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        注汽鍋爐提效技術(shù)的研究與分析

        2021-03-07 00:13:45劉兵
        科技研究·理論版 2021年16期

        劉兵

        摘要:遼河油田稠油、超稠油產(chǎn)量占總產(chǎn)量的60%,蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)及SAGD為稠油、超稠油的主要開采方式。注汽鍋爐作為蒸汽發(fā)生設(shè)備,也是稠油油田主要的能耗設(shè)備,占總能耗的80%以上。提高注汽鍋爐的效率對于降低稠油油田的生產(chǎn)運行成本具有重要意義。

        關(guān)鍵詞:注汽鍋爐 ?熱效率 ?對流段 ?過渡段

        遼河油田稠油、超稠油產(chǎn)量占總產(chǎn)量的60%,蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)及SAGD為稠油、超稠油的主要開采方式。遼河油田現(xiàn)有注汽鍋爐300余臺,年注汽量約為2500×104t,年耗天然氣約為16×108m3,注汽系統(tǒng)能耗占總能耗的80%以上?,F(xiàn)有注汽鍋爐是按JB/T 10094《工業(yè)鍋爐 通用技術(shù)條件》設(shè)計,設(shè)計時熱效率為85%。根據(jù)TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》標準(及2017年1#修改單)要求,燃用天然氣時鍋爐熱效率不得低于92%,因此需對注汽鍋爐進行提效改造,使其達到標準要求。

        遼河油田自2017年開始進行注汽鍋爐提效技術(shù)的研究與分析,通過對118臺注汽鍋爐進行檢測,其平均熱效率為87.2%,平均排煙溫度為198.6℃,排煙溫度過高是影響注汽鍋爐熱效率的主要因素,因此,注汽鍋爐提效技術(shù)主要為增加鍋爐對流段受熱面積,減少鍋爐排煙熱損失的技術(shù)路線,主要包括對流段改造、過渡段改造及煙囪改造。

        一、對流段改造技術(shù)方案

        現(xiàn)有23t/h注汽鍋爐對流段采用“梯形”結(jié)構(gòu)(圖1所示),最大外形尺寸為(長×寬×高):4132mm×2373mm×3885mm,,總重28.8t。

        注汽鍋爐提效改造技術(shù)為新建對流段,由兩部分組成(圖2所示),上對流段為冷凝換熱區(qū),下對流段包括下對流換熱區(qū)和蒸發(fā)區(qū),對流段安裝于過渡段上面,與煙筒連接,兩段之間設(shè)置煙氣轉(zhuǎn)向室。

        鍋爐冷凝段(圖3)由低溫防腐蝕翅片管組成,采用水平蛇形管布置形式,采用09CrCuSb耐腐蝕管材。外形尺寸為(長×寬×高):4312mm×2448mm×2432mm,總重18.0t。

        下對流換熱面是由對流段和蒸發(fā)段組成,其中蒸發(fā)段為光管結(jié)構(gòu),布置于高溫煙氣區(qū),為3排光管,管束材質(zhì)為15CrMoG(GB/T 5310),管子之間采用相同材質(zhì)的彎頭連接。對流段布置于蒸發(fā)段上面,為光管+翅片管組成(圖4),采用“方箱形”結(jié)構(gòu),采用3排光管+8排翅片管,管束材質(zhì)為20G(GB/T 5310),管子之間采用相同材質(zhì)的彎頭連接。最大外形尺寸為(長×寬×高):4312mm×2448mm×2644mm,總重21.4t。

        改造前后參數(shù)比較見表1:

        改造后對流段增加換熱面444.3m2,水阻力增加了0.48MPa,現(xiàn)有鍋爐柱塞泵能夠滿足要求(現(xiàn)有鍋爐汽水阻力2.065MPa,柱塞泵允許壓降2.8MPa),不需要進行改造。煙氣阻力增加了85.8Pa,爐膛壓力不會發(fā)生較大的變化,不會影響燃料燃燒和火焰形狀,原有鼓風機可滿足要求,不需要增加平衡通風設(shè)備或更換風機。

        二、過渡段改造技術(shù)方案

        現(xiàn)有23t/h注汽鍋爐過渡段(圖4)是起連接作用的一個半圓形煙氣轉(zhuǎn)向通道,沒有布置受熱面?,F(xiàn)場大部分過渡段保溫效果較差,表面腐蝕較大。

        注汽鍋爐提效改造技術(shù)為更換注汽鍋爐過渡段,并采用氣凝膠復合保溫技術(shù)降低外表面溫度,表面溫度滿足TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》標準要求。新建過渡段最大外形尺寸為(長×寬×高):4553mm×2800mm×2465mm,總重3.8t。

        三、煙囪改造技術(shù)方案

        注汽鍋爐提效改造后新建對流段與現(xiàn)有鍋爐對流段煙氣出口尺寸不同,需要新建注汽鍋爐煙囪。改造后煙囪外形尺寸為(長×寬×高):1000mm×1000mm×1500mm,總重0.6噸。煙囪采用Q235B材質(zhì),表面除銹后刷耐熱漆,并涂刷煙囪漆。煙囪預留有煙氣污染物排放檢測口。

        通過實施注汽鍋爐提效改造后,可實現(xiàn)注汽鍋爐熱效率由87.2%提升至92%,以23t/h注汽鍋爐為例,注汽單耗65.7m3/t,注汽量12×104t/a,消耗天然氣量788×104m3/a;實施鍋爐提效改造后注汽單耗62.3m3/t,消耗天然氣量748×104m3/a,較改造前減少40×104m3/a,按天然氣價格1.69元/m3計算,年節(jié)約燃氣費用68萬元,單臺鍋爐改造費用約150萬元,投資回收期約2.2年。截至2020年底遼河油田共改造自有23臺23t/h注汽鍋爐,投資3195萬元,節(jié)氣1045×104m3,經(jīng)濟效益為1766萬元。未來幾年將根據(jù)投資情況每年繼續(xù)改造15-20臺注汽鍋爐,通過提高注汽鍋爐熱效率,減少天然氣消耗,降低稠油開采成本,同時減少CO2的排放,助力“雙碳目標”的實現(xiàn)。

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