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稠油热采注汽锅炉节能减排措施实践

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稠油热采注 汽锅 节能 措施 实践
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2011年6月 油 气 田 环 境 保 护 F 1 ·29. 稠油热采注汽锅炉节能减排措施实践 周建平 谢强 郝军 梁疆岭余波 (中国石油新疆油田公司重油开发公司) 摘 要 提高注汽锅炉系统热率是节能降耗、降本增效的主要挖潜方向。为此开展了一系列节能技术的 研究,先后开展了热管空气换热器、高温辐射涂料的节能、硬度在线检测、对流段翅片管硬垢清洗技术的推广应 用,通过这些技术的实施应用,取得一定的社会效益和经济效益。 关键词 油田注汽锅炉 节能降耗热效率 中图分类号:献标识码:A 文章编号:1005—3158(2011)03—0029—04 0 引 言 油田注汽锅炉是一种高能耗设备。新疆油田公 司重油开发公司共有注汽锅炉130台,全年消耗天然 气70099万m。,占稠油热采能耗的8O 以上,而且排 放大量废气。因而开展稠油热采注汽锅炉节能技术 研究与应用,对于降低稠油热采成本、节约能源、减少 废气排放,创建能源节约型企业具有重要意义。 主要是由于锅炉排灰中含有未燃尽的碳所造成。对 于燃油和燃气锅炉,一般认为此项损失为零。 ◆锅炉向环境散热热损失 在锅炉运行过程中,锅炉 与热力管道外壁温度总是高于周围空气温度,故一部 分热量以对流、辐射的方式向外界散发,造成散热损失。 ◆灰渣物理热损失等其他热损失对于燃油和燃气 锅炉而言,此项热损失为零。 1 油田注汽锅炉热损失分析 2 注汽锅炉节能降耗技术研究 油田注汽锅炉是随着稠油热力开采而迅速发展 起来的一种新型工业锅炉。油田注汽锅炉是一种高 压直流锅炉,也是一种高耗能设备,锅炉热损失包括 以下几项 : ◆排烟热损失 锅炉运行时,排出的烟气温度一般 在15O~300℃,有些甚至更高。这样高温度的烟气 排出,有很大一部分热量,造成排烟热损失。排烟热 损失是锅炉各项热损失中最大的一项,电厂大型锅炉 一般为4 ~8 工业锅炉为10%~2O ,油田注 汽锅炉为13 ~15 。 影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟 体积 ]。很显然,排烟温度越高,排烟体积越大,排烟 热损失就越大。 ◆化学未完全燃烧热损失化学未完全燃烧热损失 主要是由于烟气中含有残余的可燃气体所造成的。烟 气中可燃气体含量越高,化学未完全燃烧热损失越大。 影响烟气中可燃气体含量的主要因素是炉内过量空气 系数太低,炉膛温度以及炉内空气动力工况等。 ◆机械未完全燃烧热损失 机械未完全燃烧热损失 注汽锅炉的排烟热损失和散热损失是影响注汽 锅炉热效率的两个主要因素[4],其根源一是燃烧和换 热状况不佳、空气过剩系数过高;二是排烟温度过高; 三是炉体的保温状况较差。因此,只有采取有效措 施,改善锅炉燃烧状况和保温状况,降低锅炉排烟温 度,从而降低排烟热损失和散热损失。从燃烧学、热 力学、传热学三个角度系统地考虑问题,才能从根本 上提高锅炉的热效率。 2.1烟气含氧量自动控制技术 油田注汽锅炉燃烧工况调整,主要靠运行人员用 肉眼观察火焰形状、颜色。在生产实际中,操作人员 有时为防止冒黑烟,加大风量,容易造成空气过量系 数过大,排烟体积过大,而且人员不能及时进行运行 调整,导致锅炉燃烧工况不好,热效率不高,达不到锅 炉规定的热效率水平。实际测得烟气含氧量在5 左右,过量空气系数在1.31左右。 ’ 在不同负荷的运行工况下,将过量空气系数控制 在适当范围内把排烟损失调整到该工况下的最小 值,能提高锅炉热效率,达到节省燃料的目的,同时确 周建平,2006年毕业于中国石油大学(华东)工商管理专业,现在中国石油新疆油田公司重油开发公司供汽二联合站工作。通信地址:新疆克拉玛 依北斗路34000 .30. 油气田环境保护·技术与研究 保排烟温度不超过环保指标,减少环境热污染。因 此,在不改变锅炉原有结构的条件下,加装锅炉烟气 氧含量分析控制仪,分析过量空气系数,再进行调节, 可以达到目的。锅炉烟气含氧量自动控制技术工艺 如图1所示。 图1 注汽锅炉烟气含氧自动控制工艺 在锅炉运行中,当锅炉的燃料量或火量大小基本 恒定,此时燃烧空气的过剩量取决于鼓风机供给的空 气量大小,因此,控制鼓风机的风量即控制了锅炉燃 烧后的过剩空气量。 目前,采取以准确测量烟气中氧含量为前提的 负反馈闭环控制方案。其负反馈闭环控制流程如图 2所示。 图2负反馈闭环控制流程 利用氧化锆测量变送器测得烟气中的过剩氧含 量,将信号送到氧量调节器与设定值进行比较,比较 的结果用节信号控制变频器 直接控制鼓风机的转速,这样形成一个闭环调节系 统,有效控制并稳定了锅炉燃烧过剩空气量,使锅炉 在较高的热效率下燃烧,从而达到高效节能的目的。 2.2现场应用与效果分析 2007年10月,新疆油田公司重油开发公司供汽 二联合站17 供热站,安装了5台烟气氧含量分析控 制仪。通过监测烟气中的排烟温度和氧含量,分析得 出排烟热损失,调节送风挡板,调节过量空气系数,提 高_厂锅炉的热效率。 根据西,监测中心测试报告,安装烟气氧含 量分析控制仪后,锅炉热效率平均提高0.95 ,汽节约消耗0.6 m。天然气。 2008年17 供热站共注汽71.3万t,2009年共 注汽57.6万t,2年共节约天然气77.34万m。’,节约 资金76.18万元,减少废气排放 3热管空气换热器技术 3.1热管传热基本结构 热管传热技术是国际上6进、高效传热技术。 典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成。其内 部是一个抽成高度真空并有适量高纯度工质的密 封管。工作时,管内1.质吸热,蒸发汽化,至冷端 冷却放出热量而凝结。由于热管是以工质相变方 式传递热量,因传热性能极好,是现代传热效率较 高的传热元件。但工业上常用的热管为重力热 管。与普通热管所不同的是重力热管管内没有吸 液芯,而是靠热管内工质的重力工作的。所以和 普通热管相比较,不仅结构简单、制造方便、成本 低廉,而且传热性能优良、工作,因此在各类 传热设备中其应用与日俱增。 3.2热管空气预热器安装工艺 热管空气预热器仍采用传统重力式热 管,热管倾斜右布置方式。为保证锅炉燃烧器 风机进口风压,热管空气预热器烟气余热 收系统应 增设鼓风机,以克服热管空气预热器本体阻力及冷热 空气风道阻力。 热管空气换热器的技术参数: 烟气流量:20000 h;空气流量:15500 h;烟气进口温度:180 C;空气进o c; 烟气出[_=1温度:150~;空气出口温度:50~ 8O。C;烟温下降:40450 C; 气温升:3O~60 C;烟气 阻力:150 收热量:350 热管空气换热器安装在锅炉对流段上部,上接 烟囱。 3.3现场应用与效果分析 2007年11月投资16万元,在新疆油田公刊重油 公司供汽二联合站简配26 供热站一台锅炉f ,进行 到预定效果。 由排烟热损失理论计算:烟气温度升高则热损失 量也上升,排烟温度每升高20~25 C,锅炉热效率就 降低约1个百分点。采用011年6月 周建平等:稠油热采注汽锅炉节能减排措施实践 .31. 进行烟气余热回收后,油田注汽锅炉烟温下降50℃ 左右,锅炉热效率提高2 。以现场23 t/炉烧气为例: 油田注汽锅炉每天节约720元,相当于1 约消耗1.32标m。天然气。 假定锅炉时率为80%,运行负荷为9O ,加装 台23 t/汽锅炉每年可节约天然气19.2万标m。,2年共节 约资金37.82万元,节约天然气38.4万m。,减少废 气排放550.6万m。。 随着油田开发模式的变化,越来越多的采用小型 简配站,由于没有锅炉房,当锅炉冬季运行时,为防止 一2O℃环境温度的空气直接进入炉膛,专门设计了蒸 汽空气加热器对空气加热,浪费了可贵的蒸汽资源; 若采用热管空气换热器不仅利用了烟气余热,而且节 约了蒸汽。 4高温辐射涂料的节能技术 4.1 有更高辐射率的新型水性无机涂料。其组成主要 由高温辐射材料、高温粘结剂以及悬浮剂、稀释剂等 组成,它可以涂敷在各种高温加热炉(受热表面温度 低于1450℃)、退火炉的炉膛内壁表面,强化辐射传 热,达到节能的目的。 提高黑度,增强热吸收率。它采用特种耐酸材料为基 本原料,含有3、3、3、辐射材料,具有耐高温、辐射率高、粘 结牢固、加热均匀,不改变原设备结构等特点。 4.2 型红外线辐射涂料 材料如l2 e2 高岭土等,根据不同使用温度,选择不同的配 方加入粘结剂、稀释剂配制而成的。通常,将该涂料 涂刷在保温层耐火材料的表面上,经高温烧结后形成 一种固化瓷膜,导热系数小,法向全发射率(也称黑 度)高,可达到0.94,而耐火材料的黑度仅有0.6左 右,且黑度随温度升高而降低,该涂料与耐火材料相 匹配,可使黑度提高,达到节能的目的。 4.3现场应用及效果分析 克拉玛依西北节能测试中心对17 供热站3 炉 应用两种类型高温红外辐射涂料喷涂前后的锅炉热 效率对比测试。 对喷涂锅炉热平衡测试,结果表明:锅炉的排烟温度为 231℃,未完全燃烧热损失0.5 ,排烟热损失为10.4 , 炉体散热损失为2.8 ,正平衡热效率为82.4 。 对该炉喷涂高温红外辐射 涂料,该炉累计运行一个月后,在相同测试条件下再 次测试,结果表明:锅炉的排烟温度为190℃,炉体外 表面平均温度由80。未完全燃烧热损失 为0.4 ,排烟热损失为10.1 ,炉体散热损失为 1.6 ,正平衡热效率升至85.1 。 主要取得以下效果: ◆热效率提高了2.7 ;除炉体散热损失减少了1.2 ; ◆炉体外表面平均温度下降了25℃,下降幅度达 31 ,证明锅炉保温性能有所提高; ◆试验数据与计算分析,应用 高温红外辐射涂料后,节气率到达4 。油田注汽锅 炉每天节约1007.95元;假定锅炉热效率为8O ,运行 负荷为90 ,加装热管换热器回收烟气余热后,每台 23 t/6.49万元。 5硬度在线检测技术 5.1 续硬度分析仪是由单波长比色检测方法来确 定样品中钙和镁的浓度。用缓冲液将溶液11,钙镁试剂和样品发生反应。分析仪在混合室 将这两种试剂与样品混合,然后,该溶液被送到检测 器中,520 量其吸光度, 由于通过有颜色的样品,因此光波被部分吸收,透过 的光波被光电检测器检测,检测到的光强度根据朗 伯一比尔定律及仪器内置数据,经计算可得样液的硬 度值。在整个测量范围内,吸光度与硬度成线性关 系。仪器通过两种标样(0和5 ,以 量)确定偏移量和斜率值,从而进行自动校准。 通过自动进样器提取水样,并由多通道阀将水样 及试剂送入混合室内,经比色,读出样品实际的硬度 值,并以电流信号输出。 5.2现场应用及效果分析 使用水质硬度在线监控仪前后对比结果见表1。 由对比结果表可以看出,使用水质硬度在线监控 仪2007年7月前,水处理软化器处理1 .136 用水质硬度在线监控仪后,2007年9 月水处理装置的水处理1 95 水
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