注汽锅炉节能技术研究与实践

一、引言

在稠油开采领域，蒸汽吞吐、SAGD 和蒸汽驱技术是目前最为主要的开采方式，而注汽锅炉作为这两种技术实施过程中的核心设备，在能源供应环节发挥着至关重要的作用。作为稠油生产的重要企业，当前管理着杜229 块、杜 84 块等多个超稠油开采区块，拥有固定式和移动式注汽锅炉共计78 台。但其中大部分锅炉是于 2005 年以前投产使用，服役年限已超过20 年，设备老化现象极为严重。以杜 84 块的注汽锅炉为例，由于运行时间长久，普遍存在热效率低下、排烟温度过高、能耗巨大等问题。经测算，注汽锅炉的热效率平均仅处于 83.9% -89.1%的区间，这不仅造成了大量的能源浪费，还带来了显著的经济损失。因此深入研究注汽锅炉的能耗问题，并探寻有效的节能技术，对于提升稠油开发的经济效益、降低环境影响具有重要的现实意义。

二、注汽锅炉工作原理与能耗现状

2.1 注汽锅炉工作原理

注汽锅炉的工作原理是通过燃料燃烧产生热量，对锅炉内的水进行加热，使其转化为高温高压的蒸汽，然后将蒸汽注入油层，以降低稠油的粘度，提高稠油的流动性，从而实现稠油的有效开采。燃料燃烧释放的热量需要尽可能高效地传递给锅炉内的水，减少热量损失，以保证注汽锅炉的热效率。

2.2 能耗现状分析

的注汽锅炉在运行过程中存在诸多能耗问题，具体表现如下。

（1）排烟热损失严重：排烟热损失是导致注汽锅炉能效低下的首要因素。按照设计标准，锅炉排烟温度应控制在合理范围之内。然而，特种油开发公司的注汽锅炉排烟温度普遍较高，平均达到 160-170℃，部分锅炉甚至高达 215^∘C ，远超设计要求。经研究表明，排烟热损失占锅炉总热损失的比例超过 80% 。高温烟气直接排放，不仅使得大量的热量白白浪费，降低了锅炉的热效率，还对周边环境造成了一定的污染。

（2）对流段换热效率低下：注汽锅炉的对流段是烟气与水进行热交换的关键部位，其换热效率对锅炉整体性能有着直接影响。传统的卧式对流段设计存在结构缺陷，导致烟气在对流段内流动分布不均匀，进而使得热交换过程不充分。此外，翅片管积灰问题较为严重，由于原有人孔直径通常不足 1.2 米，狭窄的空间使得吹灰作业难以全面、彻底地进行，存在大量清洁死角。这些积灰堵塞通风道，增加了引风机的电耗。以燃气锅炉为例，未经改造对流段的锅炉单耗可达 65m³ /t，相比改造后高处 5m³/t ，单台锅炉每年因对流段换热效率低下多消耗燃气 50万立以上。

（3）炉体散热损失：注汽锅炉在高温高压的工况下运行，炉体表面温度通常会达到 75℃以上。在这种情况下，炉体通过辐射和对流向周围环境散失大量的热量。相关测试数据显示，注汽锅炉自身散热损失约占总热量损失的 20% 左右。在冬季，当地区气温降至零下 20°C 以下时，炉体与环境之间的温差进一步增大，散热损失更为严重，这无疑进一步降低了锅炉的整体热效率，同时也恶化了工作环境。

（4）燃烧控制不精准：传统注汽锅炉缺乏智能调节系统，在空气与燃料比例的控制方面不够精确，导致过剩空气系数往往超出最佳范围（1.1-1.2）。过多的冷空气进入炉膛，一方面降低了燃烧温度，使得燃料无法充分燃烧；另一方面增加了排烟量，带走了更多的热量，造成了燃料的浪费。

（5）设备老化与维护不足：特种油开发公司的注汽锅炉大多已超期服役，关键部件性能下降明显。以燃烧器为例，其使用年限普遍超过 24 年，维修频率不断增高，注汽锅炉每年维护维修费用高达上百万元。设备老化不仅增加了能耗，还大幅提高了运行维护成本。

三、注汽锅炉节能技术

3.1 烟气余热回收技术

烟气余热回收技术是通过特定的设备和系统，将注汽锅炉高温烟气中蕴含的废热进行回收利用。具体而言，利用回收的热量对锅炉给水或助燃空气进行预热，实现能量的梯级利用，从而降低排烟温度，提高锅炉的整体热效率。在，根据注汽锅炉的实际运行情况，设计并安装了相应的烟气余热回收装置。该装置与锅炉系统进行合理集成，确保烟气能够顺畅地通过余热回收设备，同时保证锅炉给水或助燃空气能够充分吸收回收的热量。实践表明，烟气余热回收系统的应用效果显著。注汽锅炉热效率提升幅度超过 3.5% ，单台锅炉每年可节约天然气达 10 万立方米。这不仅降低了能源消耗，还减少了企业的运营成本，同时具有良好的环保效益。

3.2 对流段优化改造技术

针对传统对流段存在的积灰严重、换热效率低下等问题，对其结构进行优化改造增加光管和翅片管数量，调整炉管布置及管间距，并增加过渡段，以改善烟气流动状况，增强热交换效果。在改造过程中，严格按照设计方案对注汽锅炉对流段进行施工。首先拆除原有的对流段设备，然后安装新的立式对流段结构，包括增加的光管、翅片管以及过渡段等部件，并精确调整炉管布置和管间距。改造后，注汽锅炉的各项性能指标得到明显改善。排烟温度从 163^∘C 下降至 98^∘C ，锅炉热效率提高了 4.1% ，节能率达 3.6% ，取得了显著的节能效果。

3.3 绝热保温技术应用

炉体绝热保温技术主要是通过在炉体表面涂覆绝热保温材料，减少炉体与周围环境之间的热量传递，从而降低炉体散热损失。以纳米绝热保温涂料为例，该涂料采用多孔微珠作为功能填料，具有优异的绝热、保温、抗辐射、防腐和防水性能。选取8 台注汽锅炉进行炉体表面绝热保温涂覆试验。在涂覆之前，对炉体表面进行清洁处理，确保表面平整、无油污和杂质。然后按照规定的工艺要求，均匀地涂覆纳米绝热保温涂料，总投入经费 27 万元。应用结果显示，采用绝热保温技术后，平均节能率达到 2% 左右，炉体表面温度从75℃以上降低至 53^∘C 。这不仅有效减少了锅炉的热量损失，提高了热效率，还显著改善了锅炉周边的工作环境。

3.4 燃料结构调整

辽河油田注汽锅炉多采用原油作为燃料，但原油存在价格高、燃烧效率低、排烟损失大等问题。燃料结构调整是通过采用天然气或油气混燃技术替代纯油燃烧，以降低燃料成本，提高燃烧效率。推进“气代油”工程，为天然气锅炉设立压力报警系统，当压力降低或出现泄漏时，系统能够自动报警并停机，确保运行安全。对于油气混燃锅炉，完善燃烧系统和控制系统，实现两种燃料的灵活切换和比例调节。燃料结构调整带来了显著的经济效益和环境效益。天然气燃烧更加充分，污染物排放量大幅减少；其热值稳定且易于控制，有助于提高锅炉热效率。使用天然气替代原油可使燃料成本降低 10%-15% ，减排效果明显。

3.5 燃烧系统优化

通过调整过剩空气系数至最佳范围（1.1-1.3），使排烟热损失和化学不完全燃烧损失之和最小化。采用变频器技术调节鼓风机和引风机的转速，根据负荷变化实时优化风量配比，避免能源浪费。基层班站对注汽锅炉烟气、干度、排烟温度等参数进行周测试、月对比，通过精细调整风量、气量配比和风门旋转角度等手段，实现燃烧系统的优化运行。燃烧系统优化有效提高了注汽锅炉的效率，减少了燃料消耗，进一步提升了锅炉的节能效果。

4 结论

通过各项节能技术的综合应用取得了显著成效，注汽锅炉的热效率得到明显提升，能耗显著降低。多种节能技术的协同应用可使注汽锅炉热效率提升5%-8% 。本研究成果为同类油田注汽系统的节能改造提供了重要的参考依据和实践经验，对于推动稠油热采行业朝着绿色低碳方向发展具有重要的理论和实践意义。

参考文献

[1]马铭泽.辽河油田注汽锅炉节能改造[J].石油石化节能,2023,13(2):61-64.