注汽锅炉提效技术的研究与分析

刘兵

摘要：辽河油田稠油、超稠油产量占总产量的60%，蒸汽吞吐、蒸汽驱及SAGD为稠油、超稠油的主要开采方式。注汽锅炉作为蒸汽发生设备，也是稠油油田主要的能耗设备，占总能耗的80%以上。提高注汽锅炉的效率对于降低稠油油田的生产运行成本具有重要意义。

关键词：注汽锅炉  热效率  对流段  过渡段

辽河油田稠油、超稠油产量占总产量的60%，蒸汽吞吐、蒸汽驱及SAGD为稠油、超稠油的主要开采方式。辽河油田现有注汽锅炉300余台，年注汽量约为2500×104t，年耗天然气约为16×108m3，注汽系统能耗占总能耗的80%以上。现有注汽锅炉是按JB/T 10094《工业锅炉 通用技术条件》设计，设计时热效率为85%。根据TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规定》标准（及2017年1#修改单）要求，燃用天然气时锅炉热效率不得低于92%，因此需对注汽锅炉进行提效改造，使其达到标准要求。

辽河油田自2017年开始进行注汽锅炉提效技术的研究与分析，通过对118台注汽锅炉进行检测，其平均热效率为87.2%，平均排烟温度为198.6℃，排烟温度过高是影响注汽锅炉热效率的主要因素，因此，注汽锅炉提效技术主要为增加锅炉对流段受热面积，减少锅炉排烟热损失的技术路线，主要包括对流段改造、过渡段改造及烟囱改造。

一、对流段改造技术方案

现有23t/h注汽锅炉对流段采用“梯形”结构（图1所示），最大外形尺寸为（长×宽×高）：4132mm×2373mm×3885mm，，总重28.8t。

注汽锅炉提效改造技术为新建对流段，由两部分组成（图2所示），上对流段为冷凝换热区，下对流段包括下对流换热区和蒸发区，对流段安装于过渡段上面，与烟筒连接，两段之间设置烟气转向室。

锅炉冷凝段（图3）由低温防腐蚀翅片管组成，采用水平蛇形管布置形式，采用09CrCuSb耐腐蚀管材。外形尺寸为（长×宽×高）：4312mm×2448mm×2432mm，总重18.0t。

下对流换热面是由对流段和蒸发段组成，其中蒸发段为光管结构，布置于高温烟气区，为3排光管，管束材质为15CrMoG（GB/T 5310），管子之间采用相同材质的弯头连接。对流段布置于蒸发段上面，为光管+翅片管组成（图4），采用“方箱形”结构，采用3排光管+8排翅片管，管束材质为20G（GB/T 5310），管子之间采用相同材质的弯头连接。最大外形尺寸为（长×宽×高）：4312mm×2448mm×2644mm，总重21.4t。

改造前后参数比较见表1：

改造后对流段增加换热面444.3m2，水阻力增加了0.48MPa，现有锅炉柱塞泵能够满足要求（现有锅炉汽水阻力2.065MPa，柱塞泵允许压降2.8MPa），不需要进行改造。烟气阻力增加了85.8Pa，炉膛压力不会发生较大的变化，不会影响燃料燃烧和火焰形状，原有鼓风机可满足要求，不需要增加平衡通风设备或更换风机。

二、过渡段改造技术方案

现有23t/h注汽锅炉过渡段（图4）是起连接作用的一个半圆形烟气转向通道，没有布置受热面。现场大部分过渡段保温效果较差，表面腐蚀较大。

注汽锅炉提效改造技术为更换注汽锅炉过渡段，并采用气凝胶复合保温技术降低外表面温度，表面温度满足TSG G0002-2010《锅炉节能技术监督管理规定》标准要求。新建过渡段最大外形尺寸为（长×宽×高）：4553mm×2800mm×2465mm，总重3.8t。

三、烟囱改造技术方案

注汽锅炉提效改造后新建对流段与现有锅炉对流段烟气出口尺寸不同，需要新建注汽锅炉烟囱。改造后烟囱外形尺寸为（长×宽×高）：1000mm×1000mm×1500mm，总重0.6吨。烟囱采用Q235B材质，表面除锈后刷耐热漆，并涂刷烟囱漆。烟囱预留有烟气污染物排放检测口。

通过实施注汽锅炉提效改造后，可实现注汽锅炉热效率由87.2%提升至92%，以23t/h注汽锅炉为例，注汽单耗65.7m3/t，注汽量12×104t/a，消耗天然气量788×104m3/a;实施锅炉提效改造后注汽单耗62.3m3/t，消耗天然气量748×104m3/a，较改造前减少40×104m3/a，按天然气价格1.69元/m3计算，年节约燃气费用68万元，单台锅炉改造费用约150万元，投资回收期约2.2年。截至2020年底辽河油田共改造自有23台23t/h注汽锅炉，投资3195萬元，节气1045×104m3，经济效益为1766万元。未来几年将根据投资情况每年继续改造15-20台注汽锅炉，通过提高注汽锅炉热效率，减少天然气消耗，降低稠油开采成本，同时减少CO2的排放，助力“双碳目标”的实现。