注汽鍋爐系統(tǒng)用能分析及改進(jìn)建議

張偉(克拉瑪依市科力節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司，新疆克拉瑪依 834000)

宋傳陽(yáng)(新疆石油工程設(shè)計(jì)有限公司，新疆克拉瑪依 834000)

王華(克拉瑪依市科力節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司，新疆克拉瑪依 834000)

注汽鍋爐系統(tǒng)用能分析及改進(jìn)建議

張偉(克拉瑪依市科力節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司，新疆克拉瑪依 834000)

宋傳陽(yáng)(新疆石油工程設(shè)計(jì)有限公司，新疆克拉瑪依 834000)

王華(克拉瑪依市科力節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司，新疆克拉瑪依 834000)

注汽鍋爐是目前采油過(guò)程中常用的工具之一，但在使用過(guò)程中耗用能量太大。現(xiàn)在普遍投用的注汽鍋爐大都是高壓直流鍋爐，蒸發(fā)量一般在8～24t/h左右，壓力在7～18MPa之間，最初設(shè)計(jì)的熱效率大約為80%[1]。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中普遍存在運(yùn)行效率低于設(shè)計(jì)值的現(xiàn)象。因此，開(kāi)展對(duì)注汽鍋爐能耗的研究勢(shì)在必行，通過(guò)改進(jìn)其工作方式達(dá)到節(jié)能的目的，進(jìn)一步降低采油的成本。

1 簡(jiǎn)述注汽鍋爐工作流程

供水通過(guò)預(yù)處理之后，再由水泵加壓，進(jìn)入預(yù)熱器預(yù)熱到一定溫度，然后進(jìn)入對(duì)流段，從對(duì)流段出來(lái)的物流要再一次進(jìn)入預(yù)熱器加熱，最后才能流入鍋爐輻射段進(jìn)行進(jìn)一步的加熱[2]。

2 注汽鍋爐能量分析

2.1 能量分析

對(duì)于注汽鍋爐系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，評(píng)價(jià)它能耗最好的指標(biāo)就是能量的有效利用率。在這個(gè)系統(tǒng)中，被有效利用的能量就是從鍋爐中出來(lái)的蒸汽所具有的能量和最初在換熱之前的供水所具有的能量的差值。系統(tǒng)的提供的總能量由燃料的化學(xué)能和顯熱、霧化蒸汽帶入能量以及系統(tǒng)中泵所消耗的電能等。

實(shí)際在求注汽鍋爐的熱效率時(shí)，可通過(guò)正、反平衡計(jì)算。其中正平衡熱效率是等于鍋爐有效利用能量/鍋爐供給能量。而反平衡的熱效率等于損失的能量/鍋爐的供給能量。

2.2 能量損失

2.2.1 排煙能量損耗

由于注汽系統(tǒng)在工作的時(shí)候，排放的煙氣的溫度比較高，可以達(dá)到180～220℃。因此，這一部分排除的煙氣中帶走了很大一部分能量的損耗。綜合對(duì)比排煙熱損失在注汽系統(tǒng)能量損耗中所占比例最大。而影響排煙能量損耗的最關(guān)鍵因素是排放的煙氣的溫度和體積[3]。顯而易見(jiàn)，排放的煙氣的溫度越高，輸出量越大，所帶來(lái)的能量損耗就越大。

2.2.2 燃燒不完全帶來(lái)的能量利用低

燃燒如果進(jìn)行的不完全，包括反應(yīng)時(shí)間不夠或者氧氣量不足導(dǎo)致排出的煙氣中還有剩余的可燃物質(zhì)，那么所加入的燃料的能量利用就是不完全的。在注汽鍋爐系統(tǒng)中，如果排放的煙氣中可燃?xì)怏w含量較高，那么燃料的能量利用率肯定是不完全的，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的能量利用率低下。

2.2.3 熱傳遞帶來(lái)的能量損耗

根據(jù)化工過(guò)程的能量傳遞原理可知，熱量是會(huì)自發(fā)從高溫物體向低溫物體傳遞的，注氣系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中爐壁表面具有很高的溫度，因此很容易就和周圍的空氣之間發(fā)生熱傳遞現(xiàn)象，將本該用于該體系的能量傳遞給周圍空氣而浪費(fèi)掉。由于爐壁溫度較高，所以這一部分損失的能量值也比較大，在實(shí)際過(guò)程中不容忽視。

3 注汽鍋爐系統(tǒng)改進(jìn)建議

通過(guò)對(duì)注汽鍋爐系統(tǒng)能量損失主要形式的分析討論，要提高注汽鍋爐系統(tǒng)的能量利用率，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。

（1）回收的余熱

回收的余熱可以被用于加熱本注汽系統(tǒng)中最開(kāi)始的供水，減少換熱器從系統(tǒng)外部獲取的能量，或者將余熱煙氣與進(jìn)入系統(tǒng)之前的空氣換熱，讓空氣達(dá)到一定溫度之后再進(jìn)入系統(tǒng)助燃，這樣系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)能量綜合利用，不僅能夠使得余熱被有效利用，同時(shí)還能減少系統(tǒng)從外部獲取的能量，所以能夠有效提高系統(tǒng)的能量利用率。綜合實(shí)際情況分析，空氣進(jìn)氣位置在整個(gè)注汽系統(tǒng)的前面，但是排氣管道在整個(gè)系統(tǒng)的后部，而煙氣余熱回收位于系統(tǒng)后部，因此如果把余熱煙氣用于預(yù)熱空氣，則需要對(duì)系統(tǒng)管路進(jìn)行較大程度的改造，因此工程量較大且經(jīng)濟(jì)投入也比較大。但是如果將余熱煙氣用于加熱系統(tǒng)供水，則可以在一定程度上降低前面所說(shuō)的投入和工作量。因此我們建議將預(yù)熱煙氣用于供水加熱。

（2）降低排煙能量損耗

前面我們提到了通過(guò)利用余熱來(lái)提高能量利用率，而另一條提高能量利用率的有效途徑就是讓燃料在燃燒的化學(xué)反應(yīng)中盡可能的完全反應(yīng)。主要手段就是提供足夠的空氣/氧氣使得燃料能夠充分燃燒。同時(shí)，進(jìn)行爆破吹灰和干冰吹灰，減少灰塵污垢在爐體受熱面的附著，提高熱吸收效率，降低排煙溫度，從而提高能量利用率。

（3）減少爐壁與空氣的傳熱

由于系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中注氣鍋爐爐壁溫度較高，很容易與周圍空氣發(fā)生熱傳遞，導(dǎo)致能量損耗，這一部分損耗是很難避免的，但是可以通過(guò)有效手段來(lái)降低。一方面，爆破吹灰和干冰吹灰，減少灰塵污垢在爐體受熱面的附著，降低爐壁自身的溫度，減小傳熱溫差，從而降低能量損耗；另一方面，采用目前出現(xiàn)的不少新材料對(duì)爐壁保溫層進(jìn)行改造，就能有效幫助我們解決這一問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

注汽鍋爐作為采油過(guò)程中的主要設(shè)備之一，其功能暫時(shí)無(wú)法替代，但是高能耗又是我們所不愿意看到的，因此采用有效手段來(lái)降低能量損耗，從而使得該系統(tǒng)能在采油過(guò)程中更加有效和廣泛的使用是目前的一個(gè)重要問(wèn)題。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)能耗損失的形式進(jìn)行分析給出的建議不僅能降低能耗帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也是對(duì)環(huán)境的一種保護(hù)，值得大家關(guān)注。

[1]薛銀皎.注汽鍋爐系統(tǒng)用能分析及改進(jìn)建議[J].特種油氣藏,2005,12(3):103-105.

張偉（1985-）；性別：男，籍貫：山東濟(jì)寧人，學(xué)歷：大專，畢業(yè)于克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院；現(xiàn)有職稱：助理工程師；研究方向：電氣及其自動(dòng)化；

宋傳陽(yáng)，新疆石油工程設(shè)計(jì)有限公司；

王華，克拉瑪依市科力節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司。