度自动调节功能。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。 3“提高注汽锅炉热效率”配套技术组合应用效果分析高温辐射涂料、热管换热器等技术的应用，有效地回收了一部分热量，改善了燃烧工况，提高了锅炉热效率。在应用FHC节能涂料措施的情况下，平均热效率提高1.2%，应用热管换热器和FHC节能涂料后，平均热效率提高2.4%，所有配套技术应用可提高热效率5%以上（2003年在克浅1#站实施节能示范工程，包括余热回收装置、FHC节能涂料、HTEE 节能涂料应用、烟气过剩空气自控技术、干度自动监控技术、水质硬度在线监控装置、SLY环保节能除氧器应用等）。

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