油田注汽锅炉热效率计算

作者简介：陈林政（1972-），男，新疆克拉玛依人，汉族，现职称：高级技师，学历：大学本科，研究方向：热工自动化。

摘 要：锅炉热效率的计算涉及水焓、燃料焓以及空气焓等多个参数，水的焓值计算通常采用IAPWS-IF97公式，参与计算常数及公式过多，本文采用国内学者的简便算法，借助EXCEL强大的数学运算功能，将复杂的注汽锅炉热效率计算转变为简单易操作的计算，使生产一线员工能够随时动态掌握设备运行工况，为注汽锅炉维修、改造提供依据。

关键词：EXCEL 注汽锅炉 热效率 热焓

中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

前言

油田注汽锅炉是稠油开采的重要设备，也是能源消耗的大户。注汽锅炉热效率是检测设备运行效率的重要指标，通过注汽锅炉热效率的计算，可以掌握设备运行状况，为注汽锅炉日常运行、维护维修、设备改造提供理论依据。

掌握EXCEL的使用已经成为员工的一项基本技能。而在此基础上，推广利用EXCEL分析注汽锅炉热效率更加行之有效。

下面我们就如何通过供热站的班报数据实现用EXCEL分析热效率，进行阐述。

1 注汽锅炉热效率计算方法

锅炉有效利用热量（Q1）与燃料输入热量（Qr）的比值即为锅炉热效率（ηgl）。

式中ηgi为锅炉热效率，Q1为锅炉有效利用热量，Qr为燃料输入热量

根据热效率公式，只要计算出锅炉出口湿饱和蒸汽的焓值和燃料燃烧放出的热量，即可计算出锅炉的热效率。

首先计算锅炉有效利用热量，数据从运行班报中采集。选取五号站10号炉班报数据，该设备为干度自控运行设备，报表中的压力值、温度值采用数字温度变送器变和压力变送器计量，精度高于普通的双金属温度表和弹簧管压力表，保证运算数据的准确性。班报数据显示24小时运行参数，删除与热效率计算无关数据，整理重新生成表格。表1如下：

表1：与热效率计算相关数据表

名称

给水

压力

给水

温度

对流段

进口压力

对流段

进口温度

对流段

出口压力

对流段

出口温度

数据

0.4Mpa

52℃

10.2Mpa

52℃

9.1Mpa

254℃

干

度

輻射段

进口压力

辐射段

进口温度

辐射度

出口压力

辐射段

出口温度

天然气

流量

水

量

76%

9Mpa

250℃

4.8Mpa

270℃

1323M3

20.15M3

2 水汽系统焓值的计算

热焓是表示物质系统能量的一个状态函数。本文采用文献1中给出的给水比焓与给水压力、温度的多项拟合式，经过验证，误差在0.5%以内。公式为：

式中hgs为给水焓值，a0-a6、b0-b6为公式常数，t为温度，pgs为压力

将表1中数据带入公式计算出hgs=229.99KJ/kg

出口水蒸气热焓（hˊ）采用文献2的计算方法，饱和水公式为：

hˊ= 78×ln（100×p） + 400×p1/2 ？ 200×p1/3 ？15×p + 200

=78×ln（100×4.8）+400×4.81/2-200×4.81/3-15×4.8+200 =1148.538342KJ/kg

饱和蒸汽（h〞）计算公式为：

h〞 = 35×ln（1000×p） + 2513=35×ln（1000×4.8） + 2513=2809.673KJ/kg

蒸汽出口焓值（h）计算公式为

h=h〞×（χ）+hˊ×（1-χ）

=2809.673×76%+1148.538342×（1-76%）=2411.00KJ/kg

式中χ为蒸汽干度。

通过以上给水焓、蒸汽出口焓的计算就可以计算出锅炉的有效利用热量Q1

Q1=（h-hgs）×T

=（2411.00-229.99） ×20.15×1000=4634437.92KJ/kg

式中，T为水量。

3 燃料输入热量的计算

目前油田注汽锅炉使用燃料为天然气，天然气的燃烧热值与天然气成分有关，天然气的组分可以咨询生产运行部门，一般情况下，天然气低位发热值在35～39 KJ/NM3之间。

计量燃料实际燃烧焓取低位发热值，下面根据天然气成分计算锅炉燃料热值。公式为：

H1=H11r1+h12r2+……+h1nrn

式中 H1、H12为天然气各组分热值，r1、r2为天然气各组分所占百分比。

HI=35.90×90.1%+59.48×3.1%+93.24×2.75%+123.65×0.87%=37.83134KJ/NM3

燃料输入热量Qr= HI×天然气流量=37.83134×1323×1000 =50050856.6 KJ/NM3

将上述各项计算进行整合，导入EXCEL，制作成表2。

表2：注汽锅炉热效率表

给水压力

（Mpa）

给水温度

（℃）

对流段进口压力

（Mpa）

对流段进口温度

（℃）

对流段出口压力

（Mpa）

0.4

52

10.2

52

9.1

对流段出口温度

（℃）

辐射段进口压力

（Mpa）

辐射段进口温度

（℃）

辐射度出口压力

（Mpa）

辐射段出口温度

（℃）

254

9

254

4.8

270

天然气流量（M3）

水量

（M3）

干度

给水预热器（KJ/NM3）

对流段

（KJ/NM3）

1323

20.15

76%

-3946.81

17200481.5

辐射段

（KJ/NM3）

给水进口焓值（KJ/NM3）

给水出口焓值（KJ/NM3）

天然氣焓值（KJ/NM3）

热效率

48581663.62

4407983.64

4634437.92

50050856.6

87.81%

结论和认识：

通过表2中可以看出，将设定好的公式代入EXCEL单元格内，系统就会自动采集数据，在工作薄中快速算出注汽锅炉的热效率。而报表数据可以从无纸化办公的A2系统内拷出复制到报表数据工作薄中，计算非常方便.

作者：陈林政，高级技师，新疆油田重油开发公司供汽二联合站。

参考文献

[1] 水和蒸汽比焓、比容拟合式在饱和蒸汽工业锅炉上的应用 辛少杰等

[2] 适用于汽轮机建模的饱和水和饱和水蒸汽焓值近似公式 张宇，赵书强

[3] 水和水蒸汽的焓_火用_图及其应用研究 王忠杰

[4] 油田注汽锅炉 武占