注汽锅炉节能技术应用

2017-02-28唐永江中国石油辽河油田分公司

石油石化节能 2017年2期

唐永江（中国石油辽河油田分公司）

注汽锅炉节能技术应用

唐永江（中国石油辽河油田分公司）

注汽锅炉大量应用于稠油热采开发的辽河油田，由于使用年限较长、技术及设备不完备等原因，导致注汽锅炉普遍存在燃料消耗量大、表面温度高、热能损失多、热效率低等问题。通过有针对性地实施注汽锅炉绝热保温技术、柴油起炉技术、稳燃室改进等一系列节能降耗技术的研究与应用，有效地降低了注汽锅炉的表面温度约22℃，降低注汽单耗3 kg/m3，注汽锅炉热效率提高了2%以上，减少了能量损失；同时，减少了污染物排放，降低了生产成本。

注汽锅炉；节能；热效率

辽河油田某采油厂目前拥有注汽锅炉设备13台，其中燃煤加热炉1台、燃煤注汽炉1台、石油焦注汽炉4台、燃油注汽炉7台，年均燃料成本6800万元以上。由于技术和管理上的欠缺，各种注汽锅炉普遍存在热效率低、燃料消耗量大、热能损失多等缺点。特别是石油焦注汽锅炉，国内应用较少，没有成熟的技术可供参考。几年来，围绕节能降耗，提高注汽效率，减少污染，采取了一系列技术改进手段，大幅提高了石油焦注汽锅炉热效率，减少能量损失，降低生产成本。

1 注汽锅炉绝热保温技术

1.1 技术原理

注汽锅炉自身散热达到总热量损失的20%左右[1]。通过对注汽锅炉炉体表面喷涂GR-200绝热保温涂料，进行隔热保温处理，以此减少注汽锅炉自身的热量损失。GR-200绝热保温涂料具有绝热、保温、抗辐射、防腐、防水等优点，是新一代的绝热保温材料。该涂料以多孔微珠为功能填料，采用复合配方研制而成。其绝热性能出众，同时具有防辐射性能，质量轻，延伸率良好，可涂覆于不同环境下各种基材表面。

1.2 技术特点

1）绝热性能。经过测试分析中心检测，其50℃热导率为0.10 W/(m·K)，经过与聚苯乙烯泡沫样品的隔热比较试验，喷涂GR-200绝热保温涂料的箱子要比用聚苯乙烯泡沫填充的箱子的温度平均低8.1℃。0.5 mm的绝热保温涂层用量能够取得与110 mm聚苯乙烯泡沫板相同的绝热保温效果。绝热性能测试如表1所示。

2）辐射性能。GR-200绝热保温涂料采用了储箱保温技术，而且融入了卫星天线表面采用的太阳能热反射技术成果，具有优异防辐射性能，其辐射系数为0.87，反射比为0.96。

3）附着力。GR-200绝热保温涂料具有良好的吸附性，可以直接喷涂于金属、玻璃、陶瓷、玻璃钢等基材表面，形成牢固的绝热保温涂层。喷涂基材表面温度范围在18～175℃之间，能适应多种环境。在涂层没有完全固化的情况下，经过划格法测试附着力，测试结果就能达到0级。该绝热保温涂料的树脂乳液与多孔微珠填料能起到隔音作用，可用于工业降噪，密度为0.47 g/cm3。

4）阻燃性。通过航天科技集团测试分析中心检测，GR-200绝热保温涂层的火焰蔓延率为4%，其闪点不燃。通过使用无溴、无卤环保助燃剂进行燃烧试验，涂层在燃烧过程中迅速产生膨胀碳保护层，隔绝空气达到阻燃的作用，防止表面火焰进一步扩散。整个燃烧过程低烟、无毒。

5）防腐性能。该绝热保温涂料本身含有一定的防腐成分。使用时，主要靠涂层直接附着在被隔热体的表面，中间不含空气，可有效阻隔水汽的冷凝和侵入。其次自身有很好的耐老化性能，长期暴晒不会开裂，耐水性优良，弹性好，耐高低温交变性好，能有效保护被隔物体的表面不被氧化，进而达到防腐蚀目的。

表1 GR-200绝热保温涂料绝热性能

1.3 应用效果

在5台锅炉上进行了炉体表面绝热保温涂覆试验，总投入经费47.5万元。经现场测量对比，平均节能2%左右。使用绝热保温涂料前，炉体表面温度75℃以上，使用后降低至53℃。不仅降低炉体表面温度，有效减少了锅炉热量损失，而且更改善了锅炉周边工作环境。

2 注汽锅炉节能技术改造

2.1 石油焦注汽锅炉柴油起炉改造

原有的4台石油焦注汽锅炉，每次用稳燃室起炉需消耗原油2 t左右，全年需要大量原油作为燃料。同时，该起炉方式需天然气引燃，增加了安全风险。为了减少单耗、降低成本，研制了一种小型柴油点火系统，转换点火方式，达到节约成本的目的。在现有设备基础上，完成柴油点火系统的结构原理设计，采用柴油压力雾化电极引燃，替代现有的原油起炉方式，达到节能目的。同时，该点火系统满足注汽锅炉的耐压、防爆要求，有效提高安全性（图1）。

改进前，每次点火消耗原油2 t，年点火约48次，4台石油焦炉年消耗成本120万元以上；目前采用柴油点火，年均消耗成本只需40.24万元。起炉技术改造实施后，达到了减少成本、节约能源的效果。改成柴油点火系统后，不需要电加热，有效解决了管路和油枪的堵塞现象，减小了对油枪的损害。采用压力雾化电极直接点燃的点火方式，取消了天然气引燃系统。第二支油枪和第三支油枪点火容易，附属设备少。改造后系统安全可靠，操作简单，缩短了起炉时间；中途停炉后可以马上起泵点火。油泵不用长期工作，延长了设备使用寿命，降低了系统故障率。

2.2 稳燃室改进

由于石油焦锅炉工艺上的要求，锅炉本体中存在一段稳燃室，其作用是产生一个高达1200℃的高温区，使得石油焦碳化燃烧。稳燃室内部与火焰直接接触的为耐火层，材料为含锆特级砖。处于耐火砖与锅炉外壳之间的为保温层，包括保温砖、二级砖、一级砖（从外到内）。当炉体受热之后，保温层膨胀系数大于耐火层的受热膨胀系数。保温层受热膨胀将耐火层涨裂。每次维修费用都高达十几万元。维修之后也只能注汽3～5井次。为了降低维修费用，节约生产成本，提高经济效益，现研制一新型炉体保温层结构，达到稳燃室长期使用的效果。这样既能节约生产成本，又能提高锅炉使用率。

图1 改造前后锅炉点火方式对比

对耐火砖及保温砖的热膨胀性能进行了试验，对稳燃室的力学特性和受热条件做了初步研究。在相关科研机构的帮助下，改进耐火层及保温层的结构，对稳燃室火焰气体流体进行了力学计算，重新设计了稳燃室的结构，与专业厂家技术合作，完成稳燃室改造。改造后，稳燃室的维修次数由平均每年4～5次降低到1次，大大降低了维修费用。新结构稳燃室的投入使用，不仅降低了锅炉的维修成本，而且使燃料燃烧更完全，减少了污染气体的排放，对于保护环境具有重要的意义；同时使炉膛保温更好，提高了锅炉的热效率，节省了燃料。

2.3 燃煤锅炉对流段改造

在使用中发现，燃煤注汽炉对流段原有入孔狭窄，致使吹灰无法彻底进行，常有大量遗留死角，容易堵塞通风道，使引风加大，耗电量增加，并且烟温无法充分吸收，直接影响对流段热效率，增加单耗[2]。经过认真分析对流段积灰原因及组分，寻找解决办法[3]。在充分论证以后，决定在对流段护板侧面重开入孔，入孔直径1.2 m，入孔门板厚度0.2 m，极大方便了吹灰的进行。改造前单耗165 kg/m3，改造后单耗降低到162 kg/m3，全年节约煤300 t以上。

2.4 减少锅炉配套设备磨损

与13台注汽锅炉配套使用的各型电动机、泵、风机、压缩机及工程机械共计140余台，每年共耗电766×104kWh，消耗柴油120.5 t，消耗各种润滑油5 t。由于传统润滑，润滑油变质快，机械摩擦损失较大，占到消耗能量的35%～40%。为了提高能源利用率，结合实际，反复论证，采用超强抗磨润滑护理纳米技术，降低磨损，减少维修成本。

统计数据显示，该技术使用后，年节电率达到12%；延长换油周期，节约润滑油60%；5台工程机械节约燃油10%；13台注汽炉年节约维修费用28万元。