油田注汽锅炉烟气余热回收节能经济性分析

王勇

摘要：简要介绍了目前油田注汽锅炉烟气余热回收节能中的两种技术方案。通过以货币作为统一的度量单位，对两种技术方案的投资效果进行量化计算，以期合理决策取得最佳经济效果的技术方案。

关键词：注汽锅炉 节能 经济性

一、引言

新疆油田注蒸汽开采是稠油开发较成熟的手段，油田注汽锅炉作为生产高温、高压蒸汽的特种设备，在油田稠油注采设备中起重要作用。其能耗占开采总能耗的60%以上，因此油田注汽锅炉是稠油开采的主要耗能设备。分析油田注汽锅炉的特性可知，油田注汽锅炉的热损失主要为排烟热损失，其在总损失中占比超90%以上。降低排烟热损失是油田注汽锅炉节能提效的主要方向。

利用注汽锅炉烟气余热加热锅炉燃烧空气降低锅炉排烟温度提高锅炉热效率是油田注汽锅炉节能项目的首选。目前，随着油田注汽锅炉烟气余热回收节能技术的发展，出现了常规余热回收节能和烟气余热深度利用节能两种节能技术方案。

通常情况下，一个节能项目技术方案的优劣不仅仅取决于技术效率，还取决于经济效率。本文通过对两种烟气余热回收技术方案的经济对比评价，帮助节能项目投资单位在技术效率和经济效益之间寻求最佳配合，选择出最恰当的技术方案。

二、技术方案及经济收益

（一）技术方案

常规烟气余热回收节能是在注汽锅炉对流段上面安装一个烟气空气换热器，利用烟气余热加热进锅炉的自用燃烧空气。烟气温度降低约40℃，空气温度升高约50℃。常规烟气余热回收节能只回收了排烟的部分显热，节能率约在2%左右。

烟气余热深度利用节能是利用烟气冷凝技术，在锅炉尾部增设烟气冷凝模块，利用烟气余热加热进锅炉的自用燃烧空气。因新疆油田冬季环境温度可达零下30℃，因此冬季运行时烟气温度将会下降到烟气露点以下使烟气中水蒸汽冷凝并释放潜热。烟气余热深度利用节能夏季运行只回收了排烟的部分显热，但冬季运行时在回收显热的同时还回收了部分潜热。烟气温度降低80℃～110℃，空气温度升高100℃～150℃。节能率约在5%左右。

两种节能技术方案均提高了注汽锅炉燃烧空气的温度，改进了注汽锅炉燃烧工况。但对于注汽锅炉原配置常温型燃烧器则须更换为高温型燃烧器。常规烟气余热回收节能电耗增加7.5KW。烟气余热深度利用节能电耗增加11KW。

（二）经济收益测算

根据锅炉热效率计算公式η=Qg/BjQr

按锅炉实际负荷运行[B1]=1360标方/时，[η]=89.5%情况下，常规烟气余热回收节能为方案一，烟气余热深度利用节能为方案二。

方案一：节约天然气量为

ΔB=（Δη/η+Δη）*B=29.73标方/时

按每标方天然气2.03元，并考虑电耗增加7.5KW，电价以每度0.68元计，油田注汽锅炉每天节约

29.73×24×2.03—7.5×0.68×24=1326元

假定锅炉运行负荷为80%，每台23T/H油田注汽锅炉每年可节约资金：

365×1326×0.8=38.72万元

方案二：节约天然气量为

ΔB=（Δη/η+Δη）*B=71.96标方/时

按每标方天然气2.03元，并考虑电耗增加11KW，电价以每度0.68元计，油田注汽锅炉每天节约

71.96×24×2.03—11×0.68×24=3326元

假定锅炉运行负荷为80%，每台23T/H油田注汽锅炉每年可节约资金：

365×0.8×3326=97.12万元

方案一：综合烟气空气换热器、更换高温型燃烧器及安装总投资约90万元。

方案二：综合烟气冷凝模块、更换高温型燃烧器及安装总投资约200万元。以节能装置寿期年数[n]=10，两个方案净现金流量如表1。

三、经济效益评价

项目经济效益评价体系主要为时间性指标、价值性指标和比率性指标。下面从三个方面的指标来评价两个技术方案的经济效益。

（一）时间性指标

即收回投资所需要的时间，即投资回收期。根椐是否考虑资金时间价值，分为简单投资回收期T0和折现投资回收期Tm。对于一次投入，每年等额获益的项目

T=C/C0

式中 T0—简单投资回收期

C—投入资本

C0—每年的等额收益

方案一简单投资回收期为： T01=90/38.72=2.32年

方案二简单投资回收期为： T02=200/97.12=2.06年

在投资回收期较短时，Tm和T0两者相差不大。

（二）价值性指标

价值性指标反映一个项目的现金流量相对于基准投资收益率所能实现的盈利水平。最主要最常用的价值性指标是净现值及净年值。

净现值（NPV ）是指投资项目按基准收益率将各年的净现金流量折现到投资起点的现值之代数和。所谓基准收益率是指要求投资达到的最低收益率。

净现值NPV ≥0时，表示投入资本可获得等于或大于预期的投资效果，以净现值大的方案为优。对于一次投入，每年等额获益的项目

NPV=- C+C0·SPWFin

式中NPV - 净现值

C - 投入资本

C0 - 每年的等额收益

SPWFin - 年金现值系数 SPWFin ={ [（1+ i）n-1]/i（1+i）n}其中n为年收益率

以年收益率 i=20%计算

SPWF2010 =4.192

净现值NPV 1=-90+38.72×4.192=72.31（万元）

NPV 2=-200+97.12×4.192=207.13（万元）

（三）比率性指标

比率性指标是反映投资盈利能力的相对指标。主要包括内部收益率和净现值率等。

1、净现值率（NPVR ）

净现值率是指净现值与投资现值之比。它表明单位投资所获得的超额净收益。以净现值率大的为优。对于一次投入，每年等额获益的项目

NPVR = NPV/C

式中 NPVR - 净现值率

NPV - 净现值

C - 投入资本

按公式计算两个方案的净现值率

NPVR 1 =72.31/90=0.803

NPVR 2 =207.13/200=1.036

2、内部收益率（IRR ）

内部收益率最通俗的理解为项目投资收益能承受的货币贬值，通货膨胀的能力，它表明方案投资的盈利能力，同时内部收益率也表示项目操作过程中抗风险能力。比如内部收益率10%，表示该项目操作过程中每年能承受货币最大贬值10%，或通货膨胀10%，最大风险为10%。

当内部收益率大于基准收益率时，说明投入资本可获得大于预期的投资效果。内部收益率越高则预期的投资效果越好，故以内部收益率大的方案为优。内部收益率采用试差逐步逼近法和内插法求算。

方案一：假定i=41%，SPWF4110=2.36

NPV=-90+38.72×2.36=1.38

假定i=42%， SPWF4110=2.31

NPV=-90+38.72×2.31=-0.58

依公式IRR =id+[ NPV d/（NPV g + NPV d）]*（ig - id）

IRR 1=41+[1.38/（0.58+1.38）]*（42-41）=41.64

方案二：假定i=47%， SPWF4710=2.08

NPV =-200+97.12×2.08=2.001

假定i=48%， SPWF4810=2.042

NPV =-200+97.12×2.042=-1.67

依公式IRR =id +[ NPV d/（︱NPV g︱+ NPV d）]*（ig - id）

IRR 2=47+[2.001/（1.67+2.001）]*（48-47）=47.55

见表2。

四、结束语

虽然方案二的一次性投资较方案一高，但通过两个方案投资回收期、净现值及净现值率和内部收益率的计算，从经济评价的时间性、价值性和比率性三个方面的指标对比发现方案二优于方案一，所以烟气余热深度利用节能的方案二应为优选方案。油田注汽锅炉烟气余热回收节能应大力推广采用烟气冷凝技术的深度余热回收节能方案。