浅议利用烟气余热降低注汽锅炉热损失

张绮伦

摘要：本文对油田热注锅炉回收烟气预热的必要性进行分析，提出了注汽锅炉烟气余热回收的方案，并通过测试分析证实了注汽锅炉烟气余热回收的效果。

关键词：锅炉;余热;热效率;损失

辽河油田作为世界最大稠油油田，蒸汽吞吐是稠油开采最常见、应用最广泛的设备，作为蒸汽吞吐的基础设备，油田专用注汽锅炉在稠油开采中发挥了举足轻重的作用，但经对注汽锅炉进行热态综合测试，锅炉平均正平衡热效率为82.4%，未能达到先进节能技术指标的要求，通过开展敏感性因素分析工作，发现锅炉排烟热损失占锅炉热损失的80.14%，成为制约注汽锅炉热效率水平的最主要因素，为此，我们开展了注汽锅炉排烟余热回收技术研究现场应用，取得了良好的节能效果。下面将对注汽锅炉烟气余热回收技术进行简要介绍。

1 注汽锅炉烟气余热回收技术研究

1.1注汽锅炉余热利用潜能分析

注汽锅炉在燃烧正常运行的条件下，其热损耗主要表现在三个方面：一是排烟热损失，二是炉体散热损失，三是未完全燃烧热损失。其中，排烟热损失约占注汽锅炉系统热损失的80.14%，成为影响锅炉热效率最敏感性因素，为了提高注汽锅炉的热效率，控制排烟热损失这一最敏感因素是最佳途径，而影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和过剩空气系数。例如，为将注汽锅炉的热效率提高至88%，通过对锅炉实测数据进行分析计算，得出了在空气过剩系数a一定时确保热效率88%时的最高排烟温度，以及在排烟温度一定时，确保热效率88%时的最大空气过剩系数。

理论分析表明：降低锅炉排烟温度对提高锅炉热效率起决定性作用，只要能通过实施锅炉烟气余热回收技术降低锅炉排烟温度，并合理控制过剩空气系数，就能够有效地降低锅炉排烟热损失，提高锅炉的热效率。

1.2注汽锅炉烟气余热利用技术研究

1.2.1 注汽锅炉烟气余热回收方式研究

注汽锅炉烟气余热回收利用主要有三种方式：①烟气余热预热空气;②烟气余热预热燃油;③烟气余热预热给水。经技术调研发现，这三种余热回收方式对锅炉本体热效率的影响是不同的。以下对上述三种预热方式对锅炉本体热效率的影响进行比较：

（1）烟气余热预热空气对热效率的影响

在采用烟气余热预热空气后，将改善燃料雾化条件，改进炉膛燃烧状况，提高炉膛温度，降低过剩空气系数。可见，预热空气将对排烟损失、化学未完全燃烧损失及机械未完全燃烧带来影响，而对表面散热损失不会产生较大影响。

（2）烟气余热预热燃油对热效率的影响

燃油温度的高低，会影响燃油的粘度，进而影响燃油燃烧时的雾化质量，特别是渣油，粘度高会引起油枪结焦。

另外，锅炉绝热燃烧温度亦随燃油温度的升高而升高，由公式可知，绝热温度的提高增大了炉内辐射换热系数，提高了传热温差和锅炉总换热系数。因此，烟气余热预热燃油有利于降低排烟损失、机械未完全燃烧损失及化学未完全燃烧损失，从而提高了锅炉热效率。

（3）烟气余热预热给水对热效率的影响

烟气余热预热给水相当于提高锅炉入口介质的温度，降低排烟温度，在理论上会减小传热温差，但只要控制得当，锅炉烟气余热就能够被再利用。烟气

余热预热给水可以直接降低排烟温度，再配合以合理的过剩空气系数，锅炉的热效率将得以显著提高。

上述研究表明，烟气余热预热空气、烟气余热预热燃油都不会削弱传热温差，在理论上是较为理想的烟气余热方式。但上述两种方式的实现工艺过于复杂、初期投资较大、系统操控不方便，而烟气余热预热给水的实现工艺简单、投资少见效快，只要系统参数控制得当，完全能满足降低锅炉排烟热损失、提高锅炉热效率的要求。

1.2.2 烟气余热预热给水工艺的实现

设计工艺选用针型管换热器为烟气余热预热给水装置，将该换热器安装在注汽锅炉对流段烟道上，并用调节阀A调节进入换热器的水量。测试证明，该工艺施工简单，运行控制方便，非常适应于注汽锅炉系统的日常管理。

1 硬度水的硬度定义是水中钙盐和镁盐含量的总和，通常以1L水中含有10mgCaCl或者7.2mg的MgCl定义为1硬度。由于钙盐和镁盐都是溶解度较小的沉淀，进入炉管内多数会沉积下来，长久以往，会形成大量水垢，为了减少和避免这类情况的发生，一般规定水的硬度为零。

2 钠盐的含量

钠盐的溶解度较大，一般情况下不会产生沉淀，但如果水中NaSO的浓度高于5mg/L，依然可能产生一定程度的沉淀现象。所以。规定给水中NaSO的含量不能超过10mg/L。

3 铁盐的含量

给水中铁盐的分布是部分沉淀于炉管内，剩余的都溶解在蒸汽内，由于锅炉的工作环境是高温高压，温度越高，压强越大，蒸汽中铁盐的含量越大。为了防止铁盐在炉管内的沉淀以及其溶解在水蒸气中的铁盐对炉管的腐蚀，规定给水中的铁盐含量大约在5-10μg/L

4 氧氣的含量

显然，如果给水中氧气的含量过高，必然会对炉管带来严重的腐蚀。所以规定给水中的氧气含量必须为零。

5 pH值

适当的pH值（一般保持在弱碱性范围）可以防止给水中的二氧化硅沉积在炉管内，还可以防止炉管金属的酸性腐蚀。但同时碱性也不能过高，否则会使得水中的碳酸分解，产生过量CO气体对炉管产生不利影响。

2 注汽锅炉烟气余热回收利用技术现场应用情况

该技术经系统测试，锅炉热效率由85.1%上升至88.11%，主要有以下几个方面的表现：

（1）排烟热损失大幅下降

燃油锅炉排烟温度由240℃降至155℃，从而使排烟热损失由以往的10.5%降至7.8% 。

（2）锅炉水汽流程的传热效果得以强化

注汽锅炉加装余热利用装置后，不仅吸收锅炉烟气余热，降低排烟热损失还使得进出锅炉对流换热面的工质温差由加装余热利用装置前的170℃升至210℃，锅炉对流换热段的工质达到280℃左右，处于沸腾状态，从而有效地强化了对流段的换热效果，进一步提高了锅炉的热效率。

经测算，应用该技术后单炉年节约燃料油305.3吨，折标煤436.2吨，创经济效益28.3万元。

结论

本技术集先进性、适用性、经济性于一身，系统操控简便，节能效果明显，节能空间很大，具有推广价值。