优化最佳过量空气系数提高注汽锅炉热效率

刘铁哲（辽河油田公司质量节能管理部）

辽河油田以稠油开采为主，而注蒸汽开采稠油已经成为开采高粘度稠油的常规方法。注蒸汽采油的主要设备就是注汽锅炉，因此提高注汽锅炉的热效率可以有效的提高开采稠油的经济效益。目前注汽锅炉的热效率大都在80%左右，因此如何提高注汽锅炉的热效率成为注蒸汽采油面临的重要问题。影响注汽锅炉的因素有很多种，而其中最重要的因素就是过量空气系数α。

目前很多注汽锅炉确定过量空气系数都是根据以往的经验，而实际生产中过量空气系数的确定需要考虑生产现场的各方面因素[1]。过量空气系数过大会增加排烟热损失，而过量空气系数过小又会使燃料不能够充分燃烧，增加气体不完全燃烧热损失和固体不完全燃烧热损失[2]。

1 过量空气系数和各项热损失的关系

在实际生产过程中，锅炉供燃料燃烧的实际空气量要比燃料燃烧所需的理论空气量多一些，这样才能保证燃料尽可能的完全燃烧[3]。实际空气量与理论空气量的比值为过量空气系数，即

式中：

α——过量空气系数；

Vs——实际空气供给量，m3；

V0——理论空气供给量，m3。

1.1 过量空气系数与排烟热损失的关系

排烟热损失可根据如下经验公式计算：

式中：

q2——排烟热损失，J；

tpy——排烟温度，℃；

t0——排烟处空气温度，℃。

根据实际运行中的现场检测，排烟热损失是锅炉热损失中最大的一项，所以要尽量降低这项损失，从式（2）中可以看出，降低过量空气系数就可以有效地降低排烟热损失，从而提高锅炉热效率。

1.2 过量空气系数与化学不完全燃烧热损失的关系

根据如下经验公式计算：

其中

式中：

q3——化学不完全燃烧热损失，J；

β——燃料特性系数；

RO2——烟气中二氧化硫和二氧化碳的含量。

化学不完全燃烧热损失占锅炉热损失中很小一部分，但是对整个锅炉的热效率还是有一定的影响。在实际生产中，一氧化碳的含量微乎其微，可以认为是不变的。由式（3）可以看出，化学不完全燃烧热损失与过量空气系数几乎成线性关系。

1.3 过量空气系数和物理不完全热损失的关系

根据如下经验公式计算：

式中：

q4——物理不完全燃烧热损失，J；

tk——环境温度，℃。

由式（5）可以看出，物理不完全燃烧的热损失不仅与过量空气系数有关，还与排烟热损失有关。

2 确定最佳过量空气系数

在锅炉正常运行过程中，排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、物理不完全燃烧热损失的总和占锅炉总热损失的80%左右[4]。因此，（q2+q3+q4）最小时锅炉的热效率达到最大，所以就要确定（q2+q3+q4）最小时的过量空气系数。 q2、 q3、q4与过量空气系数的关系如图1所示。

图1 过量空气系数与各热损失关系

如图1所示，当α=αzj时，（q2+q3+q4）达到最小值，此时，锅炉的热效率最大。在实际生产中，就要让过量空气系数无限的接近αzj，但是实际中由于燃料种类和工况都是不断变化的，所以我们根据以往的经验来调整过量空气系数就无法使其达到最佳值，而且还会有很大的误差存在。如果能够根据不停变化的工况和燃料种类来得出相应的过量空气系数最佳值，即αzj，就可以根据这个值对过量空气系数进行修正，从而保证锅炉在一个较高的热效率下运行。

由式（6）可以看出，（q2+q3+q4）是α 的一个二次函数，所以当（q2+q3+q4）为最小值时有

由式（7）可知，当知道锅炉运行中的排烟温度、环境温度和烟气中CO 的含量，就可以算出此时的最佳过量空气系数。

3 结论

从理论分析结果可以看出，合理调整过量空气系数可以有效的降低锅炉的热损失，提高锅炉热效率，从而使经济效益显著提高。通过现场测试环境温度、烟气温度及CO 含量确定该工况下的最佳过量空气系数，并及时对锅炉进行调整，保证注汽锅炉的运行始终保持在一个较高的水平上。

[1]韩秀丽.空气过剩系数对锅炉热效率的影响[J].陕西工学院院报,2002,18(4):56-58.

[2]施益昌.通过控制过量空气系数提高注汽锅炉热效率[J].管道技术及设备,2004(1):16-17.

[3]叶江明.电厂锅炉原理及设备[M].北京:中国电力出版社,2004:57-58.

[4]高峰.锅炉热经济性燃烧调整分析[J].锅炉技术,2007,38(4):43-46.