稠油蒸汽吞吐熱采鍋爐節(jié)能技術(shù)研究

稠油蒸汽吞吐熱采鍋爐節(jié)能技術(shù)研究

1注汽鍋爐技術(shù)改造的必要性柴油擠出熱采是一項(xiàng)高產(chǎn)、高成本的開發(fā)工藝。其主要設(shè)備是注汽爐。在保證注汽質(zhì)量的同時(shí)，還需要對(duì)不適當(dāng)?shù)墓に囘M(jìn)行改造，以加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)和新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，從而降低重油開采成本，提高熱采效率。2當(dāng)前分析2.1鍋爐適用的熱損失,有基礎(chǔ)充河南油田井樓油區(qū)現(xiàn)有的注汽鍋爐均為1986~1991年引進(jìn)的,使用年限已達(dá)11~16年,由于各鍋爐投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間長,造成爐內(nèi)保溫層損壞,保溫效果差,熱損失加大,并且由于積灰、積渣造成鍋爐的傳熱效果變差,主要表現(xiàn)為鍋爐排煙溫度從設(shè)計(jì)的220~240℃上升至260~290℃,熱損失平均增大了1~2個(gè)百分點(diǎn)。鍋爐保溫性能下降,爐體散熱過大,進(jìn)一步降低了爐膛溫度,偏低的爐膛溫度導(dǎo)致鍋爐未完全燃燒,熱損失增大,煙氣中的雜質(zhì)增多,過多的雜質(zhì)又致使鍋爐煙氣的黑度減小,削弱了鍋爐輻射段輻射換熱強(qiáng)度,使分布在鍋爐尾部對(duì)流段上的熱量偏多,直接導(dǎo)致了鍋爐排煙溫度升高,排煙熱損失增大。2.2給水泵產(chǎn)生余水注汽鍋爐的能耗設(shè)備主要是給水泵和供油泵,給水泵的排量是按照鍋爐最大負(fù)荷設(shè)計(jì)的,而實(shí)際生產(chǎn)中熱采井注汽所需給水量小于給水泵額定排量,如井樓三區(qū)注汽站,給水泵額定排量為23t/h,而實(shí)際上根據(jù)吞吐井配汽需要,給水量每小時(shí)在14.5~23.0t之間波動(dòng),給水量是靠調(diào)節(jié)回水調(diào)節(jié)閥開度來控制的,因此給水泵產(chǎn)生大量富余水,25%以上的高壓給水通過調(diào)節(jié)閥又回到給水泵低壓入口端,造成電能浪費(fèi)。另外,供油泵也存在著同樣的問題,為了保證鍋爐燃燒器油嘴供給壓力穩(wěn)定,以實(shí)現(xiàn)燃料燃燒的穩(wěn)定和鍋爐的平穩(wěn)運(yùn)行,在供油泵排量選型上考慮有較大的富余量,井樓三區(qū)供油泵的額定排量為24m3/h,單臺(tái)鍋爐實(shí)際供油量每小時(shí)在1.00~1.25m3之間變化,運(yùn)行中除少部分供鍋爐燃用外,92%以上的燃料油又都通過回油管線返回儲(chǔ)油罐,使鍋爐的燃料油供給系統(tǒng),存在著嚴(yán)重的“大馬拉小車”現(xiàn)象,造成電能浪費(fèi)。3強(qiáng)制維修措施針對(duì)以上兩個(gè)方面問題,河南油田采油二廠分別進(jìn)行了以下兩個(gè)方面的技術(shù)改造。3.1強(qiáng)化內(nèi)輻射傳熱高溫紅外輻射涂料是近年來國內(nèi)致力開發(fā)的一種新型工業(yè)爐節(jié)能技術(shù)。它主要是利用紅外涂料優(yōu)良的紅外輻射性能來改善工業(yè)爐內(nèi)傳熱,提高工業(yè)爐的能源利用率及其生產(chǎn)能力,保護(hù)涂層基體材料,延長工業(yè)爐的使用壽命,降低生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用,最終獲得增產(chǎn)、節(jié)能及降低生產(chǎn)成本的目的。高溫紅外輻射涂料的節(jié)能機(jī)理國內(nèi)外文獻(xiàn)都有較多的描述,但主要?dú)w結(jié)為:(1)提高鍋爐耐火層輻射率及高溫下爐體的黑度,使?fàn)t內(nèi)溫度提高,強(qiáng)化內(nèi)輻射傳熱。爐墻是鍋爐的一個(gè)重要組成部分,它不僅起到高溫加熱空間的隔離作用,而且還直接參與爐內(nèi)的傳熱過程,并在爐內(nèi)總傳熱中占主導(dǎo)地位。高溫紅外輻射涂料作為一種表面輻射性能改性材料,在高溫下輻射率高達(dá)97%,爐體黑度從原來的0.4~0.45提高到0.98。根據(jù)玻爾茲曼定律,爐體的輻射能量跟其黑度及本身絕對(duì)溫度的四次方成正比,提高爐體的黑度及爐內(nèi)溫度,可顯著強(qiáng)化爐內(nèi)輻射傳熱。(2)改善燃料燃燒的邊界條件,改善燃料燃燒效果。對(duì)于液體燃料,其燃燒過程一般要經(jīng)過加熱、蒸發(fā)、與空氣擴(kuò)散混合以及著火燃燒幾個(gè)階段,爐內(nèi)溫度的升高顯然加速了燃料燃燒的過程。由于鍋爐的最高燃燒效率總是在最高火焰溫度時(shí)出現(xiàn),且大量的現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證鍋爐的爐溫與燃燒效率是對(duì)應(yīng)的。此外,由于該涂料直接噴涂在鍋爐保溫材料的表面,增大了保溫層的熱阻,使鍋爐的保溫性能得以提高,同時(shí)又能防止鍋爐停運(yùn)后高溫鋁巖棉吸附水蒸氣造成的保溫性能下降,以及運(yùn)行時(shí)爐膛高溫?zé)煔鈱?duì)原保溫層的直接沖刷,延長了保溫層的壽命。因此為了解決鍋爐散熱損失大的問題,采油二廠于在井樓三區(qū)注汽站2#爐進(jìn)行了爐內(nèi)噴涂高溫紅外輻射涂料試驗(yàn)。3.2交流系統(tǒng)的交流變槳控制從電機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=60f(1-s)/p可以看出,轉(zhuǎn)速n與頻率f、轉(zhuǎn)差率s成正比,與極數(shù)p成反比,由此可見,改變頻率f、轉(zhuǎn)差率s和極數(shù)p,均能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,而一臺(tái)電機(jī)確定后,p、s即是一定值,這樣通過均勻地改變供電頻率f,即可以平滑地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到變頻調(diào)速的目的。在注汽鍋爐給水系統(tǒng)和供油系統(tǒng)中,給水量和供油量是根據(jù)鍋爐的干度隨機(jī)變化的,對(duì)柱塞泵和螺桿泵來說,在排量一定的情況下,要實(shí)現(xiàn)變量控制的一個(gè)重要途徑,就是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組的供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)調(diào)速,因此在給水系統(tǒng)和供油系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速,可獲得顯著的節(jié)能效果。因此,針對(duì)井樓三區(qū)注汽站2#爐給水泵回流控制以及供油系統(tǒng)工藝流程現(xiàn)狀,以滿足注汽鍋爐安全運(yùn)行、產(chǎn)氣量和出口蒸汽干度穩(wěn)定為前提,采用變頻技術(shù),對(duì)鍋爐給水系統(tǒng)和供油系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,利用變頻器對(duì)給水泵和供油泵的電機(jī)實(shí)施控制,通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速改變供水量和供油量,有效地解決了“供過于求”的現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)給水量和供油量與注汽鍋爐實(shí)際需求相匹配,減少回流能耗,從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。4試驗(yàn)效果及經(jīng)濟(jì)效益分析4.1測試結(jié)果及效果分析河南油田節(jié)能監(jiān)測站對(duì)2#爐進(jìn)行了高溫紅外輻射涂料噴涂前后的鍋爐熱效率對(duì)比測試。鍋爐熱平衡測試對(duì)比情況見表1。對(duì)噴涂高溫紅外輻射涂料前的鍋爐熱平衡測試結(jié)果表明:鍋爐的排煙溫度為231℃,未完全燃燒熱損失0.5%,排煙熱損失為10.4%,爐體散熱損失為2.8%,正平衡熱效率為82.4%,未能達(dá)到相關(guān)節(jié)能技術(shù)指標(biāo)的要求。噴涂工作完成、該爐累計(jì)運(yùn)行638h后,節(jié)能監(jiān)測站在相同測試條件下再次對(duì)該爐進(jìn)行熱效率測試,測試結(jié)果表明:鍋爐的排煙溫度為219℃,爐體外表面平均溫度由平均80℃降為55℃,未完全燃燒熱損失為0.4%,排煙熱損失為10.1%,爐體散熱損失為1.6%,正平衡熱效率升至85.1%。從測試結(jié)果上分析,主要取得以下效果:(1)熱效率提高了2.7%;除爐體散熱損失減少了1.2%外,鍋爐輻射段的輻射換熱能力的提高以及鍋爐的燃燒狀況的改善使其熱效率提高了1.5%。(2)爐體外表面平均溫度下降了25℃,下降幅度達(dá)31%,證明鍋爐保溫性能有所提高;(3)排煙處CO含量降為原來的33%,說明高溫紅外輻射涂料使鍋爐的燃燒狀況獲得了改善;(4)鍋爐熱負(fù)荷也由噴涂前的10.53MW升至10.71MW,提高了1.7%;(5)節(jié)油率4%,單爐連續(xù)運(yùn)行年節(jié)油可達(dá)140t,預(yù)創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益19萬余元。試驗(yàn)證明,高溫紅外輻射涂料的應(yīng)用能使鍋爐燃燒狀況獲得改善,輻射段換熱得到強(qiáng)化,爐體保溫性能得以提高,顯著地提高了鍋爐熱效率,節(jié)能、環(huán)保效果明顯。4.2油泵電機(jī)電流下降(1)河南油田檢測站分別對(duì)安裝變頻器前后給水泵電機(jī)進(jìn)行了能耗對(duì)比測試,測試結(jié)果:平均運(yùn)行電流由130A下降到70A,下降了60A,年節(jié)約電量為22.7萬kWh。(2)供油泵電機(jī)電流由56.8A下降至33.5A,下降了23.3A,年節(jié)約電為8.8萬4kWh。(3)取消給水泵回水調(diào)節(jié)所需的回水調(diào)節(jié)閥、定值器、調(diào)水電磁閥等配件,每年可以節(jié)省一定的維修費(fèi)用,具有潛在的經(jīng)濟(jì)效益。(4)改造完成后能極大地降低鍋爐房內(nèi)給水泵及回水調(diào)節(jié)閥所產(chǎn)生的噪音,延長設(shè)備檢修周期,具有明顯的社會(huì)效益。變頻調(diào)速在注汽鍋爐給水、供油系統(tǒng)中,所具有的自動(dòng)控制功能,有效的解