影響熱采燃氣蒸汽鍋爐熱效率技術分析與解決對策

金云英

摘 要 簡要分析了熱采燃氣蒸汽鍋爐系統，重點結合熱采燃氣蒸汽鍋爐熱效率分析方法，對影響熱效率的相關因素進行了技術分析，并就如何提高熱采燃氣蒸汽鍋爐熱效率提出了解決方法與對策。

關鍵詞 熱采燃氣蒸汽鍋爐 熱效率 技術分析

中圖分類號：TK22 文獻標識碼：A

1熱采燃氣蒸汽鍋爐系統

熱采燃氣蒸汽鍋爐采用的燃料主要是油田的伴生氣，供汽壓力一般為0.5兆帕。熱采燃氣蒸汽鍋爐的水源，主要來自自來水源，它是經過水處理系統后，經過緩沖罐和多級離心式鍋爐給水泵供給鍋爐，水質指標滿足熱采燃氣蒸汽鍋爐水質要求。熱采燃氣蒸汽鍋爐國內外普遍采用的是油田專用注氣鍋爐。鍋爐形式為直流鍋爐。直流的鍋爐優點是適用于任何壓力，重量輕，金屬耗量小，制造安裝及運輸方便，水容積小，啟停反應快，可迅速啟停。直流鍋爐無論是適用性、經濟性、操作運行及維護方面，都比汽包鍋爐更適合蒸汽熱采項目。出氧器一般采用低位熱力出氧器，布置在0米層，采用消除氣蝕裝置與給水加壓裝置，保證鍋爐給水泵不發生氣蝕，便于維護保養。

熱采燃氣蒸汽鍋爐給水系統采用離心泵作為給水泵，給水泵出口總管設置流量控制閥，離心泵為防止氣蝕和過熱，需泵保護系統及最小流量控制，主要有以下四種形式：一是設置手動旁路閥。缺點是誤差較大，一般不常使用，或者不單獨使用。二是設置旁路和限流孔板。缺點是準確度較差，壓差較大，容易引起管線的振動和噪聲。旁路流量增大了泵的能力和操作費用。三是設置旁路自動控制調節系統。缺點是造價昂貴，維修費用高，旁通閥開啟的瞬間，降壓劇烈，水流湍急，導致旁路系統汽穴腐蝕。四是設置自動再循環閥。這種自動再循環閥具有流量感知、旁通控制和多級降壓功能，隨時可保證必需要的流量，對泵可提供即時保護。鍋爐給水系統可以采用帶自動再循環閥的給水系統，該系統比較簡單，旁通多級減壓，減少了突然降壓帶來的汽體腐蝕，整個系統維修費用比較低，在閥的選型中應該注意，對高壓給水，要選擇高壓型多級減壓式旁路，可以消除高速流動介質產生的噪聲，防止汽蝕和閃蒸對閥門元件的破壞。

熱采燃氣蒸汽鍋爐燃燒系統。熱采燃氣蒸汽鍋爐一般是撬裝結構，帶有全自動的燃燒器，可以實現遠程控制。燃燒器采用調節比一般是大于6：1，并且能夠滿足鍋爐110%的負荷要求。燃燒器可以適應提供燃料氣的組分要求。燃燒器一般為低氮型，氮氧化合物排放濃度不高于200毫克/Nm3。燃燒器入口燃氣壓力為0.5兆帕。燃燒器具有燃氣閥組的檢漏、點火、熄火保護、燃氣壓力保護、風壓保護、負荷調節等過程全部自動控制的功能。

2熱采燃氣蒸汽鍋爐熱效率

熱采燃氣蒸汽鍋爐熱效率的高低直接影響鍋爐的運行成本，是評判熱采燃氣蒸汽鍋爐的一項重要指標。熱采燃氣蒸汽鍋爐熱效率的高低直接影響運行成本，是評判熱采燃氣蒸汽鍋爐的一項重要指標。

2.1燃氣鍋爐熱效率分析方法

熱采燃氣蒸汽鍋爐熱效率測試方法有兩種：正平衡測試方法和反平衡測試方法。鍋爐正平衡效率只能整體反映出鍋爐的運行效率的高低，是否達到鍋爐設計效率，鍋爐的具體熱損失產生在什么地方并不能通過正平衡效率測試結果反映出來。鍋爐反平衡效率的計算能比較清晰的反映出影響鍋爐運行效率的原因，通過對反平衡效率測試結果、數據的分析，能對鍋爐的熱效率提高提出解決措施和建議。本文主要采用反平衡效率測試方法對燃氣鍋爐的熱效率進行測試，根據TSGG0003-2010《工業鍋爐能效測試與評價規則》，鍋爐運行工況熱效率簡單測試結果按照公式（1）計算：

j=100-（q2+q3+q4+q5+q6）（1）

式中：

j―熱效率

q2―排煙熱損失

q3―氣體未完全燃燒熱損失

q4―固體未完全燃燒熱損失

q5―散熱損失

q6―燃料物理熱損失

燃氣鍋爐所用燃料為氣體，燃料不存在固體未完全燃燒熱損失，故q4為0。燃料燃燒后的含灰量很小，q6可忽略不計，因此，降低燃氣鍋爐熱損失的因素就由排煙熱損失q2、氣體未完全燃燒熱損失q3、散熱損失q5決定。本文使用ecomJ2KN型煙氣分析儀測試煙氣成分，將測試數據導入工業鍋爐能效測試計算與管理平臺對比。

從上面分析可知，影響鍋爐熱效率主要是排煙熱損失q2，其次是散熱損失q5。未完全燃燒熱損失q3鍋爐間相差最小；排煙熱損失q2相差最大，部分鍋爐排煙熱損失高達20.61%如10#鍋爐；過量空氣系數 py相差也較大，最高達4.03；排煙溫度tpy相差同樣較大，最高為206.00℃。

3提高熱采燃氣蒸汽鍋爐熱效率的主要方法與對策

3.1改善氣流相遇的條件

改善燃氣鍋爐燃氣和空氣兩股氣流的相通條件，其目的是增大它們的接觸面積。接觸面積越大，就是反應面積越大，強化了燃燒。具體辦法，可以把燃氣和空氣分成多股細流，讓兩股氣流具有一定速度并交叉相遇；格一股氣流（通常是燃氣）穿過并淹沒在另一股氣流之中，等等。

3.2加強混合、擾動

燃氣鍋爐燃用氣體燃料的燃燒是單相反應，著火和燃燒比固體燃料容易，但其燃燒速度和燃燒的完善程度與燃氣和空氣的混合好壞關系密切。混合愈好，燃燒愈迅速、完全，火焰也短。所以，只要火焰的穩定性不被破壞，應盡量提高氣流出口或燃燒室中的氣流速度，甚至在入口處設置擋板等阻力大的障礙物，讓其按擊、沖焰，增加氣流的擾動，以加強混合。

3.3預熱燃氣和空氣

提高燃氣和空氣的溫度，可以強化燃燒反應。因此應利用排煙的余熱預熱燃氣和空氣溫度，從而提高燃燒溫度和火焰的傳播速度，使燃燒過程得以強化。

3.4旋轉和循環氣流

促使氣流旋轉可以加強擾動和混合。同時，在旋轉氣流的中心會形成一個回流區引導大量煙氣回流、循環，既強化了混合，也延長了煙氣在燃氣鍋爐內流動路線和逗留時間而減少了不完全燃燒損失。

3.5煙氣再循環

為了提高燃氣鍋爐燃燒反應區的溫度，可以將一部分高溫煙氣引向燃燒據，使之與末燃的或正在燃燒的可燃混合物相混合，以提高燃燒強度。但需注意的是，再循環的煙氣量不宜過大，不然會因惰性物質過多而稀釋可燃混合鉤，反而使燃燒速度減緩，甚至缺氧熱解，造成燃氣鍋爐不完全燃燒損失。

3.6其它因素

嚴格控制水垢層；控制好空燃比；定時對鍋爐清理；加大節能設備的使用。

綜上所述，燃氣鍋爐熱效率主要與q2、q3以及q5有關，在鍋爐使用過程中要時刻注意以上參數相關問題，這樣鍋爐才能實現高效率的運行，達到節能減排目的。