提高活動式注汽鍋爐熱效率*

王雪梅（遼河油田公司冷家油田開發公司）

冷家油田冷活4 注汽站使用額定蒸發量9.2 t/h的活動式注汽鍋爐，運行最大排量為9 t/h，額定注汽壓力為17 MPa，完成注汽量4.9×104t/a。在注汽干度75%的情況下，鍋爐的熱效率為77%（額定熱效率85%），燃油單耗達到58.9 kg/t，已超出規定燃油單耗不大于56 kg/t的范圍。鍋爐熱效率降低，急需改進。

1 原因分析

1.1 爐體保溫損壞

為了分析鍋爐熱效率的影響因素，在冷活4 注汽站設立監測站，分別對鍋爐的不同部位設立監測點進行監測。 通過對鍋爐運行實際情況及鍋爐狀況測試分析，鍋爐輻射段局部存在不同的保溫破損現象，局部出現高溫區，溫度高達85 ℃左右；爐膛上部溫度普遍高于下部溫度，而且在接箍處溫度明顯偏高，部分爐釘位置溫度高達100 ℃以上，已超過國家標準規定的最高70 ℃指標。鍋爐對流段上部整體表面平均溫度在70 ℃左右，但在焊縫及鉸接處出現異常高溫區，最高點溫度達179 ℃以上；部分換熱面雖符合遼河油田公司規定，但已超過國家標準GB/T 10180—2003 《工業鍋爐熱工性能試驗規程》[1]、TSG G0003—2010 《工業鍋爐能效測試與評價規則》[2]的要求。鍋爐過渡段的平均溫度在115 ℃左右，實測局部高溫點達到了159 ℃，已超過《遼河油田公司熱注系統管理規定》的要求。

經測試分析：鍋爐外表面溫度不均勻，輻射段、對流段及過渡段均存在保溫缺陷，造成局部位置溫度過高，最高點溫度高達200 ℃，超溫嚴重；鍋爐輻射段外表面平均溫度在55～90 ℃左右，對流段平均溫度在55～120 ℃，爐體上半部分外表面平均溫度高于下半部分20 ℃左右。這些都超過了國家標準及遼河油田公司要求，占總熱損失1.28%～1.65%。

1.2 過量空氣系數大

根據燃燒過程的不同，合理的配風對促進爐內高效燃燒是很重要的。燃燒系統的配風由風門連桿調節風門開度來控制，助燃空氣量不合理而產生過多的剩余空氣會從鍋爐內帶走大量的熱量，隨煙氣排放到大氣中，熱損失增大，降低了鍋爐的熱效率（圖1）。鍋爐排煙溫度達到230 ℃，過量空氣系數1.6，燃油單耗達到58.9 kg/t，熱效率下降至77%。

圖1 不同過量空氣系數下鍋爐熱效率與排煙溫度的關系

1.3 對流段積灰多

目前注汽鍋爐使用燃料主要以原油為主，原油經過燃燒產生煙塵、焦體及鐵銹等灰垢，灰垢的導熱系數為0.418 W/（m·℃），大約為鋼板導熱系數的1/450～1/750。這些灰垢如不及時清理，會聚集在對流段翅片管、輻射段爐管、爐襯等位置，嚴重影響鍋爐的熱效率。經現場測試，灰垢的存在使傳熱損失率高達30%以上，排煙溫度上升。煙溫每升高15～20 ℃，熱效率降低1%。每2 井次就可達230 ℃以上，排煙熱損失10%以上。由此可見，灰垢的存在使設備達不到設計熱效率，造成能源的極大浪費，及時清灰是提高鍋爐熱效率的關鍵。因此，規定排煙溫度大于220 ℃必須清理對流段積灰。

2 提效措施

2.1 更換爐體保溫

對鍋爐輻射段保溫效果差的不合格高溫區采用“硅酸鋁纖維平鋪交錯技術”進行保溫層更換，并進行硅酸鹽水泥涂料噴涂以降低熱損失，使輻射段外表溫度由平均84.9 ℃（局部溫度達到96 ℃）降低到平均溫度55.8 ℃。消除對流段焊縫及鉸接處，以及對流段中部出現的異常高溫區，修復加固保溫層降低表面溫度，減少熱損失，使對流段外表溫度由平均70 ℃（最高點溫度達179 ℃以上）降低到平均溫度52 ℃。對過渡段底部硬保溫損壞進行重新澆筑，并對兩側軟保溫層修復加固，降低過渡段表面溫度，減少熱損失，使過渡段外表溫度由平均115 ℃（最高點溫度達159 ℃以上）降低到平均溫度88.2 ℃。

對鍋爐損壞的保溫層進行了更換，并對更換保溫層后的爐體溫度進行了定期監測（表1）。通過對鍋爐爐體不合格保溫層進行維修和更換，使爐體外表面溫度下降了10～15 ℃，達到了遼河油田公司熱注系統管理規定：輻射段溫度小于80 ℃，對流段溫度小于80 ℃，過渡段溫度小于100 ℃，減少了爐體外表面散熱損失，提高了鍋爐的熱效率。

2.2 合理調整過量空氣系數

針對配風比不合理的情況，進行適時調整，減少排煙損失。監測過量空氣系數，通過調節風門連桿來改變風門開度控制助燃空氣量，降低過量空氣系數，降低排煙溫度。為此，進行現場測試，找出風門開度、鼓風機供風量最佳的配合參數，以確定合理的過量空氣系數來降低排煙容積，滿足鍋爐在最佳燃燒狀態下運行，達到節能降耗的目的。

表1 冷活4 注汽站措施實施后爐體表面溫度監測 ℃

表2 過量空氣系數測試

由表2 可知，鍋爐排量一定時，風門開度80%、鼓風機頻率43.5 Hz，過量空氣系數、排煙溫度達到最優。對調整后的配風比進行測量，過量空氣系數下降到1.25，降低了排煙容積，平均煙溫降低了14 ℃，達到了目標值（表3）。

表3 配風調整對比統計

2.3 對流段吹灰，降低排煙溫度

排煙溫度每升高15～20 ℃，鍋爐熱效率下降1%，因此規定排煙溫度大于220 ℃時，停爐轉注必須進行吹灰。針對活動注汽鍋爐結構特點，清灰時將鍋爐對流段拆下進行施工作業，這樣可以有效清除對流段翅片管上積存的煙灰。另一方面，由于施工時鋪設了10 m2塑料布防污染保護帶，杜絕了施工作業時煙灰造成的污染，保護了環境。

清灰后，提高了鍋爐對流段受熱面對熱量的吸收，降低了鍋爐的排煙溫度，提高了鍋爐的熱效率，排煙溫度大幅降低，由清灰前的233 ℃下降到清灰后的176 ℃，降低了57 ℃，并始終保持較低數值，使鍋爐熱效率得到顯著提高。由于清除了灰垢及焦結物質，大大提高了對流段的換熱能力，從而提高了鍋爐的熱效率。經測試，熱效率由清灰前的77.5%提高到清灰后的81.7%（表4）。

表4 對流段吹灰實施效果對比

3 實施效果

經過現場反復試驗，對比優化各種參數，進行了現場熱效率檢測及計算。在平均熱效率為82%、風門的控制開度為80%、鼓風機頻率43.5 Hz、鍋爐排量9 t/h、干度75%的運行工況下進行跟蹤，取得了很好的效果。對爐體不合格保溫層進行維修，表面溫度下降了10～15 ℃，提升了0.5%的熱效率。合理調整了配風比，達到了最佳燃燒工況，提高了燃燒效率，提升熱效率1%。對流段吹灰后，排煙溫度下降了60 ℃左右，提高了4%的熱效率。經過近1年的實施，注汽鍋爐的熱效率由措施前的77.5%提高到81.7%。

4 結論

通過對爐體輻射段、對流段、過渡段保溫防護的修復，并定期對鍋爐吹灰、清理，鍋爐運行時選用風門開度80%、鼓風機頻率43.5 Hz、鍋爐排量9 t/h可以達到平均熱效率82%、干度75%的良好運行效果，達到節能降耗的目的。

[1]GB/T 10180—2003 工業鍋爐熱工性能試驗規程[S].北京:中國標準出版社,2003.

[2]TSG G0003—2010 工業鍋爐能效測試與評價規則[S].北京:中國標準出版社,2010.