高升油田過熱蒸汽技術(shù)研究與應(yīng)用

姚明活

摘要：目前我廠共有稠油吞吐區(qū)塊6個(gè)，年產(chǎn)油24.9萬(wàn)噸，年注汽60萬(wàn)噸。注汽鍋爐18臺(tái)，鍋爐出口干度額定值≤80%，井底蒸汽平均干度45%左右，熱值占75%干度的80%左右，為滿足稠油油田深層次開發(fā)需求，提高吞吐效果，需進(jìn)一步提高蒸汽熱量攜帶量。

關(guān)鍵詞：過熱鍋爐;輻射段換熱面積;對(duì)流換熱面積;析鹽;汽水分離;噴水減溫

1 過熱注汽鍋爐設(shè)計(jì)

應(yīng)用輻射傳熱和對(duì)流傳熱換熱原理，通過控制鍋爐關(guān)鍵點(diǎn)輻射段出口、過熱段出口及對(duì)流段出口煙氣溫度，利用煙氣焓降低值和蒸汽焓升高值相平衡的關(guān)系，計(jì)算輻射段、過熱段和對(duì)流段換熱面積。

1.1 輻射段換熱面積計(jì)算

爐膛內(nèi)傳熱以輻射傳熱為主，換熱面積計(jì)算思路是在布置了爐內(nèi)輻射受熱面情況下，校核爐膛出口煙溫是否合理，滿足爐膛出口900-1000℃運(yùn)行要求。爐膛傳熱須先假定爐膛出口溫度，然后與計(jì)算出的爐膛出口溫度相比較。確立爐膛受熱面積，計(jì)算公式如下：

T0-理論燃燒溫度，K;M-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其值決定于火焰最高溫度點(diǎn)的相對(duì)位置;VCpj-燃燒產(chǎn)物的平均熱容量，其值等于煙氣放熱量與煙氣溫降的比值;Φ-保熱系數(shù);F-水冷爐墻面積，㎡。

如果>，則表明所布置的爐膛受熱面的傳熱能力比假定爐膛出口溫度條件下的小，這時(shí)若計(jì)算出的爐膛出口煙溫超過了爐膛安全運(yùn)行的要求，則應(yīng)重新布置輻射受熱面，增加水冷壁的有效輻射面積Hf，然后再根據(jù)重新假定的爐膛出口煙溫，確定ahy和VCpj值，考核再次計(jì)算出的爐膛出口煙溫是否滿足鍋爐安全運(yùn)行的要求。如果滿足要求并且與重新假定的爐膛出口煙溫相差小于100℃，則認(rèn)為爐膛受熱面的布置達(dá)到了預(yù)期的傳熱要求，爐膛的熱力計(jì)算可告結(jié)束，以傳熱計(jì)算的結(jié)果作為爐膛的實(shí)際出口煙溫值。計(jì)算結(jié)果為換熱面積90.969m2、出口煙溫970.843℃、吸收能量19246.482kJ/kg、所占比例為52.8%。

1.2 對(duì)流換熱面積計(jì)算

煙氣由輻射段進(jìn)入過熱段和對(duì)流段，在過熱段和對(duì)流段的傳熱以對(duì)流換熱為主，換熱面積計(jì)算思路是先假設(shè)過熱段出口（對(duì)流段出口）煙氣溫度，由吸熱段煙氣始末端溫度，按熱平穩(wěn)方程式計(jì)算熱平衡放熱量Qr：

K-傳熱系數(shù)，kW/（m2℃）;Δt-平均溫壓，℃;Bj-計(jì)算燃料消耗量，kg/s;H-受熱面積，m2。通過計(jì)算，若（Qr-Qh）/ Qr值小于2%則此時(shí)計(jì)算的換熱面，即為合理的換熱面積。計(jì)算結(jié)果為過熱段換熱面積92.607m2、出口處煙溫755.521℃、吸收能量5338.813kJ/kg、所占比例為14.7%;對(duì)流段換熱面積123.476m2、出口處煙溫239.339℃、吸收能量11856.163 kJ/kg、所占比例為32.5%。

2 過熱鍋爐配套技術(shù)

2.1 析鹽處理工藝技術(shù)

在蒸汽發(fā)生器中導(dǎo)致受熱管結(jié)垢有二種情況：一種是由Ca+、Mg+形成的非溶解垢，一種是由Na+、K+等形成的可溶解垢。鍋爐給水已完全祛除Ca+、Mg+等，剩存在水中的Na+、K+等在蒸汽干度過高或過熱的工況下會(huì)析出并結(jié)在受熱管內(nèi)壁上，而飽和水與高過熱度的蒸汽在噴水減溫器中噴霧汽化再轉(zhuǎn)化成過熱蒸汽的過程中，鹽分以微小固態(tài)顆粒狀析出，但由于管壁不受熱，蒸汽介質(zhì)的溫度大于管壁的溫度，管壁對(duì)鹽分不具備吸附力。強(qiáng)制循環(huán)蒸汽發(fā)生器所產(chǎn)生的飽和濕蒸汽經(jīng)過分離將干蒸汽再過熱，避開受熱區(qū)析鹽，高過熱度的干蒸汽再與分離出的飽和水通過噴水減溫器，內(nèi)置的霧化噴嘴對(duì)飽和水進(jìn)行壓力霧化，使飽和水分散于高溫蒸汽汽流中混合，飽和水在混合瞬間汽化后析出的微小固態(tài)顆粒被高速的蒸汽汽流帶走。

2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)

過熱注汽鍋爐從啟動(dòng)、點(diǎn)火、運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了全過程自動(dòng)控制，兼容二種狀態(tài)三種工況，可隨時(shí)根據(jù)需要選擇運(yùn)行方式。程控全過程包括從啟動(dòng)點(diǎn)火、水火跟蹤、輻射段出口蒸汽干度檢測(cè)、球型汽水分離器適時(shí)分離、液位保持、干度恒定、汽水混合等，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的全程在線，整機(jī)系統(tǒng)具備了過程監(jiān)測(cè)與控制、故障報(bào)警、故障診斷、歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史故障查詢、數(shù)據(jù)報(bào)表自動(dòng)生成。

2.3 汽水分離及噴水減溫技術(shù)

汽水分離裝置過熱鍋爐的核心技術(shù)之一，它是一種球形分離器。是由旋風(fēng)分離器、百葉窗分離器多種多級(jí)分離裝置組成，其分離效率可達(dá)99%。旋風(fēng)分離器可分離汽水中的較大水滴，在旋風(fēng)分離器上部及蒸汽出口處設(shè)置了一、二次分離元件—百葉窗分離器可進(jìn)一步分離蒸汽中的細(xì)小水滴，滿足了過熱器對(duì)蒸汽品質(zhì)的要求。

噴水減溫器是目前鍋爐行業(yè)調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度最常用的設(shè)備，通過減溫器內(nèi)部的噴嘴以霧狀方式噴到過熱蒸汽中，與過熱蒸汽混合，從而降低過熱蒸汽溫度，通過調(diào)整噴水減溫量，確保鍋爐出口參數(shù)。

4 實(shí)施情況與效果分析

4.1 實(shí)施情況

優(yōu)選使用頻次較高注汽四站2號(hào)鍋爐實(shí)施，改造后鍋爐參數(shù)為額定排量18t/h、壓力15MPa、蒸汽溫度367℃、熱效率≥88%、過熱度25℃的要求。

4.2 效果分析

注汽壓力14MPa、75%蒸汽焓值為2370kJ/kg，過熱25℃后焓值2814kJ/kg，鍋爐年注汽量按20000噸、增油汽比0.15計(jì)算，年增油445噸。