CN103672844B - 一种注汽锅炉及提高锅炉热效率的方法 - Google Patents

一种注汽锅炉及提高锅炉热效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种注汽锅炉，其包括锅炉给水单元、柱塞泵、水-水换热器、对流段、辐射段、鼓风机和烟囱，该注汽锅炉还包括一低温受热单元，设置在该注汽锅炉的烟囱内部、对流段的上方；所述水-水换热器设置有内管和外管；所述给水单元与所述柱塞泵连通，所述柱塞泵与所述低温受热单元连通，所述低温受热单元与所述水-水换热器的外管连通，所述水-水换热器的外管出口与所述对流段的管路连通，所述对流段的管路出口与所述水-水换热器的内管连通，所述水-水换热器的内管出口与所述辐射段的管路连通，所述辐射段的管路的出口输出蒸汽。本发明能够充分利用高温烟气携带的能量，提高注汽锅炉热效率。

Description

一种注汽锅炉及提高锅炉热效率的方法
技术领域
本发明涉及一种注汽锅炉及提高锅炉热效率的方法，属于油井用注汽锅炉领域。
背景技术
湿蒸汽发生器（即注汽锅炉）是现在油田中应用最广泛的蒸汽注入设备，其将水转化为干度为75的湿饱和蒸汽，注入井下，对油层进行加热，以降低原油粘度，从而提高采收率。目前燃料主要包括原油、天然气、水煤浆等，因此注汽锅炉分为烧原油注汽锅炉、烧天然气注汽锅炉、烧煤注汽锅炉，每种锅炉都具有排烟管，用于排出烟气，但也因此带走了热能，烧原油注汽锅炉排烟温度约250℃～280℃之间，烧天然气的注汽锅炉排烟温度约180℃～220℃之间，排烟温度过高造成锅炉热效率降低。排烟温度每增加10℃～15℃，热效率降低1%。
现有的注汽锅炉如图1所示，包括锅炉给水单元1、柱塞泵2、水-水换热器3、对流段4、辐射段5、鼓风机6和烟囱7。所述给水单元1能够给注汽锅炉提供水源；所述柱塞泵2将水加压泵入生成蒸汽的管路，即将水泵入水-水换热器3；所述水-水换热器3设置有内管和外管；所述对流段4设置在所述烟囱7内，所述辐射段5设置在锅炉内，并连接烟囱7，所述鼓风机6将锅炉产生的高温烟气吹入所述辐射段。所述给水单元1的出口连通所述柱塞泵2的入口，所述柱塞泵2的出口与所述水-水换热器3的外管入口、所述对流段4的管路的入口连通，所述水-水换热器3的外管出口与所述对流段4的管路的入口连通，所述对流段4的管路的出口与所述水-水换热器3的内管入口连通，所述水-水换热器3的内管出口与所述辐射段5的管路入口连通，所述辐射段5的管路的出口输出蒸汽，所述鼓风机6与所述辐射段5连通，所述辐射段5连接至所述烟囱7。
作业时，锅炉给水单元1将水通过柱塞泵2加压，将20℃的水泵入水-水换热器3外管（环空），从外管（环空）中流入对流段4，此时进入对流段4入口的水温为95.4℃，与烟气换热，对流段4出口的水温为290.5℃，对流段4流出的水回到水-水换热器3内管（热水与环空中冷水换热，温度有所下降，变为224.4℃），水从内管出来，流入辐射段5，与烟气进行辐射热交换，最后变成蒸汽，蒸汽温度为353℃。在现有技术中，同时检测到排烟管即烟囱排出的烟气温度达到230℃，浪费了热能。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种注汽锅炉，充分利用排烟管中排烟的热量，来提高注汽锅炉的热效率。
本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
一种注汽锅炉，其包括锅炉给水单元、柱塞泵、水-水换热器、对流段、辐射段、鼓风机和烟囱，该注汽锅炉还包括一低温受热单元，设置在该注汽锅炉的烟囱内部、对流段的上方；
所述水-水换热器设置有内管和外管；
所述给水单元与所述柱塞泵的入口连通，所述柱塞泵的出口与所述低温受热单元的入口连通，所述低温受热单元的出口与所述水-水换热器的外管入口连通，所述水-水换热器的外管出口与所述对流段的管路的入口连通，所述对流段的管路的出口与所述水-水换热器的内管入口连通，所述水-水换热器的内管出口与所述辐射段的管路入口连通，所述辐射段的管路的出口输出蒸汽，所述鼓风机与所述辐射段连通，所述辐射段连接至所述烟囱。
上述的注汽锅炉中，优选的，所述低温受热单元由翅片管构成。
上述的注汽锅炉中，优选的，所述低温受热单元包括64根翅片管，该64根翅片管分5排设置。
上述的注汽锅炉中，优选的，所述翅片管呈折叠蛇形往复布置成5排，第一排14根翅片管，第二、三、四排分别为12根翅片管，最后一排14根翅片管。
上述的注汽锅炉中，优选的，所述翅片管的材质为316L不锈钢。
上述的注汽锅炉中，优选的，所述低温受热单元的出口还与所述对流段的管路的入口连通，两者之间设置有阀门。
本发明还提供一种利用上述的注汽锅炉生产蒸汽的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、利用柱塞泵将锅炉给水单元提供的水注入低温受热单元，与烟囱内对流段上方的烟气进行热交换；
步骤二、将与烟囱内对流段上方的烟气进行热交换后的水注入水-水换热器的外管，与水-水换热器的内管中的水进行水-水换热，然后注入对流段管路，与烟囱内对流段的烟气进行对流热交换；或者将与烟囱内对流段上方的烟气进行热交换后的水分流注入水-水换热器的外管和对流段的管路，进入外管的水与水-水换热器的内管中的水进行水-水换热后通过外管，然后一并进入对流段的管路，与烟囱内对流段的烟气进行对流热交换；
步骤三、将对流热交换后的水注入水-水换热器的内管，与水-水换热器的外管中的水进行水-水换热；
步骤四、将水-水换热后的水注入辐射段的管路，与鼓风机带来的锅炉高温烟气进行热交换，最后转变为蒸汽排出。
上述的方法中，优选的，所述高温烟气由锅炉直接生成，由鼓风机吹入辐射段，与辐射段的管路进行热交换；热交换后的高温烟气进入烟囱对流段，与对流段的管路进行对流段热交换；对流段热交换后的高温烟气继续与低温受热单元进行热交换，高温烟气变成低温烟气，最后从烟囱出口排出。
本发明还提供了一种提高锅炉热效率的方法，该方法包括如下步骤：
a、在烟囱热交换区域热交换管路的上方设置一低温受热单元，用于对受热介质进行前期预热；
b、将柱塞泵连通上述低温受热单元，将受热介质泵入上述低温受热单元后，进行热交换预热；
c、将预热后的受热介质注入热交换管路，最后实现受热介质气化。
上述的提高锅炉热效率的方法中，优选的，所述受热介质为水。
本发明的突出效果为：
通过低温受热单元，改变现有技术注汽锅炉的结构及工艺流程，重新定位注汽锅炉热负荷分配，能够使注汽锅炉排烟温度由230℃降到130℃左右，从而使热效率提高4%-5%，能够充分利用高温烟气携带的能量，提高注汽锅炉热效率。
附图说明
图1是现有技术中注汽锅炉的结构示意图；
图2是实施例1的注汽锅炉的结构示意图；
图3是实施例2所提供的利用注汽锅炉生产蒸汽的方法的流程图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
实施例1
本实施例提供一种注汽锅炉，其结构如图2所示，其包括锅炉给水单元1、柱塞泵2、水-水换热器3、对流段4、辐射段5、鼓风机6和烟囱7，该注汽锅炉还包括一低温受热单元8，设置在该注汽锅炉的烟囱7内部、对流段4的上方；
所述水-水换热器3设置有内管和外管；
所述给水单元1与所述柱塞泵2的入口连通，所述柱塞泵2的出口与所述低温受热单元8的入口连通，所述低温受热单元8的出口与所述水-水换热器3的外管入口相连通，所述低温受热单元8的出口与所述对流段4的管路的入口相连通并且两者间设置有阀门，所述水-水换热器3的外管出口与所述低温受热单元8的出口并行连通所述对流段4的管路的入口，所述对流段4的管路的出口与所述水-水换热器3的内管入口连通，所述水-水换热器3的内管出口与所述辐射段5的管路入口连通，所述辐射段5的管路的出口输出蒸汽，所述鼓风机6与所述辐射段5连通，所述辐射段5连接至所述烟囱。
上述的注汽锅炉中，所述低温受热单元包括64根材质为316L不锈钢的翅片管，该64根翅片管分5排设置，第一排14根翅片管，第二、三、四排分别为12根翅片管，最后一排14根翅片管。
实施例2
本实施例提供一种利用实施例1的注汽锅炉生产蒸汽的方法，其流程如图3所示，该方法包括如下步骤：
步骤一、利用柱塞泵2将锅炉给水单元1提供的水注入低温受热单元8，与烟囱7内对流段上方的烟气进行热交换，在低温受热单元8出口检测水温，水温由进水时的20℃上升为43.4℃；
步骤二、将与烟囱7内对流段4上方的烟气进行热交换后的水分流注入水-水换热器3的外管和对流段4的管路，进入外管的水与水-水换热器3的内管中的水进行水-水换热后通过外管，然后一并进入对流段4的管路，与烟囱7内对流段4的烟气进行对流热交换，分别在对流段4管路进出水口检测水温，对流段4进水口口水温为101.8℃，对流段4出口水温为297.9℃；
步骤三、将对流热交换后的水注入水-水换热器3的内管，与水-水换热器3的外管中的水进行水-水换热，内管出口的水温略有下降，变为249.6℃；
步骤四、将水-水换热后的水注入辐射段5的管路，与鼓风机6带来的锅炉高温烟气进行热交换，最后转变为蒸汽排出，蒸汽温度为353℃。
同时检测到烟囱7排烟口温度降为130℃。
与背景技术中的现有技术注汽锅炉的各个对应位置进行温度比较：
给水温度：20℃
低温受热单元8出口水温：43.4℃
对流段4入口水温：由95.4℃变为101.8℃
对流段4出口水温：由290.5℃变为297.9℃
辐射段5入口水温：由224.4℃变为249.6℃
辐射段5出口水温：353℃
背景技术中的现有技术注汽锅炉负荷分配：辐射段：对流段=62.1:37.9
本发明实施例注汽锅炉负荷分配：
辐射段：对流段：低温受热单元=59.6：36.6：3.8。
由上述实施例可见：
通过低温受热单元，改变现有技术注汽锅炉的结构及工艺流程，重新定位注汽锅炉热负荷分配，能够使注汽锅炉排烟温度由230℃降到130℃左右，从而使热效率提高4%-5%，能够充分利用高温烟气携带的能量，提高注汽锅炉热效率。

Claims (5)

1.一种注汽锅炉，其包括锅炉给水单元、柱塞泵、水-水换热器、对流段、辐射段、鼓风机和烟囱，其特征在于：该注汽锅炉还包括一低温受热单元，设置在该注汽锅炉的烟囱内部、对流段的上方；
所述水-水换热器设置有内管和外管；
所述给水单元与所述柱塞泵的入口连通，所述柱塞泵的出口与所述低温受热单元的入口连通，所述低温受热单元的出口与所述水-水换热器的外管入口连通，所述水-水换热器的外管出口与所述对流段的管路的入口连通，所述对流段的管路的出口与所述水-水换热器的内管入口连通，所述水-水换热器的内管出口与所述辐射段的管路入口连通，所述辐射段的管路的出口输出蒸汽，所述鼓风机与所述辐射段连通，所述辐射段连接至所述烟囱；所述低温受热单元的出口还与所述对流段的管路的入口连通，两者之间设置有阀门；
所述低温受热单元由64根翅片管构成，该64根翅片管分5排设置。
2.根据权利要求1所述的注汽锅炉，其特征在于：所述翅片管呈折叠蛇形往复布置成5排，第一排14根翅片管，第二、三、四排分别为12根翅片管，最后一排14根翅片管。
3.根据权利要求1或2所述的注汽锅炉，其特征在于：所述翅片管的材质为316L不锈钢。
4.一种利用权利要求1-3任一项所述的注汽锅炉生产蒸汽的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、利用柱塞泵将锅炉给水单元提供的水注入低温受热单元，与烟囱内对流段上方的烟气进行热交换；
步骤二、将与烟囱内对流段上方的烟气进行热交换后的水注入水-水换热器的外管，与水-水换热器的内管中的水进行水-水换热，然后注入对流段管路，与烟囱内对流段的烟气进行对流热交换；或者将与烟囱内对流段上方的烟气进行热交换后的水分流注入水-水换热器的外管和对流段的管路，进入外管的水与水-水换热器的内管中的水进行水-水换热后通过外管，然后一并进入对流段的管路，与烟囱内对流段的烟气进行对流热交换；
步骤三、将对流热交换后的水注入水-水换热器的内管，与水-水换热器的外管中的水进行水-水换热；
步骤四、将水-水换热后的水注入辐射段的管路，与鼓风机带来的锅炉高温烟气进行热交换，最后转变为蒸汽排出。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述高温烟气由锅炉直接生成，由鼓风机吹入辐射段，与辐射段的管路进行热交换；热交换后的高温烟气进入烟囱对流段，与对流段的管路进行对流段热交换；对流段热交换后的高温烟气继续与低温受热单元进行热交换，高温烟气变成低温烟气，最后从烟囱出口排出。
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