结垢对注汽锅炉运行热工特性的影响

游天荣

摘要：注汽锅炉燃用油质燃料，相应的吹灰设备较少，且吹灰周期也较长，因此现场设备均结一定厚度的灰垢，另外锅炉水质条件较差，炉管内结有一定水垢。通过对注汽锅炉的设计和校核计算，结果发现：灰垢厚度增加对管壁温度影响不大，但影响锅炉的传热效果，使得排烟温度升高，降低了锅炉的热效率，浪费燃料;水垢厚度增加对锅炉效率影响不大，但会使得管壁温度急剧增高，厚度太大可能引起锅炉管束的爆裂，严重影响锅炉运行的安全性。要使注汽锅炉安全经济地运行，工作人员应严格控制好锅炉的水垢和灰垢的厚度。

关键词：注汽锅炉;水垢;灰垢;锅炉效率;炉管壁温

The Effects of Scaling on Steam Injection Boiler Operation Characteristics

Abstract：The steam injection boiler use oil for fuel，the soot blowing equipment is not enough and soot blowing period is long，so the field devices have a certain thickness of ash fouling.Furthermore the water conditions of boiler is poor，so there is a certain amount of scale in the furnace tubes.Through the design and check calculation of steam injection boiler，we found that ash fouling has little effect on the wall temperature，but it will affect the boiler’s heat transfer effect，cause the exhaust gas temperature higher，decrease the thermal efficiency of the boiler and waste fuel.Scale has little effect on the boiler efficiency，but it will cause the high wall temperature.If the thickness of scale is too large，it will cause the boiler tubes burst，seriously affect the safety of boiler operation.In order to make the steam injection boiler run safely and economically，thus the worker should strictly control the ash fouling and scale.

Keywords：Steam Injection Boiler;Scale;Ash fouling;Boiler Efficiency;Furnace Wall Temperature

第1章  緒论

注汽热力采油是一种有效的稠油开采方法，其利用注汽锅炉产生的高温蒸汽对油藏进行加热，起到降粘，提高原油流动性，以提高稠油开采率的作用。因此，注汽锅炉是热力采油的关键地面设备。稠油热采技术从1986年开始引进新疆油田，作为热采技术主要设备的“高压注汽锅炉”一直在油田生产中发挥着重要作用。二十多年来，随着稠油产量的增加，注汽锅炉的数量也在大幅增加，从最初的十多台增加到现在的几百台。

油田注汽锅炉在运行中由于各种原因易造成炉管结垢，污垢会极大地影响锅炉的导热能力，水垢和灰垢的导热系数比钢铁的要小数十倍到数百倍，故炉管结垢将导致炉管的传热性能明显降低，导致燃料浪费，受热面因过热而损坏，影响锅炉的安全运行。

本课题主要通过对注汽锅炉的设计计算，改变水垢和灰垢的厚度再对锅炉进行热力计算，得到注汽锅炉的炉管壁温、锅炉效率、管壁温度等热工特性参数与灰垢和水垢之间的关系，从而提出注汽锅炉安全运行应检测的宏观参量以及解决结垢的方法。参考了有关重油蒸汽锅炉的特性[1] 和注汽锅炉水质问题[2] 两篇外文文献。

第2章  锅炉热平衡计算

2.1 研究内容

应用一台蒸发量为23t/h的注汽锅炉，锅炉给水压力14MPa、蒸汽干度0.8。在设计的锅炉上，分别变化水垢厚度、灰垢厚度，研究结垢对锅炉效率、管壁温度的影响，为锅炉安全运行提供支持。设计中所需要的锅炉热力参数和燃料特性如下：

2.1.1 锅炉参数

本次课题中的锅炉型号采用上海四方-休斯顿热力系统公司的SG50-NDS-25型

锅炉

①额定蒸发量 =23t/h②出口压力 =17.2MPa

③蒸汽干度 =0.8④蒸汽温度 =354℃

⑤给水温度 =20℃⑥给水压力 =14MPa

⑦排污率 =2%⑧冷空气温度 =30℃

2.1.2 燃料特性

本次课题中的燃料选用100#重油[3]

=2.00%， =0.05%， =82.50%， =12.5%， =0.55%， =1.91%， =0.49%，

=40546kJ

2.2 锅炉热平衡计算

热平衡计算是为了计算各项热损失，进而确定锅炉的热效率和所需的燃料量。

2.2.1锅炉整体热平衡计算

应用反平衡法对对锅炉进行热效率计算

1、通过变化水垢厚度，对锅炉整体进行校核计算，得出水垢对注汽锅炉的影响。

将上述计算结果整理成表2-1

从上述表格可以看出，对流段的灰垢厚度对辐射段和对流段的管壁温度几乎都没有影响，但对排烟温度影响较大，灰垢厚度增加0.2mm，锅炉效率就降了1%。

第3章  结论及建议

目前油田上的注汽锅炉多少都存在结垢的问题，因此研究结垢对注汽锅炉运行热工特性的影响还是很有意义的。通过研究结垢对注汽锅炉运行热工特性的影响，得出了以下两点结论。

1、水垢对管壁温度的影响较大，管温过高会造成锅炉爆管，严重影响锅炉的安全运行;水垢对排烟温度以及锅炉效率影响很小。因此在实际生产中，为了锅炉的安全运行，一定要严格控制水垢的厚度，一般不超过1mm，要定期对注汽锅炉进行酸洗，锅炉的清洗参考刘继和的注汽锅炉[4] 。

2、对流段的灰垢厚度对辐射段和对流段的管壁温度几乎都没有影响，但对排烟温度影响较大，严重影响锅炉效率，浪费了燃料，降低了锅炉的经济效益。因此在实际生产中，为了锅炉的经济运行，一定要严格控制好灰垢的厚度，超过规定值时要进行清灰处理。

参考文献：

[1] Jorge Barroso，Felix barreras，Javier Ballester.Behavior of a high-capacity steam boiler using heavy fuel oil[J].Fuel Processing Technology，2004，Vol.86（2），pp.89-105

[2] Anonymous.Get Help with Steam Boiler Water Problems[J].Process Heating，2010，Vol.17（11），pp.8

[3] 张伟，宋文霞，杨肖曦.锅炉原理课程设计[M].青岛：中国石油大学大学出版社，2013

[4] 刘继和，孙素凤[M].注汽锅炉（第三版）.北京：石油工业出版社，2007.8

（作者单位：新疆油田公司重油开发公司）