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              注汽鍋爐煙氣余熱回收節能技術的研究應用

                 日期:2016-05-10     來源:論文網    瀏覽:64    

                注汽鍋爐已廣泛低應用于油田稠油熱采中,即向油層中注入高溫高壓蒸汽,既可以提高油層溫度、降低稠油粘度,又可以使油層壓力升高、增加驅油能力。

                一、引言

                注汽鍋爐已廣泛低應用于油田稠油熱采中,即向油層中注入高溫高壓蒸汽,既可以提高油層溫度、降低稠油粘度,又可以使油層壓力升高、增加驅油能力。目前,各油田運行的注汽鍋爐多為高壓直流鍋爐,蒸汽發生量一般在9-23t/h 之間,壓力在8-17MPa 之間,設計熱效率≥85%,火用效率37%左右。在實際運行過程中,熱效率僅在80%左右,而效率只有30%左右分別比實際值低5 個百分點和7 個百分點。造成熱效率低的主要因素是排煙溫度過高和過剩空氣系數不適。

                為此,余熱回收技術被應用于注汽鍋爐中,取得了良好的節能效果。這里對煙氣余熱回收技術進行分析研究。火用是一種評價能量價值、衡量做功能力的參數,火用效率作為能量轉換系數既考慮了能的數量,又考慮了能的質量,因此火用效率的提高更能反映余熱回收技術的可行性。

                二、注汽鍋爐煙氣余熱回收分析

                1. 注汽鍋爐余熱利用分析

                通過研究表明,注汽鍋爐熱效率及火用效率隨α 的變化而變化,當排煙溫度不變時,α 越大,注汽鍋爐熱效率及火用效率越低;當α 不變時,排煙溫度越高,注汽鍋爐熱效率及火用效率越低。分析表明,當排煙溫度160℃,過量空氣系數1.0 的時候熱效率最高,但是在實際測量中,不可能達到這樣的數據,研究表明,排煙溫度200℃左右,過量空氣系數1.05-1.15 時,熱效率能提高到87%左右,而火用效率也有很大提高。分析表明,降低注汽鍋爐排煙溫度對提高鍋爐的效率起決定性作用,如果能通過實施煙氣余熱回收技術降低鍋爐排煙溫度,并合理控制過剩空氣系數,能有效降低鍋爐排煙熱損失和火用損,提高鍋爐的熱效率和火用效率。

                2. 注汽鍋爐煙氣余熱回收方式

                注汽鍋爐煙氣余熱回收利用主要有三種方式:①煙氣余熱預熱空氣;②煙氣余熱預熱燃油;③煙氣余熱預熱給水。經技術調研發現,這三種余熱回收方式對鍋爐本體熱效率的影響是不同的。以下對這三種預熱方式對鍋爐本體熱效率的影響進行比較:

                (1)煙氣余熱預熱空氣對熱效率的影響

                在采用煙氣余熱預熱空氣后,將改善燃料霧化條件,改進爐膛燃燒狀況,提高爐膛溫度,降低過剩空氣系數。可見,預熱空氣將對排煙損失、化學未完全燃燒損失及機械未完全燃燒損失帶來影響,而對表面散熱損失不會產生較大影響。

                (2)煙氣余熱預熱燃油對熱效率的影響

                燃油溫度的高低,會影響燃油的粘度,進而影響燃油燃燒時的霧化質量,特別是渣油,粘度高會引起油槍結焦。燃油粘度隨溫度升高而降低。這將改善燃油入爐后的霧化質量,降低機械未完全燃燒損失及化學未完全燃燒損失。

                另外,鍋爐絕熱燃燒溫度亦隨燃油溫度的升高而升高,由公式Q=F*K*△t 可知,絕熱溫度的提高增大了爐內輻射換熱系數,提高了傳熱溫差△t 和鍋爐總換熱系數。因此,煙氣余熱預熱燃油有利于降低排煙溫度、機械未完全燃燒損失及化學未完全燃燒損失,從而提高了鍋爐熱效率。

                (3)煙氣余熱預熱給水對熱效率的影響煙氣余熱預熱給水相當于提高鍋爐入口介質的溫度,減小傳熱溫差△t,但只要控制得當,鍋爐入口介質的量足夠的大,傳熱溫差△t 下降的不太明顯,鍋爐煙氣余熱就能夠被再利用。煙氣余熱預熱給水可以直接降低排煙溫度,再配合以合理的過剩空氣系數,鍋爐的熱效率將得以顯著提高。

                上述研究表明,煙氣余熱預熱空氣、煙氣余熱預熱燃油都不會削弱傳熱溫差△t,在理論上是較為理想的煙氣余熱方式。但上述兩種方式的實現工藝過于復雜、初期投資較大、系統操控方便,而煙氣余熱預熱給水的實現工藝簡單、投資少見效快,只要系統參數控制得當,完全能滿足降低鍋爐排煙熱損失,提高鍋爐熱效率的要求。

                三、煙氣余熱給水工藝的研究

                1. 余熱回收裝置

                煙氣余熱利用裝置是一種高效氣―水換熱器,利用裝置中傳熱元件實現鍋爐尾氣和循環水的熱量交換,達到煙氣余熱回收利用的目的,在現場運行中可將回收的熱量用于儲油罐加熱、站內采暖及鍋爐給水的預熱等。目前油田用煙氣余熱利用裝置有兩類:一類為導熱油余熱利用裝置,一類為熱元件余熱利用裝置。其中,導熱油余熱利用裝置特點是不易結垢,但熱量回收率低。熱元件余熱利用裝置不易腐蝕,對水質也有一定的要求。

                煙氣余熱利用裝置由上、下聯箱、殼體、銷釘管穿熱管組及外部流程管線組成。該裝置中傳熱管采用橫向沖刷錯列形式,管內走水,管外走煙氣。其結構特點為:①結構緊湊,相同換熱面積的銷釘管余熱回收裝置和換熱設備與普通光管的設備相比,其體積和占地面積數倍地減少;②維修方便,銷釘管是采用整根無縫鋼管制造完成的,各銷釘管之間用彎頭連接;③受壓元件熱應力小,每一件受壓元件在整體組裝時,無任何強制組裝現象,因而不會產生組裝應力,同時設備在運行過程中,熱應力小;④可高效連續的運行,銷釘管技術具有較強的防垢、防灰和自除垢、除灰能力,因而其設備可以長時間的保持高效運行,這是普通光管換熱設備所不能比擬的。

                針形管換熱器是煙氣余熱預熱給水裝置,將該換熱器安裝在注汽鍋爐對流段煙道上,并用調節閥調節進入換熱器的水量,測試證明,該工藝施工簡單,運行控制方便,特別適用于注汽鍋爐系統,以達到節能優化的作用。

                2. 余熱回收在注汽鍋爐實例中應用的效果

                將該技術應用于油田采油廠,該注汽鍋爐運行參數為:給水壓力17Mpa,給水溫度24℃,給水流量7t/h,出口蒸汽壓力16.8Mpa,蒸汽溫度358.5℃,蒸汽干度70%,排煙溫度為220℃,燃油進口流量430kg/h,燃油進口溫度93℃,霧化蒸汽壓力0.6Mpa,根據鍋爐原理里的公式可以計算得,煙氣量為4437Nm3/h,煙氣帶走熱量2155599.58kJ/h。如果利用余熱回收技術把排煙溫度降至200℃,給水溫度由24℃升至40℃,蒸發量為7t/h,煙氣帶走熱量為1930387.68 kJ/h,前后二者之差225211.9 kJ/h 即為余熱資源量。根據能量平衡分析法和火用分析法對該鍋爐進行計算并分析,注汽鍋爐注汽鍋爐在改造前后的能量平衡衡算結果結論清楚表明其節能效果。

                四、結論

                本文提出了利用回收注汽鍋爐煙氣余熱預熱給水提高注汽鍋爐熱效率和火用效率的技術,分析了造成注汽鍋爐熱效率和火用效率過低的原因和注汽鍋爐可利用的煙氣余熱,選取回收余熱預熱給水的方式,并針對實例分析了煙氣余熱預熱給水所取得的效果。

                (1)當前油田注汽鍋爐熱效率和火用效率普遍低于設計值,主要原因是排煙溫度過高,過剩空氣系數控制不當,煙氣中攜帶大量的熱量,這部分熱量應該充分利用。

                (2)降低排煙溫度和控制過量空氣系數來減少排煙損失,分析表明,當排煙溫度降低到200℃,過量空氣系數控制在1.05-1.15 之間時,熱效率和火用效率可以達到一個比較理想的值。

                (3)通過煙氣余熱回收技術預熱給水,充分利用煙氣余熱,將給水溫度從24℃升高到40℃,實例衡算表明,熱效率提高了6 個百分點,火用效率也提高了3 個百分點。

                (4)在運行中應注汽注汽鍋爐對流受熱面清垢的工作,以有效地把排煙溫度控制在200℃左右。

               
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