優(yōu)化最佳過量空氣系數(shù)提高注汽鍋爐熱效率

劉鐵哲（遼河油田公司質(zhì)量節(jié)能管理部）

遼河油田以稠油開采為主，而注蒸汽開采稠油已經(jīng)成為開采高粘度稠油的常規(guī)方法。注蒸汽采油的主要設(shè)備就是注汽鍋爐，因此提高注汽鍋爐的熱效率可以有效的提高開采稠油的經(jīng)濟(jì)效益。目前注汽鍋爐的熱效率大都在80%左右，因此如何提高注汽鍋爐的熱效率成為注蒸汽采油面臨的重要問題。影響注汽鍋爐的因素有很多種，而其中最重要的因素就是過量空氣系數(shù)α。

目前很多注汽鍋爐確定過量空氣系數(shù)都是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，而實(shí)際生產(chǎn)中過量空氣系數(shù)的確定需要考慮生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各方面因素[1]。過量空氣系數(shù)過大會(huì)增加排煙熱損失，而過量空氣系數(shù)過小又會(huì)使燃料不能夠充分燃燒，增加氣體不完全燃燒熱損失和固體不完全燃燒熱損失[2]。

1 過量空氣系數(shù)和各項(xiàng)熱損失的關(guān)系

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，鍋爐供燃料燃燒的實(shí)際空氣量要比燃料燃燒所需的理論空氣量多一些，這樣才能保證燃料盡可能的完全燃燒[3]。實(shí)際空氣量與理論空氣量的比值為過量空氣系數(shù)，即

式中：

α——過量空氣系數(shù)；

Vs——實(shí)際空氣供給量，m3；

V0——理論空氣供給量，m3。

1.1 過量空氣系數(shù)與排煙熱損失的關(guān)系

排煙熱損失可根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：

q2——排煙熱損失，J；

tpy——排煙溫度，℃；

t0——排煙處空氣溫度，℃。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，排煙熱損失是鍋爐熱損失中最大的一項(xiàng)，所以要盡量降低這項(xiàng)損失，從式（2）中可以看出，降低過量空氣系數(shù)就可以有效地降低排煙熱損失，從而提高鍋爐熱效率。

1.2 過量空氣系數(shù)與化學(xué)不完全燃燒熱損失的關(guān)系

根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

其中

式中：

q3——化學(xué)不完全燃燒熱損失，J；

β——燃料特性系數(shù)；

RO2——煙氣中二氧化硫和二氧化碳的含量。

化學(xué)不完全燃燒熱損失占鍋爐熱損失中很小一部分，但是對(duì)整個(gè)鍋爐的熱效率還是有一定的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，一氧化碳的含量微乎其微，可以認(rèn)為是不變的。由式（3）可以看出，化學(xué)不完全燃燒熱損失與過量空氣系數(shù)幾乎成線性關(guān)系。

1.3 過量空氣系數(shù)和物理不完全熱損失的關(guān)系

根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：

q4——物理不完全燃燒熱損失，J；

tk——環(huán)境溫度，℃。

由式（5）可以看出，物理不完全燃燒的熱損失不僅與過量空氣系數(shù)有關(guān)，還與排煙熱損失有關(guān)。

2 確定最佳過量空氣系數(shù)

在鍋爐正常運(yùn)行過程中，排煙熱損失、化學(xué)不完全燃燒熱損失、物理不完全燃燒熱損失的總和占鍋爐總熱損失的80%左右[4]。因此，（q2+q3+q4）最小時(shí)鍋爐的熱效率達(dá)到最大，所以就要確定（q2+q3+q4）最小時(shí)的過量空氣系數(shù)。 q2、 q3、q4與過量空氣系數(shù)的關(guān)系如圖1所示。

圖1 過量空氣系數(shù)與各熱損失關(guān)系

如圖1所示，當(dāng)α=αzj時(shí)，（q2+q3+q4）達(dá)到最小值，此時(shí)，鍋爐的熱效率最大。在實(shí)際生產(chǎn)中，就要讓過量空氣系數(shù)無限的接近αzj，但是實(shí)際中由于燃料種類和工況都是不斷變化的，所以我們根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整過量空氣系數(shù)就無法使其達(dá)到最佳值，而且還會(huì)有很大的誤差存在。如果能夠根據(jù)不停變化的工況和燃料種類來得出相應(yīng)的過量空氣系數(shù)最佳值，即αzj，就可以根據(jù)這個(gè)值對(duì)過量空氣系數(shù)進(jìn)行修正，從而保證鍋爐在一個(gè)較高的熱效率下運(yùn)行。

由式（6）可以看出，（q2+q3+q4）是α 的一個(gè)二次函數(shù)，所以當(dāng)（q2+q3+q4）為最小值時(shí)有

由式（7）可知，當(dāng)知道鍋爐運(yùn)行中的排煙溫度、環(huán)境溫度和煙氣中CO 的含量，就可以算出此時(shí)的最佳過量空氣系數(shù)。

3 結(jié)論

從理論分析結(jié)果可以看出，合理調(diào)整過量空氣系數(shù)可以有效的降低鍋爐的熱損失，提高鍋爐熱效率，從而使經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境溫度、煙氣溫度及CO 含量確定該工況下的最佳過量空氣系數(shù)，并及時(shí)對(duì)鍋爐進(jìn)行調(diào)整，保證注汽鍋爐的運(yùn)行始終保持在一個(gè)較高的水平上。

[1]韓秀麗.空氣過剩系數(shù)對(duì)鍋爐熱效率的影響[J].陜西工學(xué)院院報(bào),2002,18(4):56-58.

[2]施益昌.通過控制過量空氣系數(shù)提高注汽鍋爐熱效率[J].管道技術(shù)及設(shè)備,2004(1):16-17.

[3]葉江明.電廠鍋爐原理及設(shè)備[M].北京:中國(guó)電力出版社,2004:57-58.

[4]高峰.鍋爐熱經(jīng)濟(jì)性燃燒調(diào)整分析[J].鍋爐技術(shù),2007,38(4):43-46.