蒸汽锅炉排烟温度高的问题分析及处理

许海东，秦斌，马建营，钟柯(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300450)

0 引言

稠油是一种复杂的、多组分的有机混合物，主要由烷烃、芳烃、胶质和沥青组成。稠油中一般含硫、氧、氮等杂质，有的还含有一些稀有金属，如镍(Ni)和钒(V)，这对炼制提出特殊要求。 稠油中沥青、胶质含量高，轻质馏分很少，随着胶质与沥青含量增高，稠油的密度、黏度也增加，高黏度、高密度是稠油的主要特征，这也是区别与普通轻质原油的主要指标。稠油开采过程中需要通过蒸汽将油层中的原油进行加热，来降低稠油的黏度，达到增加稠油在油层中流动性的目的。而蒸汽的获取需要通过锅炉中液(气)体燃料的燃烧，也就是将燃料的化学能通过燃烧的方式转变成热能，来达到使锅炉水沸腾产出水蒸气的目的。而调整锅炉的燃烧负荷来使产生的蒸汽具有相应的温度、压力和干度，使其满足注入地层的要求。锅炉就是把燃料的化学能转变成蒸汽的热能的设备，锅炉要实现燃料的燃烧过程和热量的传递过程，基本结构包含两个，一是锅，也就是水变成蒸汽的装置，二是炉，也就是燃料燃烧的装置。某热采平台采用的锅炉型号为YZG18-18.1-D，表示油田注汽锅炉蒸发量每小时18 t，额定蒸汽压力18.1 MPa，使用油气双燃料[1]。

锅炉的组成主要由辐射段、对流段、过渡段、燃料油换热器和锅炉系统。锅炉系统主要包括燃料油的空气雾化和蒸汽雾化系统、纯油燃烧系统、燃气燃烧系统、柴油燃烧系统、混烧系统、自控系统和取样冷却系统。而锅炉系统也称作锅炉辅助设备，它是保证锅炉正常运行的必要条件，也是必需设备[2]。

1 蒸汽锅炉出现排烟温度高的问题分析

某热采平台饱和蒸汽锅炉B炉出现排烟温度持续高的现象，其排烟温度达到高报值300 ℃，而锅炉排烟温度高高320 ℃，会造成锅炉停炉。因此就无法保证锅炉的蒸汽干度与蒸汽温度，从而对注热造成影响。排烟温度主要用于监测锅炉烟气的数值，而锅炉的烟气是通过换热的方式在对流段起到加热锅炉给水，从而节省锅炉燃料达到提高锅炉热效率的作用。对流段主要都是盘管盘踞在锅炉的烟道里，使其更好地换热，充当锅炉的辅助受热面的作用，其吸热量约占总吸收热量的40%左右。而锅炉的排烟温度高，说明其热效率下降，吸收热量不足，导致其升高。一月份、二月份、三月份锅炉使用情况分别如图1、图2、图3所示。

图1 一月份锅炉使用情况登记表

图2 二月份锅炉使用情况登记表

图3 三月份锅炉使用情况登记表

通过锅炉使用情况登记表，可以得出两台锅炉在三个月份内的利用率(如图4所示)。

图4 一、二、三月份锅炉使用率

根据锅炉使用率，可以得出锅炉B炉在三个月份内使用率较高。某平台锅炉燃烧燃料为燃料油、天然气、柴油。燃料油就是通过平台原油处理系统所得温度较高、含水较少的原油。油田注汽锅炉燃料为重油，油品必须去除杂质和水分。而根据工况，某平台在锅炉运行过程中主要采用燃料油作为主燃料。由于燃烧主要燃料为燃料油，燃料油在燃烧之后会产生杂质，在日常运行过程中会堆积在锅炉对流段管线上，而锅炉B炉处于长时间运行状态，造成锅炉对流段管线积灰严重，换热效率降低。锅炉内燃料燃烧产生的烟气是对锅炉水加热的重要途径之一。利用锅炉燃料燃烧产生烟气的余热对锅炉水进行加热。燃烧产生的烟气无法充分与对流段中锅炉水进行换热，继而造成排烟温度高。对流段管线积灰情况如图5所示。

图5 对流段管线积灰情况

根据导热的计算公式：

式中：Q为导热速率(W)；A为导热面积(m2)；为温度梯度(K/m)；λ为比例系数，称为导热系数(w/m·K)；

可以得出，锅炉对流段积灰严重，会造成管壁厚度Δδ增加，根据公式可以得出导热速率Q与管壁厚度Δδ成反比关系，从而导热速率Q下降，锅炉烟气换热效率下降，锅炉烟气得不到充分的换热，使排烟温度升高。

2 处理措施及依据

通过锅炉90天运行排烟温度的数据记录表作分析，如表1所示。根据运行情况分析，锅炉在运行两个月之后，锅炉烟气温度有明显上升趋势，达到锅炉烟气温度高报的临界值。所以在锅炉运行两个月之后，应对锅炉对流段进行整体管线吹灰，从而防止排烟温度过高，对注热造成影响。对流段管线吹灰之后情况如图6所示。根据导热公式，我们可以得出影响排烟温度的因素，从而可以采取一些在线措施对锅炉排烟温度进行降温，避免锅炉因排烟温度过热而造成停炉。

图6 对流段管线吹灰之后情况

表1 锅炉运行排烟温度记录表

(1)将锅炉对流段入口水管线的旁通进行打开，通过旁通可以增大对流段入口水的水量，达到使对流段入口水温降低的目的。从而使排烟温度与水温之间的温度差Δt增加。根据公式导热速率Q与温差Δt成正比关系，所以导热速率Q增加，提高了换热效率，达到降低烟温的效果。

(2)将锅炉水的排量增大，也就是提高锅炉水供给泵的频率，使其在单位时间内通过的水量体积增加，从而可以达到变向的增加导热面积A的效果。根据公式导热速率Q与导热面积A成正比关系，所以随着导热面积A的增大，而导热速率Q必然增大。提高了换热效率，达到降低烟温的效果。

(3)对锅炉进行在线吹灰，通过空气对锅炉对流段的积灰进行在线吹扫，使对流段管段的管壁与烟气接触的厚度降低，即降低管壁厚度Δδ。根据公式导热速率Q与管壁厚度Δδ成反比关系，管壁厚度Δδ越小则导热速率Q越大，提高了换热效率，达到降低烟温的效果。

除以上措施之外，还可以利用锅炉的风门开度，将锅炉的风门开度降低，使烟气在对流段停留的时间增加，使其可以充分换热，换热效果增加，从而达到降低排烟温度的效果；或者降低锅炉的燃烧负荷，使其燃烧产水的总热值下降，从而使排烟温度降低。但通过锅炉燃烧负荷调整的话，会导致锅炉燃烧的蒸汽干度以及蒸汽温度下降，无法保证注入地层的蒸汽质量，对注热效果产生不良影响，不建议采用。干度是表示蒸汽质量的一个重要指标，对稠油开采效果影响较大。由于饱和水是逐渐变成干饱和蒸汽的，所以锅炉的受热面内是水和蒸汽的汽水混合物，有水混在一起的蒸汽为湿蒸汽，每公斤湿蒸汽(汽水混合物)中干蒸汽的含量(重量含量)称为干度，在一定压力下，干度越高，其对原油的加热能力越强。

3 结语

锅炉排烟温度高主要说明对流段炉管积灰严重，炉管吸热性能下降，锅炉热损失增加，热效率降低，增加了锅炉的耗能。从而在锅炉运行的过程中要及时通过在线吹灰、风门开度等手段调节锅炉的排烟温度，可以更好地提高锅炉的换热效率、达到节约能源的目的。在日常操作维护过程中，要及时对锅炉对流段炉管进行在线吹灰，及时缓解锅炉排烟温度上高的程度。在锅炉使用两个月左右停运的时候，要对锅炉对流段炉管进行开盖整体吹灰，保持炉管热效率。蒸汽锅炉排烟温度的变化直接影响着锅炉的排烟热损失，成正比关系。如果排烟温度升高，蒸汽锅炉排烟热损失也会增加。在正常情况下，如果能够降低蒸汽锅炉排烟温度15 ℃到20 ℃，则能够降低1%的排烟热损失。不过，如果排烟温度过低，达到了燃料烟气露点温度以下，可能会造成尾部受热面结灰堵塞的情况，导致尾部受热面腐蚀。因此在温度控制中也要加以注意。