導語：注汽鍋爐節(jié)能技術(shù)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1從燃燒學角度出發(fā)的技術(shù)對策

從燃燒學角度而言，提高鍋爐熱效率的基本原則就是采取措施改善燃燒效果，如強化燃油霧化、合理配風，使燃料與空氣充分混合，避免或減少燃料在高溫條件下生成碳黑和重質(zhì)碳氫化合物。

1.1優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)改燃油為燃氣

1997年陜甘寧天然氣歷經(jīng)860多公里進京工程，標志著我國開始大力發(fā)展天然氣事業(yè)。限于當前我國能源結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)能力，工業(yè)生產(chǎn)用能源多是煤，石油石化企業(yè)用能源也以煤、石油為主。經(jīng)濟性上，使用煤的成本比石油低，石油的成本比天然氣低，但是就節(jié)約性和低碳性而言，石油和天然氣遠比用煤節(jié)省。采用天然氣替代煤、石油作為工業(yè)能源具有美好前景。對原有注汽鍋爐進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造，改燃煤、燃油為燃氣。注汽鍋爐使用不同燃料的能源消耗情況。采用燃氣裝置后，可大大提高鍋爐爐膛燃燒溫度，而且安全性能和自動化技術(shù)程度高、運行成本低、維修方便、易操作。最大優(yōu)點是采用燃氣方式后，燃料不完全燃燒幾乎可以忽略，無污水排放，煙氣排放量相對燃油降低幅度可達25%。

1.2優(yōu)化燃燒方式采用富氧燃燒

提高煤、石油燃料的燃燒效率通常需要考慮兩個方面因素，要有適當過量的空氣及燃料與空氣要充分混合，富氧燃燒技術(shù)（簡稱OEC）即是利用高氧含量空氣做助燃劑提高燃燒效率的。富氧燃燒技術(shù)主要特點如下：

（1）燃燒速率加快，火焰溫度、強度提高，優(yōu)化了傳熱效果。富氧助燃火焰強度增加，燃燒劇烈，不僅增強傳熱，而且使燃燒更為完全，消除黑煙產(chǎn)生，同時減少了污染物排放；

（2）降低燃點的溫度：燃料的燃點不是一個常數(shù)，例如一氧化碳在空氣中燃點為609℃，氧濃度為100%時則為388℃；

（3）低空氣系數(shù)，減少燃燒后的煙氣量：普通空氣作為助燃劑，使得占79%的N2不僅不能助燃，而且還帶走了燃燒產(chǎn)生的大部分熱量，降低了熱效率，而氧濃度為27%與普通空氣比較，煙氣體積減少了20%，促進了熱效率的提高；

（4）提高氧濃度、空氣消耗減少：氧分布更加廣泛，因此缺氧“盲區(qū)”很少存在，促進了燃料的充分燃燒、合理燃燒。目前國內(nèi)油田行業(yè)富氧制取方法最常用的是膜法富氧技術(shù)。不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時，氧氣和氮氣的透過速度不同，氧氣透過膜的速度要比氮氣快2~5倍，這樣就可在單位時間內(nèi)得到更多的氧，而氮的含量降低。隨著膜法富氧技術(shù)的發(fā)展，富氧技術(shù)日趨成熟，效益的提高及在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，成本逐漸降低，推廣也更加廣泛可行。

1.3采用新型燃燒器

國內(nèi)注汽鍋爐主要引進國外燃燒器，基本上使用北美燃燒器，其結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，便于管理與使用。采用壓力式蒸汽霧化燃燒。但隨著開采油質(zhì)性質(zhì)的改變，北美燃燒器已不能適應(yīng)超稠油的性質(zhì)，燃燒不完全，污染環(huán)境，熱效率大幅降低。由此，采用轉(zhuǎn)杯式霧化的扎克燃燒器被廣泛引進應(yīng)用在稠油熱采的注汽鍋爐上。其霧化效果好，燃燒充分，熱效率高，對環(huán)境污染小等。

1.4強化燃油霧化

為減少油田注汽鍋爐燃料消耗，現(xiàn)引進莫爾節(jié)能技術(shù)。莫爾節(jié)能技術(shù)是采用莫爾液為催化劑，經(jīng)過高度霧化與燃料氣體混合，在其金屬化合物有效催化下，燃料小顆粒間隙增大、變得松散，而且能增大燃料與助燃劑的接觸面積、提高燃料活性、促進燃料完全燃燒。在促進燃料完全燃燒同時可有效減少積碳和結(jié)焦化物的生成、增加鍋爐排管傳熱系數(shù)，實現(xiàn)鍋爐熱效率提高和燃料單耗的降低。從實驗結(jié)果分析可知，在達到最佳工況下工作，鍋爐注汽的單耗值隨使用時間呈逐漸下降趨勢，最大降幅6%。根據(jù)實際勘測結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，NOx排放指標下降幅度較大，均為20%以上，其他如SO2含量亦有不同程度降低。在實際測試中，平均節(jié)能熱效率可提高4%~5%。燃油鍋爐單耗上，由實驗數(shù)據(jù)測得鍋爐單耗可由61.40kg/m3降低為59.69kg/m3，達到了2.78%的節(jié)能率，按照3372.92t/（臺•a），計算可有93.77t/a，按照石油價格3000元/t，則每臺年節(jié)約成本28萬元以上。當前我國正在大力發(fā)展高效能源利用模式，莫爾技術(shù)能夠達到節(jié)能環(huán)保要求，并能提高經(jīng)濟效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2從傳熱學角度

提高注汽鍋爐熱效率的基本原則是延長煙氣在鍋爐內(nèi)停留的時間，強化煙氣與工質(zhì)之間的傳熱，減少爐墻外壁與環(huán)境之間的傳熱，降低散熱損失。

2.1采用新保溫材料、新砌筑技術(shù)

采用新保溫材料和新砌筑技術(shù)對爐體進行改造，增強傳熱效果，減少熱損失，可有效提高鍋爐熱效率。

（1）采用高溫紅外輻射涂料技術(shù)：眾多油田企業(yè)在鍋爐爐墻內(nèi)壁采用高溫紅外輻射涂料技術(shù)用于提高爐墻輻射能力，強化爐內(nèi)換熱。高溫紅外輻射涂料技術(shù)是將涂料涂在高溫側(cè)壁面，通過改善爐內(nèi)的熱交換形式及高溫條件下涂層自身的紅外輻射，使爐膛內(nèi)溫度場場強增大，提高燃料燃燒的充分性、均勻性，以達到提高鍋爐熱效率的技術(shù)。涂料涂層在高溫輻射下，自身釋放出極強穿透力的紅外線，激發(fā)燃燒室的分子發(fā)生能級躍遷，客觀上減少燃燒時間，提高熱效率。根據(jù)材料特點，產(chǎn)品具有耐高溫、耐腐蝕、高置換率、良好的輻射和強熱輻射性能等特點，同時安全環(huán)保、節(jié)能高效，符合節(jié)能性要求。試驗表明，該技術(shù)具有明顯的節(jié)能效果，鍋爐煙氣溫度排放由230℃降到219℃，鍋爐外壁面平均溫度由80℃降至55℃，排煙熱損失約10.1%，鍋爐散熱損失是1.6%，鍋爐運轉(zhuǎn)效率提升2.7%，節(jié)油可達4%。

（2）氣凝膠爐體降溫技術(shù)：氣凝膠又名干凝膠，當凝膠失去大部分溶劑時，此時凝膠的形狀體積內(nèi)部充滿氣體，僅外表呈現(xiàn)為固體狀，稱之為氣凝膠。失去溶劑后的氣凝膠形成了其特有的納米多孔、空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的膨脹作用、觸變作用、離漿作用，在聲、光、熱、電各方面性質(zhì)優(yōu)異，可在這幾方面充分發(fā)揮其良好性能。氣凝膠納米多孔的固體狀性質(zhì)，作為熱學性質(zhì)應(yīng)用在限制固態(tài)傳熱和氣態(tài)傳熱具有重要意義。當熱流體流過時，流體要穿過數(shù)以萬計的納米孔隙，在路線無規(guī)則變化的空隙中流動，類似于流體穿過無限長的路徑，大大提高了導熱熱阻，增強了絕緣效果。氣凝膠運用在注汽鍋爐爐墻絕熱時，鍋爐熱效率平均提高2.2％，假設(shè)鍋爐注汽量為50000m3/（臺•a），消耗天然氣按75m3/(m3石油)計算，采用該技術(shù)后可節(jié)省天然氣50000×75×2.2％=82500m3。天然氣以工業(yè)價格2.50元/m3計算，年節(jié)約天然氣支出30多萬元，相比于安裝氣凝膠設(shè)施成本，節(jié)約效果仍然可觀。

（3）高鋁纖維定型絕熱磚砌筑技術(shù)：它是把高鋁纖維經(jīng)過一定處理，加工成高鋁纖維小塊，然后利用耐高溫膠等材料技術(shù)將高鋁纖維小塊附在爐膛內(nèi)壁，形成一個牢固的絕熱層。其特點具有堅固、抗沖刷、密度大、保溫層薄，為爐膛內(nèi)燃料燃燒的熱交換和熱輻射過程提供足夠的空間。實踐證明，高鋁纖維保溫層保溫效果好，耐用，能夠使鍋爐熱效率提高2%~3%。

2.2優(yōu)化對流段結(jié)構(gòu)，定期清灰

注汽鍋爐產(chǎn)能大，損耗比較嚴重，經(jīng)過一定使用年限后，鍋爐必然會出現(xiàn)各方面的老化問題：鍋爐內(nèi)表面物質(zhì)性狀發(fā)生改變、對流段存在積灰，導致鍋爐注汽參數(shù)不穩(wěn)定、可控性下降，而且不能達到保溫要求，不能保證內(nèi)部輻射傳熱、對流傳熱的高效運行，最終降低了鍋爐熱效率。對鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)適當修復，提高內(nèi)部對流換熱和熱輻射能力，減少透過鍋爐導熱引起的熱損失，可大大提高鍋爐熱效率。采用對流翅片管清洗除灰即是改變鍋爐對流段受熱面的結(jié)構(gòu)，從而提高熱效率的。類似的還有針形管、光管的清洗除灰。以翅片管為例，為了提高換熱效率，在鍋爐的高溫煙氣工況下，利用套裝翅片的換熱元件，增大管道與煙氣高溫環(huán)境的接觸，以提高工質(zhì)的吸熱效率。但是經(jīng)過長久的使用，翅片表面積灰嚴重，有可能導致翅片管本身功能失效，且影響內(nèi)部工質(zhì)吸熱效果，反而成為降低熱效率的原因之一。因此及時有效的清洗翅片積灰，對于增強煙氣與工質(zhì)的熱傳遞效果，保證熱量的有效利用起著重要作用。

3從熱力學角度

提高注汽鍋爐熱效率的基本原則就是盡量減少鍋爐的熱損失。

3.1對鍋爐尾部煙氣實現(xiàn)自動控制

燃料燃燒中，可能因為空氣系數(shù)較大，鍋爐燃燒狀況不佳，甚至出現(xiàn)黑煙情況，排煙熱損失嚴重影響到鍋爐熱效率，此時就需要將空氣系數(shù)控制在一定范圍內(nèi)，采用煙氣自動控制技術(shù)，可以有效控制排煙損失問題。注汽鍋爐的工況調(diào)整主要靠工作人員肉眼觀察火焰形態(tài)、顏色，實際生產(chǎn)中，為避免出現(xiàn)冒黑煙的情況，人們常采用加大通風量的辦法以彌補，但是造成了空氣系數(shù)過大的情況，影響了鍋爐熱效率，實際測得煙氣含氧量約為5%，空氣系數(shù)約為1.31。在不同工作狀況下，鍋爐空氣系數(shù)需要控制在一定范圍內(nèi)，將排煙損失降到該狀況下最小值，以達到環(huán)保節(jié)能的目的。煙氣含氧量自動控制技術(shù)需要在鍋爐中安裝煙氣氧含量控制分析儀，分析空氣系數(shù)，通過調(diào)節(jié)空氣量提高鍋爐熱效率。根據(jù)實驗測試數(shù)據(jù)報告表明，運用煙氣含氧量自動控制技術(shù)鍋爐熱效率平均可提高0.95%。

3.2充分利用空氣預熱器等附屬裝置

注汽鍋爐的排煙溫度一般在200℃左右。以往油田主要利用煙氣余熱預熱注汽鍋爐給水，取得了較好的節(jié)能效果。但近年來某些油田企業(yè)為有效利用油田污水，將污水回注鍋爐，受柱塞泵給水溫度（≤65℃）要求的限制，這種余熱利用方式無法得到更好的節(jié)能效果。在此情況下將排煙預熱助燃空氣，既降低了排煙熱損失，又提高了鍋爐熱效率。目前注汽鍋爐尾部增設(shè)的空氣預熱器一般采用熱管傳熱技術(shù)，即利用由管殼、端盤和吸液芯組成的熱管在煙氣中吸熱，內(nèi)部工質(zhì)蒸發(fā)吸熱，到熱管冷側(cè)凝結(jié)散熱。由于傳熱性能好，且熱管中相變傳熱的特殊性，可高效回收熱量，提高熱量回收率，進而提高鍋爐熱效率。工業(yè)應(yīng)用中，考慮到成本問題，常常采用重力熱管，即在熱端工質(zhì)吸熱蒸發(fā)到冷端，在冷端蒸汽凝結(jié)沿多孔材料靠毛細力的作用回到熱端，如此往復，在實際生產(chǎn)中，這一過程可瞬時完成，效率極高。熱管空氣預熱器在應(yīng)用試驗中達到預定效果，按照排煙熱損失對鍋爐熱效率影響，煙氣溫度每升高20~25℃，鍋爐熱效率即降低1%，應(yīng)用煙氣余熱回收裝置后，一臺23t/h的油田注汽鍋爐年減少消耗19.2萬m3天然氣，兩年可節(jié)約資金將近40萬元，減少廢氣排放量500多萬m3。

4結(jié)語

圍繞目前油田注汽鍋爐常用節(jié)能技術(shù)，從燃燒學、熱力學、傳熱學三方面進行探討。從燃燒學角度，注汽鍋爐使用燃料由燃油轉(zhuǎn)向燃氣，燃燒方式由常規(guī)燃燒方式轉(zhuǎn)向富氧燃燒，燃燒器依據(jù)燃油性質(zhì)進行改變，由北美燃燒器轉(zhuǎn)用扎克燃燒器；從傳熱學角度，采用高溫紅外輻射涂料技術(shù)、氣凝膠爐體降溫技術(shù)、高鋁纖維定型絕熱磚砌筑技術(shù)等新型保溫材料、新砌筑技術(shù)降低爐墻外壁的傳熱，降低散熱損失，提高鍋爐熱效率；從熱力學角度，鍋爐尾部增設(shè)煙氣回收裝置有效利用煙氣余熱，降低排煙熱損失，進而提高鍋爐熱效率。同時結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實踐探討了各種節(jié)能技術(shù)帶來的實際效益。另外，我國在燃燒器方面存在不足，目前國內(nèi)使用的大都是國外燃燒器，國產(chǎn)化燃燒器的研究與應(yīng)用較少，缺少成熟的技術(shù)成果，這是急需解決的問題。

作者:崔志強王春華陳澤弘單位:遼寧石油化工大學