浅谈燃油注汽锅炉的基本结构及原理

浅谈燃油注汽锅炉的基本结构及原理

【摘要】目前随着原油价格的不断上涨，人们越来越关注稠油的开采，燃油（气）注汽锅炉作为油田开采稠油的专用注汽设备，在稠油开采过程中发挥着重要的作用。

【关键词】燃油（气）注汽锅炉辐射段对流段过渡段

1 概述

稠油热采是目前世界上开采稠油的最有效的方法，油田燃油（气）注汽锅炉是油田开采稠油的专用注汽设备。它是利用所生产的高温高压湿蒸汽注入油层，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，从而增加稠油的流动性，能够大幅度地提高稠油的采收率。因此，它被广泛应用在我国各油田稠油及超特稠油的开采中，是稠油开采的核心设备。

燃油（气）注汽锅炉是专为高质高粘度的稠油注入蒸汽的锅炉，它主要是由锅炉本体和辅助设备两大部分组成的，通常将其结构概括为“三大段（辐射、对流、过渡）；三大系统（水汽、燃烧、自控）；若干小器（加热、分离、过滤等）；三大辅机（供水泵、燃烧器及空压机）。” 燃油（气）注汽锅炉利用燃料燃烧产生的热能，将水汽化，产生高温、高压、蒸汽湿度大于20%的湿饱和蒸汽，注入并加热油层，从而降低稠油的粘度，便于开采。

2 本体结构说明

燃油（气）注汽锅炉主要是由锅炉本体和辅助设备两大部分组成的。锅炉本体是注汽锅炉的骨架，它是由辐射段、对流段、过渡段和水换热器组成。锅炉辅助设备是保证锅炉本体正常运行所必需的附属设备。它分别组成了锅炉的汽—水系统、燃烧系统、燃油系统、燃油雾化系统、取样冷却系统、燃气系统和自动控制系统。主要本体结构分为：

2.1 辐射段

辐射段是注汽锅炉的主要受热面，将水汽化，产生具有一定压力和温度的蒸汽。它是由钢板卷制而成的多节组焊的圆筒结构，内衬硅酸铝耐火纤维以保护辐射段外壳，避免炉内热量外散，向炉管反射热量，减少散热损失，正常运行时外壁表面平均温度小于80℃。

2.2 对流段

对流段是注汽锅炉的辅助受热面。它布置在锅炉尾部烟道里，利用烟气的余热加热锅炉给水，这样可以节省燃料，提高锅炉的热效率。为加大传热面积，减少对流段管束的长度，采用翅片管，这样可以缩小2∕3的体积；为防止烧坏翅片

管，在烟气入口端设置数排光管，作为温度缓冲管以降低烟温。由于燃油时，对流段翅片管很容易积灰，使用超声波吹灰装置，可在正常运行状态下实现自动清灰，以延长人工清灰周期。对流段吸热量约占总吸热量的40%。

2.3 过渡段

过渡段是位于对流段与辐射段之间，起连接作用的一个半圆形烟气转向通道。过渡段壳体是由钢板卷制的弧形结构，内衬耐火浇注料和硅酸铝纤维，正常运行时外壁表面平均温度小于80℃。其底部设有冲刷期间的排水口，通过蝶阀排入地沟或接入排污汇总管。支撑腿跨宽度布置以便载荷分布。后部设有便于检修的人孔，人孔盖上设有观察炉膛火焰的火孔。锅炉检修时，工作人员可通过这个通道进入辐射段检修。

3 辅助设备说明3.1 汽—水系统

汽—水系统是燃油（气）注汽锅炉的主要受压元件。它是不断地向锅炉供给符合水质标准的水，从柱塞泵出口至蒸汽出口的水汽通道，是由辐射受热面、对流受热面、水-水换热器、汽水分离器及其范围内管道组成的汽水流程系统。

3.1.1水—水换热器

水—水换热器采用套管式热交换，它主要用来加热到对流段的给水，以便将入口水温提高并超过烟气的露点温度，防止烟气中的水蒸气和二氧化硫因入口水温低而凝结，从而产生硫酸造成对流段翅片管的腐蚀。

3.1.2汽水分离器

汽水分离器安装在辐射段出口主蒸汽流程上。下部取样口至取样过滤器—取样冷却器供取样以检验蒸汽干度，上部供汽口至蒸汽过滤器—压力调节机构供给燃料油加热、雾化及热力除氧等所需的低压蒸汽。

3.1.3给水泵

给水泵为容积式往复柱塞泵，是根据燃油（气）注汽锅炉的出力选择的，主要参数在满足锅炉最大给水量和压力下还留有一定的裕量。给水泵由泵体、电机、驱动机构等组成，为了保证供水的持续平稳性能，其出入口都安装了减震器。

3.2 通风与供气系统

3.2.1通风系统

锅炉的通风系统为锅炉提供燃料燃烧时所需要的空气并排走燃烧后的烟气。

鼓风机由机壳、转子组件、密封组件、轴承、润滑装置及其它辅助零部件组

成。机壳的作用：用来收集增压后的气体，并将其送入流道。转子的作用：经过高速旋转而使气体达到增压的目的。密封的作用：防止气体级间泄漏或向外泄漏，级间密封多为迷宫式气封。轴承的作用：支承转子、保证转子能平衡旋转，同时还可调节旋转转子产生的径向和轴向力。润滑装置的作用：对轴承装置提供润滑油，保证其安全运行。

当电机转动带动风机叶轮旋转时，叶轮中叶片之间的气体也跟着旋转，并在离心力的作用下甩出这些气体，气体流速增大，使气体在流动中把动能转换为静压能，然后随着流体的增压，使静压能又转换为速度能，通过排气口排出气体，而在叶轮中间形成了一定的负压，由于入口呈负压，使外界气体在大气压的作用下立即补入，在叶轮连续旋转作用下不断排除和补入气体，从而达到连续鼓风的目的。

3.2.2供气系统

空气压缩机

锅炉燃油是采用介质雾化法，在锅炉点炉初期，因没有蒸汽而需用空气作为燃油雾化的介质。油田注汽锅炉上的空压机均为活塞式，它是利用活塞的往复运动，使活塞上部气缸容积发生变化，从而达到吸入与压出空气的目的。空气压缩机用来供给气动仪表、执行器、燃油初始雾化及吹灰装置所需的空气量。

3.3 燃烧系统

燃烧系统由燃烧器、鼓风机、风道、炉膛、烟气通道等组成。鼓风机之前一般有消音器和风道挡板，出于对空间的考虑也可不装。烟气通道上设有烟温热电偶和烟气监测取样口。炉膛形状、大小和对流管束间隙，是根据一般用户条件而设计的，不能满足所有的使用条件。当燃料发生较大变化时，应该重新做热力核算而定。燃油（气）注汽锅炉所燃用的燃料主要是石油（或重油）和天然气两种，故其燃烧系统分为燃油系统和燃气系统。

3.4 自动控制与自动报警系统

燃油（气）注汽锅炉自控系统全自动控制系统是基于设备可靠运行及减轻操作人员劳动强度并有最大安全保证而设计的，主要用于控制注汽锅炉的工作，使注汽锅炉产生温度、压力、蒸汽干度符合要求的蒸汽，另外还要控制锅炉的燃烧过程。使锅炉的燃烧过程尽可能节能，向操作工提供各种报警信息。注汽锅炉控制系统采集锅炉的温度传感器信号、燃油流量、燃烧室含氧量、锅炉汽包压力、蒸汽流量、蒸汽温度等参数。通过这些参数来控制锅炉的燃烧过程，蒸汽发生过程，使注汽锅炉产生符合采油要求的蒸汽。

燃油（气）注汽锅炉其点火程序控制采用的是微机点火程序控制器，运行和燃烧控制采用了PLC可编程控制器。