結垢對注汽鍋爐運行熱工特性的影響

游天榮

摘要：注汽鍋爐燃用油質燃料，相應的吹灰設備較少，且吹灰周期也較長，因此現場設備均結一定厚度的灰垢，另外鍋爐水質條件較差，爐管內結有一定水垢。通過對注汽鍋爐的設計和校核計算，結果發現：灰垢厚度增加對管壁溫度影響不大，但影響鍋爐的傳熱效果，使得排煙溫度升高，降低了鍋爐的熱效率，浪費燃料;水垢厚度增加對鍋爐效率影響不大，但會使得管壁溫度急劇增高，厚度太大可能引起鍋爐管束的爆裂，嚴重影響鍋爐運行的安全性。要使注汽鍋爐安全經濟地運行，工作人員應嚴格控制好鍋爐的水垢和灰垢的厚度。

關鍵詞：注汽鍋爐;水垢;灰垢;鍋爐效率;爐管壁溫

The Effects of Scaling on Steam Injection Boiler Operation Characteristics

Abstract：The steam injection boiler use oil for fuel，the soot blowing equipment is not enough and soot blowing period is long，so the field devices have a certain thickness of ash fouling.Furthermore the water conditions of boiler is poor，so there is a certain amount of scale in the furnace tubes.Through the design and check calculation of steam injection boiler，we found that ash fouling has little effect on the wall temperature，but it will affect the boiler’s heat transfer effect，cause the exhaust gas temperature higher，decrease the thermal efficiency of the boiler and waste fuel.Scale has little effect on the boiler efficiency，but it will cause the high wall temperature.If the thickness of scale is too large，it will cause the boiler tubes burst，seriously affect the safety of boiler operation.In order to make the steam injection boiler run safely and economically，thus the worker should strictly control the ash fouling and scale.

Keywords：Steam Injection Boiler;Scale;Ash fouling;Boiler Efficiency;Furnace Wall Temperature

第1章? 緒論

注汽熱力采油是一種有效的稠油開采方法，其利用注汽鍋爐產生的高溫蒸汽對油藏進行加熱，起到降粘，提高原油流動性，以提高稠油開采率的作用。因此，注汽鍋爐是熱力采油的關鍵地面設備。稠油熱采技術從1986年開始引進新疆油田，作為熱采技術主要設備的“高壓注汽鍋爐”一直在油田生產中發揮著重要作用。二十多年來，隨著稠油產量的增加，注汽鍋爐的數量也在大幅增加，從最初的十多臺增加到現在的幾百臺。

油田注汽鍋爐在運行中由于各種原因易造成爐管結垢，污垢會極大地影響鍋爐的導熱能力，水垢和灰垢的導熱系數比鋼鐵的要小數十倍到數百倍，故爐管結垢將導致爐管的傳熱性能明顯降低，導致燃料浪費，受熱面因過熱而損壞，影響鍋爐的安全運行。

本課題主要通過對注汽鍋爐的設計計算，改變水垢和灰垢的厚度再對鍋爐進行熱力計算，得到注汽鍋爐的爐管壁溫、鍋爐效率、管壁溫度等熱工特性參數與灰垢和水垢之間的關系，從而提出注汽鍋爐安全運行應檢測的宏觀參量以及解決結垢的方法。參考了有關重油蒸汽鍋爐的特性[1] 和注汽鍋爐水質問題[2] 兩篇外文文獻。

第2章? 鍋爐熱平衡計算

2.1 研究內容

應用一臺蒸發量為23t/h的注汽鍋爐，鍋爐給水壓力14MPa、蒸汽干度0.8。在設計的鍋爐上，分別變化水垢厚度、灰垢厚度，研究結垢對鍋爐效率、管壁溫度的影響，為鍋爐安全運行提供支持。設計中所需要的鍋爐熱力參數和燃料特性如下：

2.1.1 鍋爐參數

本次課題中的鍋爐型號采用上海四方-休斯頓熱力系統公司的SG50-NDS-25型

鍋爐

①額定蒸發量 =23t/h②出口壓力 =17.2MPa

③蒸汽干度 =0.8④蒸汽溫度 =354℃

⑤給水溫度 =20℃⑥給水壓力 =14MPa

⑦排污率 =2%⑧冷空氣溫度 =30℃

2.1.2 燃料特性

本次課題中的燃料選用100#重油[3]

=2.00%， =0.05%， =82.50%， =12.5%， =0.55%， =1.91%， =0.49%，

=40546kJ

2.2 鍋爐熱平衡計算

熱平衡計算是為了計算各項熱損失，進而確定鍋爐的熱效率和所需的燃料量。

2.2.1鍋爐整體熱平衡計算

應用反平衡法對對鍋爐進行熱效率計算

1、通過變化水垢厚度，對鍋爐整體進行校核計算，得出水垢對注汽鍋爐的影響。

將上述計算結果整理成表2-1

從上述表格可以看出，對流段的灰垢厚度對輻射段和對流段的管壁溫度幾乎都沒有影響，但對排煙溫度影響較大，灰垢厚度增加0.2mm，鍋爐效率就降了1%。

第3章? 結論及建議

目前油田上的注汽鍋爐多少都存在結垢的問題，因此研究結垢對注汽鍋爐運行熱工特性的影響還是很有意義的。通過研究結垢對注汽鍋爐運行熱工特性的影響，得出了以下兩點結論。

1、水垢對管壁溫度的影響較大，管溫過高會造成鍋爐爆管，嚴重影響鍋爐的安全運行;水垢對排煙溫度以及鍋爐效率影響很小。因此在實際生產中，為了鍋爐的安全運行，一定要嚴格控制水垢的厚度，一般不超過1mm，要定期對注汽鍋爐進行酸洗，鍋爐的清洗參考劉繼和的注汽鍋爐[4] 。

2、對流段的灰垢厚度對輻射段和對流段的管壁溫度幾乎都沒有影響，但對排煙溫度影響較大，嚴重影響鍋爐效率，浪費了燃料，降低了鍋爐的經濟效益。因此在實際生產中，為了鍋爐的經濟運行，一定要嚴格控制好灰垢的厚度，超過規定值時要進行清灰處理。

參考文獻：

[1] Jorge Barroso，Felix barreras，Javier Ballester.Behavior of a high-capacity steam boiler using heavy fuel oil[J].Fuel Processing Technology，2004，Vol.86（2），pp.89-105

[2] Anonymous.Get Help with Steam Boiler Water Problems[J].Process Heating，2010，Vol.17（11），pp.8

[3] 張偉，宋文霞，楊肖曦.鍋爐原理課程設計[M].青島：中國石油大學大學出版社，2013

[4] 劉繼和，孫素鳳[M].注汽鍋爐（第三版）.北京：石油工業出版社，2007.8

（作者單位：新疆油田公司重油開發公司）