CN100545509C - 具有四回程循环管路的注汽锅炉 - Google Patents

Abstract

一种具有四回程循环管路的注汽锅炉，其水汽系统由分配器、混合器、集汽器、蒸汽排放管、供水管和四回程给水换热器组成，四回程给水换热器的壳程入口分别与分配器的四个出水口连通，四回程给水换热器的壳程出口分别与四组对流管束的入口连通，四组对流管束的出口分别与四回程给水换热器的管程入口连通，四回程给水换热器的管程出口分别与混合器的四个进水口连通，混合器的四个出水口分别与四组辐射管束的入口连通，四组辐射管束的出口分别与集汽器的四个入口连通，集汽器的出口与蒸汽排放管连通，四套循环管路布局均衡，简约紧凑，热效率高，每小时可输出压力为14MPa的高温蒸汽100吨，解决了蒸汽辅助重力泄油需要大量蒸汽的问题。

Description

具有四回程循环管路的注汽锅炉

技术领域

本发明涉及石油行业热力开采深井稠油的专用设备，特别涉及注汽锅炉。

背景技术

注汽锅炉是油田稠油开采的核心设备，它是利用所产生的高压蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，增加稠油的流动性，从而提高深井稠油的采收率。现有的注汽锅炉存在的主要问题是：锅炉炉体各段的形状结构没有实现优化配置，水汽循环管路为单回程，管束布局冗余不紧凑，辐射段壳体为圆筒形，管路复杂，体积大，沿途热力损失大，热效率低，额定蒸发量小，只能达到22.5吨/小时，无法达到100吨/小时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有四回程循环管路的注汽锅炉，该锅炉有四套循环管路，布局均衡，简约紧凑，运行平稳，安全可靠，热效率高，在增加锅炉体积不大的前提下，额定蒸发量显著提高，每小时可输出压力为14MPa的高温蒸汽100吨，解决了蒸汽辅助重力泄油需要大量蒸汽的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有四回程循环管路的注汽锅炉，具有炉体、燃烧器、水汽系统，炉体由辐射段、过渡段、对流段组成，过渡段设置在辐射段与对流段之间，燃烧器设置在辐射段的入口端，其特征是：

辐射段的壳体为卧式方箱形状，对流段的壳体为立式方箱形状，过渡段的壳体为弯头形状，辐射段、对流段、过渡段的壳体都是由钢板焊接而成，各段壳体内壁上敷设有耐火保温材料；对流段与辐射段的壳体在空间上相互垂直；辐射段壳体内均匀布设有四组辐射管束，该四组辐射管束的管长相等，各组辐射管束沿辐射段壳体内壁排列，对流段壳体内设置有四组对流管束，该四组对流管束的管长相等，各组对流管束沿烟气走向平行排列；每组辐射管束是由多排水平的U形直管往复连接而成的单回程管束，每组对流管束是由多排水平的U形光管和多排水平的U形翅片管往复连接而成的单回程管束，所述翅片管布置在光管的上方，相邻的两排翅片管之间交错布置；

水汽系统由分配器、混合器、集汽器、两条蒸汽排放管、两条供水管和一台四回程给水换热器组成，每条供水管上安装有一台高压柱塞泵；所述分配器由一空心圆筒构成，该圆筒的一侧均匀地设置有两个进水口，另一侧均匀地设置有四个出水口；所述混合器由一个U形的空心圆筒构成，该圆筒的一侧均匀地设置有四个进水口，另一侧均匀地设置有四个出水口；所述集汽器由一个空心球体构成，该集汽器的一侧均匀地设置有四个进汽口，该集汽器的另一侧均匀地设置有两个出汽口，该集汽器的两个出汽口分别与所述两条蒸汽排放管连通；

所述四回程给水换热器由四个单回程给水换热器组成，每个单回程给水换热器由外壳管和内套管组成，外壳管上设置有壳程入口和壳程出口，内套管的两端设置有管程入口和管程出口；所述四个单回程给水换热器的壳程入口分别与分配器的四个出水口连通，四个单回程给水换热器的壳程出口分别与四组对流管束的入口连通，四组对流管束的出口分别与四个单回程给水换热器的管程入口连通，四个单回程给水换热器的管程出口分别与混合器的四个进水口连通，混合器的四个出水口分别与四组辐射管束的入口连通，该四组辐射管束的出口分别与集汽器的四个入口连通，集汽器的两个出口分别与两条蒸汽排放管连通。

所述耐火保温材料由三层构成，内层为高铝型硅酸铝耐火纤维；中间层为铝箔，外层为标准型硅酸铝耐火纤维。

所述高压柱塞泵的入口端和出口端安装有减震器。

由于采用上述结构，本发明有以下积极有益效果：

炉体各段的形状结构实现优化配置，为直流式锅炉，热阻小，循环管路为四回程，为使各回程热力、阻力平衡，采用对称布局，简约紧凑，对流管束主要由翅片管组成，翅片管的有效吸热面积大，能够很好的吸收烟气的热量，管程短，体积可节约三分之二，为防止烟气入口端的高温将翅片管烧坏，在烟气入口端采用光管，相邻的两排翅片管之间交错布置；这种布置方式可使烟气向上冲刷对流管束时，各层面的管排可以均匀受热，给水的流动方向与烟气的流动方向相反，有利于热交换。为使锅炉结构紧凑，减少占地面积，采用小半径推制弯头；为使锅炉减少散热损失，减轻设备重量，采用全新的三层保温结构。

辐射段由原来的圆筒形变为矩形箱体结构；根据锅炉辐射换热计算的基本原理，辐射段吸收的热量由辐射管束传热面积和辐射管表面热强度决定，并成正比关系。在圆形的直径和方形的边长相等的前提下，方形和圆形辐射段壳体内壁布置相同形式的炉管，其辐射管束传热面积FR比值为4∶3.14，故采用长方体形的辐射段，不仅能增加辐射段总吸收热量，提高热效率，还可以减小辐射段的尺寸，节省占地面积。

为了减小水阻力及高压管线的颤动，分配器再分出四个出水口，为四回程高压水汽循环管路提供动力，在两台高压柱塞泵出口和四回程给水换热器的壳程入口之间设有筒状的分配器，四回程循环管路的对流段出入口分别同一台四回程给水换热器的管程入口和壳程出口相连接，形成四个整体水循环系统。给水换热器管程出口和辐射管束入口之间设有U型的混合器进行混水及均压，以保证给水到达四个辐射管束入口时压力达到一致，使四个水汽循环管路运行趋于相同工况，保证水循环系统的稳定性。四个辐射管束的出口汇集到球形集汽器上，保证输出的蒸汽压力均衡。水汽流程由原来的单回程变为四回程；额定蒸发量显著提高，最大蒸发量由原来的22.5t/h跃升到100t/h。

附图说明

图1是本发明注汽锅炉的外形示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明的注汽锅炉的水汽管路布局结构示意图。

图4是图1中辐射段的俯视图。

图5是图4的A-A剖视图。

图6是图1中对流段的主视图。

图7是图6的侧视图。

图8是本发明注汽锅炉第一套循环管路的结构示意图。

具体实施方式

图中标号

1燃烧器                     2辐射段          201壳体

202标准型硅酸铝耐火纤维     203铝箔

204高铝型硅酸铝耐火纤维     3过渡段       4对流段

5分配器               501进水口           502进水口

505出水口             506出水口           507出水口

508出水口             6混合器

601进水口             602进水口           603进水口    604进水口

605出水口             606出水口           607出水口    608出水口

7集汽器               701进汽口           702进汽口

703进汽口             704进汽口           705出汽口    706出汽口

8蒸汽排放管           9蒸汽排放管         10供水管

11供水管              12辐射管束          13给水换热器

14对流管束            15辐射管束          16给水换热器

17对流管束            18高压柱塞泵        19高压柱塞泵

20烟囱                22辐射管束          23给水换热器

24对流管束            25辐射管束          26给水换热器

请参照图1、图2、图3，本发明是一种具有四回程循环管路的注汽锅炉，具有炉体、燃烧器1、水汽系统。

炉体由辐射段2、过渡段3、对流段4组成，过渡段3设置在辐射段2与对流段4之间，燃烧器1设置在辐射段2的入口端，对流段4的出口端与烟囱20连接。

请参照图4、图5、图6、图7，辐射段2的壳体为卧式长方体形状，对流段4的壳体为立式长方体形状，过渡段3的壳体为弯头形状，辐射段2、对流段4、过渡段3的壳体都是由钢板焊接而成，各段壳体内壁上敷设有耐火保温材料；对流段4与辐射段2的壳体在空间上相互垂直。

请参照图4、图5，辐射段2壳体内均匀布设有四组辐射管束12、15、22、25，该四组辐射管束12、15、22、25的管长相等，该四组辐射管束围绕辐射段壳体内壁排列。这种布置方式，使火焰与管束不产生贴边现象，有利于受热面的传热以及安全运行。

对流段壳体内设置有四组对流管束，该四组对流管束的管长相等，各组对流管束沿烟气走向平行排列。

每组辐射管束是由多排水平的U形直管往复连接而成的单回程管束，每组对流管束是由多排水平的U形光管和多排水平的U形翅片管往复连接而成的单回程管束，翅片管布置在光管的上方，相邻的两排翅片管之间交错布置。

水汽系统由分配器5、混合器6、集汽器7、两条蒸汽排放管8、9、两条供水管10、11和一台四回程给水换热器组成，供水管10上安装有一台高压柱塞泵18，供水管11上安装有一台高压柱塞泵19。

分配器5由一空心圆筒构成，该圆筒的一侧均匀地设置有两个进水口501、502，另一侧均匀地设置有四个出水口505、506、507、508。分配器5可减小水阻力及高压管线的颤动，保证水循环系统的稳定性。

混合器6由一个U形的空心圆筒构成，该圆筒的一侧均匀地设置有四个进水口601、602、603、604，另一侧均匀地设置有四个出水口605、606、607、608。以保证给水到达四个辐射管束入口时压力达到一致，使四个水汽循环管路运行趋于相同工况，保证水循环系统的稳定性。

集汽器7由一个空心球体构成，该集汽器7的一侧均匀地设置有四个进汽口701、702、703、704，该集汽器7的另一侧均匀地设置有两个出汽口705、706，该集汽器7的两个出汽口705、706分别与蒸汽排放管8、9连通；集汽器7保证输出蒸汽压力均衡。

四回程给水换热器采用现有技术，四回程给水换热器由四个单回程给水换热器13、16、23、26组成，每个单回程给水换热器由外壳管和内套管组成，外壳管由蛇形弯管构成，内套管与外壳管随形，外壳管上设置有壳程入口和壳程出口，内套管的两端设置有管程入口和管程出口。四个单回程给水换热器13、16、23、26分别用来提高对流管束14、17、24、27的给水温度，以便将对流管束入口的水温提高到110至120℃左右，即高于烟气露点温度，从而避免烟气中的酸性水雾在翅片管上凝结而造成管子腐蚀。

请参照图3，本实用新型的注汽锅炉有四套循环管路：

第一套循环管路由辐射管束12、单回程给水换热器13、对流管束14组成。

第二套循环管路由辐射管束15、单回程给水换热器16、对流管束17组成。

第三套循环管路由辐射管束22、单回程给水换热器23、对流管束24组成。

第四套循环管路由辐射管束25、单回程给水换热器26、对流管束27组成。

四个单回程给水换热器13、16、23、26的壳程入口分别与分配器5的四个出水口505、506、507、508连通。

四个单回程给水换热器13、16、23、26的壳程出口分别与四组对流管束14、17、24、27的入口连通。

四组对流管束14、17、24、27的出口分别与四台给水换热器13、16、23、26的管程入口连通。

四个单回程给水换热器13、16、23、26的管程出口分别与混合器6的四个进水口601、602、603、604连通。

混合器6的四个出水口605、606、607、608分别与四组辐射管束12、15、22、25的入口连通。

四组辐射管束12、15、22、25的出口分别与集汽器7的四个入口701、702、703、704连通，集汽器7将四组辐射管束输出的蒸汽进行混合，然后通过蒸汽排放管8、9输送给各油井。

下面以第一套循环管路为例，来说明其具体结构。

请参照图8，第一套循环管路由辐射管束12、单回程给水换热器13、对流管束14组成。辐射管束12是由多排水平的U形直管往复连接而成的单回程管束，对流管束14是由多排水平的U形光管141和水平的U形翅片管142连接而成的单回程管束，这种布置方式可使烟气向上冲刷对流管束时，各层面的管排可以均匀受热，给水的流动方向与烟气的流动方向相反，有利于热交换。

翅片管142布置在光管141的上方；相邻的两排翅片管142之间交错布置；采用翅片管142后，增大了吸热面积，减小了对流管束14的管程，可以缩小对流段三分之二的体积。在对流段的入口端烟气温度较高，为防止烟气的高温将翅片管烧坏，所以在对流段的入口端采用两排光管141。

给水换热器13用来提高对流管束14的给水温度，以便将对流管束入口的水温提高到110℃至120℃左右，即高于烟气露点温度，从而避免烟气中的酸性水雾在翅片管142上凝结而造成管子腐蚀。

单回程给水换热器13的壳程入口130与分配器5的出水口505连通，单回程给水换热器13的壳程出口131经过管道与对流管束14的入口连通，

对流管束14的出口经过管道与给水换热器13的管程入口132连通，单回程给水换热器13的管程出口133经过管道与混合器6的进水口601连通，混合器6的出水口605与辐射管束12的入口连通，辐射管束12的出口经过管道与集汽器7的一个入口701连通。集汽器7将四组辐射管束输出的蒸汽进行混合，然后通过蒸汽排放管8、9输送给各油井。

为了保证供水的持续平稳性能，在高压柱塞泵18、19的入口端和出口端安装有减震器。

请参照图5，辐射段2的壳体201的内壁敷设有耐火保温材料，耐火保温材料由三层构成，内层为高铝型硅酸铝耐火纤维204；中间层为铝箔203，外层为标准型硅酸铝耐火纤维202；标准型硅酸铝耐火纤维202紧贴在钢质壳体201上，标准型硅酸铝耐火纤维、高铝型硅酸铝耐火纤维的化学组分如下表所示：

	标准型硅酸铝耐火纤维	高铝型硅酸铝耐火纤维
			工作温度(℃)	1000	1200
导热系数(w/mk)	0.17	0.22
			Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％)	46	52-55
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+SiO<sub>2</sub>(％)	97	99
			Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％)	≤1.0	≤0.2
Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O(％)	≤0.5	≤0.2

铝箔203可有效地将热量反射回炉体内，高铝型硅酸铝耐火纤维和标准型硅酸铝耐火纤维具有隔热保温作用，防止热量散发，过渡段和对流段的耐火保温层与上述辐射段的耐火保温层的结构相同。正常运行时各段壳体外表面平均温度小于60℃。

Claims (3)

1.一种具有四回程循环管路的注汽锅炉，具有炉体、燃烧器、水汽系统，炉体由辐射段、过渡段、对流段组成，过渡段设置在辐射段与对流段之间，燃烧器设置在辐射段的入口端，其特征是：

辐射段的壳体为卧式方箱形状，对流段的壳体为立式方箱形状，过渡段的壳体为弯头形状，辐射段、对流段、过渡段的壳体都是由钢板焊接而成，各段壳体内壁上敷设有耐火保温材料；对流段与辐射段的壳体在空间上相互垂直；辐射段壳体内均匀布设有四组辐射管束，该四组辐射管束的管长相等，各组辐射管束沿辐射段壳体内壁排列，对流段壳体内设置有四组对流管束，该四组对流管束的管长相等，各组对流管束沿烟气走向平行排列；每组辐射管束是由多排水平的U形直管往复连接而成的单回程管束，每组对流管束是由多排水平的U形光管和多排水平的U形翅片管往复连接而成的单回程管束，所述翅片管布置在光管的上方，相邻的两排翅片管之间交错布置；

水汽系统由分配器、混合器、集汽器、两条蒸汽排放管、两条供水管和一台四回程给水换热器组成，每条供水管上安装有一台高压柱塞泵；所述分配器由一空心圆筒构成，该圆筒的一侧均匀地设置有两个进水口，另一侧均匀地设置有四个出水口；所述混合器由一个U形的空心圆筒构成，该圆筒的一侧均匀地设置有四个进水口，另一侧均匀地设置有四个出水口；所述集汽器由一个空心球体构成，该集汽器的一侧均匀地设置有四个进汽口，该集汽器的另一侧均匀地设置有两个出汽口，该集汽器的两个出汽口分别与所述两条蒸汽排放管连通；

所述四回程给水换热器由四个单回程给水换热器组成，每个单回程给水换热器由外壳管和内套管组成，外壳管上设置有壳程入口和壳程出口，内套管的两端设置有管程入口和管程出口；所述四个单回程给水换热器的壳程入口分别与分配器的四个出水口连通，四个单回程给水换热器的壳程出口分别与四组对流管束的入口连通，四组对流管束的出口分别与四个单回程给水换热器的管程入口连通，四个单回程给水换热器的管程出口分别与混合器的四个进水口连通，混合器的四个出水口分别与四组辐射管束的入口连通，该四组辐射管束的出口分别与集汽器的四个入口连通，集汽器的两个出口分别与两条蒸汽排放管连通。

2.如权利要求1所述的具有四回程循环管路的注汽锅炉，其特征是：所述耐火保温材料由三层构成，内层为高铝型硅酸铝耐火纤维；中间层为铝箔，外层为标准型硅酸铝耐火纤维。

3.如权利要求1所述的具有四回程循环管路的注汽锅炉，其特征是：所述高压柱塞泵的入口端和出口端安装有减震器。

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