摘要：油田的稠油开采多采用注入蒸汽热采集方法，这种方法的高成本、高耗能特质也成为了稠油热采高产高效被严重制约的主要要因。本文从烟气余热回收加热锅炉给水和注汽锅炉配风调节两方面探讨了当前注汽锅炉节能降耗的具体方案，为企业节能生产提供科学依据。
关键词：注汽锅炉；稠油热采；节能降耗；烟气余热回收；配风调节
注汽系统是油田稠油开采中最重要的组成部分，但它也是企业生产耗能最大的因素。近年来为了追求节能降耗生产、降低稠油开采成本目标，许多企业纷纷开始在注汽系统上采用并优化高新配套技术，提高注汽锅炉运行的经济效益，实现高效率能量转换，减少注汽成本在稠油热采过程中损耗总成本比重。这也是我国未来重质油高效勘探开发的主力发展方向。
一、注汽锅炉燃料及其热损失现状分析
如今注汽锅炉多采用原油作为燃料，它的损耗大，如果是以稠油热采集为例，它的操作成本构成中燃料费用就要占到整体的30%~50%。在日常生产角度来看，稠油热采的主要缺陷就在于炉管流段会积灰严重且容易遭到腐蚀，这些都严重阻碍了烟气冲刷翅片管，进而导致炉管传热效果降低，大幅制约了注汽锅炉的热效率。同时，锅炉的维修成本与安全性也因为炉管更换频率的提高而无法得到保障。从注汽锅炉的热损内容来看，它主要就包括了排烟热损、机械不完全燃烧热损、锅炉向外环境散热热损以及化学不完全燃烧热损，这些热损就占到了锅炉总损失的80%以上。注汽锅炉在设计燃气温度时一般都小于200℃，燃油温度小于250℃，所以在现阶段的实际生产过程中，锅炉的排烟热损已经超过设计要求太多，无法达到温度标准，而燃料排放到大气中的多余热量，不但造成了极大的能源浪费，也使大气造成严重污染。
二、基于热管技术的烟气余热回收与锅炉加热给水
1.问题提出。在稠油热采燃油过程中注汽锅炉的平均排烟温度会达到300~340℃左右，而燃气平均排烟温度也会达到220~260℃。注汽锅炉所产生的烟气余热在工业原理上是通过余热伴热燃料油、助燃空气与给水的形式而形成的，所以燃油工艺流程在流动性上表现较差，对伴热介质的温度与品质要求也相当高，很可能造成油路凝堵或油压不足等等不良现象。如果利用烟气余热伴热助燃空气原理就能够有效提高送风热焓值，这非常有利于提高锅炉炉膛温度进而促进燃料的充分燃烧。对注汽锅炉而言，由于燃油时对瓦口温度要求不可过高，所以要采用热管技术回收烟气余热来控制温度，以免仪表设备、鼓风胶囊及线路遭到热损坏。热管烟气余热伴热锅炉给水是目前解决上述问题的最好方法，因为烟气余热预热给水方式工艺相对传统工艺更加简单，投资成本少且见效快，对锅炉排烟热损失的降低，热效率的提升都有明显作用。当锅炉给水加热后温度达到50~60℃时，也是水腐蚀金属最为严重的温度段，因此在这里对热管材质的选择就变得十分重要。通过该技术进行加热以后，其管内给水绝对不能超过柱塞泵所允许的温度上限，以避免损坏泵配件。因此需要采用更耐高温的水封阀片和柱塞泵阀片等等来解决这一问题。2.优化方案。考虑到注汽锅炉在运行过程中会消耗大量的天然气及原油，所以需要改善它的燃料高消耗、高成本现状，优化方案中选择水煤浆来代替上述燃料。在决定采用新燃料后，它所主要面临的技术优化问题包含以下3个方面。第一，以水煤浆作为燃料的生产与运输过程要把握好，因为煤本身是一种价格低廉但污染严重的非可再生原料，所以在运用煤作为燃料时要把握好对它的设备清洁工艺，在完善工艺流程同时降低设备的基础改造成本。第二，在点火与控制系统完善方面，燃烧水煤浆需要保留它的引燃系统，在操作中要以燃料气作为水煤浆与火源引燃的基础。考虑到水煤浆相比于燃油不容易被点燃，所以要相应增大引燃气压力及流量来控制和完成点火过程。为了确保水煤浆燃烧能达到最佳效果，也要考虑提高炉膛压力与烟气含氧量，并实现供浆系统的自动化控制。另外，要保持新的点火控制系统与原锅炉控制系统运行状态一致，确保整个注汽锅炉都能在最佳状态下持续运行。最后，要做到对吹灰排灰系统的改良。因为如果采用水煤浆作为基础燃料，它的积灰量必然会偏大，所以应该采用成本更低廉、更省时省力的除灰方式来将注汽锅炉内的灰渣排除，如果锅炉内积灰过多也会影响注汽传热效果。
三、注汽锅炉配风调节
1.问题提出。当注汽锅炉的空气系数α增大时，排烟量就会随之增多，排烟损失比例也会增加，而运行热效率会不断下降。换言之，空气系数每增加0.1，注汽锅炉的热效率就会降低1%，以下给出注汽锅炉运行热效率与排烟温度、空气系数之间的关系曲线，如图1。如图1所示，当空气系数偏小时，注汽锅炉中的燃料不能实现充分燃烧，锅炉整体的运行效率也会大幅度下降，引起严重的环境污染。所以本文希望提出控制方案，将空气系数控制在合理范围内。2.优化方案。本文针对注汽锅炉节能降耗所采用的优化方案是锅炉配风调节系统，它主要由3部分组成：以氧量检测与传输为主的检测部分、以检测信号向执行机构下达控制命令为主的控制部分以及以配风调节工作为主的调节部分，它的基本工作原理如图2。2.1试验部分。为注汽锅炉安装这套配风调节系统，并辅助采用氧量检测探头和壁挂式氧化氧量分析仪，设计其测氧量范围为0~20.5%，输出为4~20mA，并将其安装在微机控制室内。当注汽锅炉开始运转且运行参数基本稳定以后，检测其锅炉内部的烟气燃稠油氧含量，在改造前它的氧含量应该在7%左右，空气系数α应该大于1.5。在改造后烟气中的燃稠油氧含量应该在3.5~4%之间，而空气系数α应该保持在1.15~1.25范围内。2.2试验结果。经过试验表明，如果对注汽锅炉采用配风调节系统并将传统燃料原油改为水煤浆，它的系统燃料适应性也会被改良。而且在选定燃料以后，在任意负荷情况下空气系数都应该小于1.5。另外从降低注汽锅炉排烟温度与减少空气氧气含量两方面来看，改造后的注汽锅炉在运行热效率方面能提高5.44%左右，运行热效率也可以达到初始设计值标准。在经济效益方面，安装了配风调节系统的注汽锅炉在同时采取余热回收措施以后每年可节省原有330t左右，年经济收益提高30万元。
四、结语
本文介绍了烟气余热回收加热锅炉给水和注汽锅炉配风调节两种设备节能降耗方法，它们都实现了利用高性价比能源及设备实现简捷工艺操作的效果，降低了排烟温度和热损失，提高了注汽锅炉的运行效率，是当今严峻能源形势发展背景下的最优生产选择。
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作者：姚雪 单位：特种油开发公司热注作业一区
