CN107883364A - 固定式高热效率直流注汽锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固定式高热效率直流注汽锅炉，它属于油田注汽锅炉技术领域。包括烟气系统、水路系统，烟气系统包括：过渡段、蒸发段、下对流段、上对流段、烟囱沿烟气流动方向依次连通，蒸发段位于过渡段上方，下对流段位于蒸发段上方，上对流段位于下对流段上方，烟囱位于上对流段上方；过渡段与辐射炉膛的烟道连通，下对流段下部通过出水管与辐射炉膛内的加热管连接，辐射炉膛内的加热管出水端与蒸发段内的蒸发管束连接，上对流段的上部设有进水管，进水管内的水进入到上对流段的水温为60‑80℃，在下对流段和上对流段内分别设有由钉头管连接成的对流管束；烟囱排放的烟气温度为100‑120℃。它解决了高温回用水作为锅炉给水的注汽锅炉热效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油行业热力开采地下稠油的注汽锅炉，特别是涉及一种适用于高温回用水作为锅炉给水的固定式高热效率直流注汽锅炉。
背景技术
目前国内在使用的油田注汽锅炉热效率普遍低于88%，而新设计的注汽锅炉要求燃油热效率≥90%，燃气热效率≥92%，尽管能满足国家标准，但仍有提高的空间。当下注汽锅炉的发展趋势是降低烟气排放，最大程度提高热效率。在低油价的冲击下，国内外油田都在想方设法降本增效，而注汽锅炉的热效率直接决定了燃料的消耗量，注汽锅炉的热效率越高采油成本越低，油田抵御低油价的能力就越强。
油田用户目前大多采用河水及地下水作为锅炉给水，经锅炉生产的蒸汽注入地下后放出热量加热稠油后凝结成水，随着稠油一起被抽出，再经分离后排出的废水直接排到排污池中。这部分排污水不但带走大量的热量造成浪费，后期排放处理成本也极高。高温回用水就是将这部分排污水经简单过滤软化处理后重新作为给水供给锅炉，既可以减少对水资源的浪费，又可以回收一部分热量。
中国专利CN105402719B，公开了一种固定式自承载复合循环方式的过热蒸汽发生器，它的烟气系统是由采用辐射炉膛、过度连接烟道、过热器、省煤器、烟囱沿热烟气运动方向依次连通，为防止排放的烟气温度过低，防止烟气在低温时产生露点腐蚀，所以在过热器中下方设置有双筒锅炉卧式换热器，还设有给水加热装置，此种结构的蒸汽发生器为复合循环方式的过热蒸汽发生器，其设有除氧设备，使给水温度达到100℃以上，因此排烟温度在200℃左右，但由于换热面小，热效率较低。对流段采用翅片管，当燃料为油时容易积灰，一般需要在2个月左右进行清洗，而且不易清洗。中国专利CN202470019U，公开了一种光管及集箱式油田专用蒸汽发生器，其结构为：辐射段、对流段、烟囱、水-水换热器、燃烧器、鼓风机、控制柜、过渡段均以模块形式组装在橇座上，水-水换热器为套管形式，对流段全部由光管组成的矩形结构，其管束全部由往复弯曲的蛇形小光管的管排组成，此种结构的蒸汽发生器，进入对流段的水经过换热后温度高于100℃，使得排出的烟气温度高，同时还存在换热面小的问题，导致热效率低。中国专利CN205227268U，公开了一种轻载式轻型高干度蒸汽发生器，也同样存在配有水-水换热器、换热面小，排出的烟气温度高，热效率较低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温回用水作为锅炉给水的固定式高热效率直流注汽锅炉，以解决高温回用水作为锅炉给水的注汽锅炉热效率低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过下述技术方案实现的：
固定式高热效率直流注汽锅炉，包括烟气系统、水路系统，烟气系统包括：过渡段、蒸发段、下对流段、上对流段、烟囱沿烟气流动方向依次连通，蒸发段位于过渡段上方，下对流段位于蒸发段上方，上对流段位于下对流段上方，烟囱位于上对流段上方；过渡段与辐射炉膛的烟道连通，下对流段下部通过出水管与辐射炉膛内的加热管连接，辐射炉膛内的加热管出水端与蒸发段内的蒸发管束连接，上对流段的上部设有进水管，进水管内的水进入到上对流段的水温为60-80℃，在下对流段和上对流段内分别设有由钉头管连接成的对流管束；烟囱排放的烟气温度为100-120℃。
上述的进水管与柱塞泵连接。
上述的柱塞泵将60-80℃油田高温回用水作为给水。
上述的钉头管由基管及设在基管上的钉头构成，钉头均匀分布在基管的外管壁上，基管与基管之间通过弯头连接，在基管、弯头及钉头外表面喷涂耐烟气腐蚀的涂料，基管、弯头及钉头的材质为09CrCuSb；钉头管水平往复叠加布置。
上述的上对流段内的对流管束进水端与进水管连接，在上对流段内的对流管束出水端通过连接管与下对流段内的对流管束进水端连接，下对流段内的对流管束出水端与出水管连接。
上述的上对流段内的对流管束为3组，下对流段内的对流管束为4组。
上述的蒸发段内设置蒸发管束，蒸发管束为单回路光管蛇形水平往复布置。
上述的蒸发段、下对流段及上对流段烟气流通截面沿烟气流动方向按阶梯形式逐步变窄。
上述的蒸发段、下对流段、上对流段为长方体，蒸发段、下对流段、上对流段的长度相同，宽度比为1：0.8：0.6，高度比为1.1：3.2：3.4。
由于采用上述技术方案，使得本发明具有如下优点和效果：
由于烟气中含有腐蚀性气体，为防止炉管腐蚀，在用油田注汽锅炉均设有水-水换热器，给水要经过水-水换热器加热到100-120℃后方可进入对流段，且为避免冷凝水腐蚀炉管，排烟温度要设计在160℃以上。本发明将对流段换热面设计为蒸发段、下对流段及上对流段三个部分，取消水-水换热器，给水经高压泵升压后直接进入上对流段。考虑到蒸发段位于高温烟气区域，其烟气温度达到800-1000℃，其管束设计为光管；下对流段烟气温度300-800℃，使用翅片管尽管可以增大换热面积，但翅片管易积灰且清灰难，设计为钉头管既达到了增大换热面积的目的又解决了翅片管影响热效率的问题；上对流段烟气温度150-300℃，考虑到高温回用水温度为60-80℃，上对流段内会产生冷凝水附着在管束上，为防止低温腐蚀，管束材质选用09CrCuSb，并喷涂耐烟气腐蚀的涂料形成保护。
1.适用于油田回用水，取消水-水换热器，给水直接进入上对流段加热，将排烟温度由230-250℃降低到120℃以下，热效率从80-85%提升至不低于93%，节能增效。
2.对流受热面沿烟气流动方向梯形布置，使烟气温度、流速、水速等参数达到对流换热的最佳值，提高换热效率。
3.对流受热面分段设计为蒸发段、对流段分上下二段，实现了工厂制作、现场组装，方便运输，并给用户将来维修带来很多好处。
4.上下对流段换热面设计为钉头管，既增大了换热面积，又解决了积灰的问题，可以一年清洗一次，积灰易清洗。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明图1左视示意图；
图3是本发明蒸发段示意图；
图4是本发明下对流段示意图；
图5是本发明上对流段示意图；
图6是本发明钉头管示意图；
图7是本发明对流换热区域置示意图；
图8是图7的侧视结构示意图。
图中：1、柱塞泵；2、出水管；3、蒸发管束；4、辐射炉膛；5、过渡段；6、蒸发段；7、下对流段；8、上对流段；9、烟囱；10、进水管；11、钉头管；12、对流管束；13、基管；14、钉头；15、弯头；16、连接管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
以下实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
如图1-8所示，本发明固定式高热效率直流注汽锅炉，包括烟气系统、水路系统，烟气系统包括：过渡段5、蒸发段6、下对流段7、上对流段8、烟囱9沿烟气流动方向依次连通，蒸发段6位于过渡段5上方，下对流段7位于蒸发段6上方，上对流段8位于下对流段7上方，烟囱9位于上对流段8上方；过渡段5与辐射炉膛4的烟道连通，下对流段7下部通过出水管2与辐射炉膛4内的加热管连接，辐射炉膛4内的加热管出水端与蒸发段6内的蒸发管束3连接，上对流段8的上部设有进水管10，进水管10与柱塞泵1连接，进水管10内的水进入到上对流段8的水温为60-80℃，在下对流段7和上对流段8内分别设有由钉头管11连接成的对流管束12；烟囱9排放的烟气温度为100-120℃，过渡段5、蒸发段6、下对流段7和上对流段8为长方体。柱塞泵1将60-80℃油田高温回用水作为给水。水路系统包括：柱塞泵1、进水管10、对流管束12、连接管16、出水管2和蒸发管束3。
钉头管11由基管13及设在基管13上的钉头14构成，钉头14均匀分布在基管13的外管壁上，基管13与基管13之间通过弯头15连接，在基管13、弯头15及钉头14外表面喷涂耐烟气腐蚀的涂料，基管13、弯头15及钉头14的材质为09CrCuSb；钉头管11水平往复叠加布置。
上对流段8内的对流管束12进水端与进水管10连接，在上对流段8内的对流管束12出水端通过连接管16与下对流段7内的对流管束12进水端连接，下对流段7内的对流管束12出水端与出水管2连接。
上对流段8内的对流管束为3组，上对流段8内的每组对流管束进水端都与进水管10连接，上对流段8内的每组对流管束出水端都与连接管16连接；下对流段7内的对流管束为4组，下对流段7内的每组对流管束进水端都与连接管10连接，下对流段7内的每组对流管束出水端都与出水管16连接。
蒸发段6内设置蒸发管束3，蒸发管束3为单回路光管蛇形水平往复布置，辐射炉膛4加热后的水从蒸发段6的下部进入，从蒸发段6的上部排出。
如图7和图8所示，蒸发段6、下对流段7及上对流段8烟气流通截面沿烟气流动方向按阶梯形式逐步变窄。随着烟气逐步的放出热量，其温度逐渐降低，体积变小，而蒸发段及上下对流段均为对流换热，要求烟气要有足够的速度才能保证换热效果，因此蒸发段、下对流段及上对流段烟气流通截面沿烟气流动方向按阶梯形式逐步变窄，，以保证烟气在对流换热区域保持适宜流动速度。对流换热区域由蒸发段、上对流段及下对流段构成。蒸发段、下对流段、上对流段为长方体，蒸发段、下对流段、上对流段的长度相同，宽度比为1：0.8：0.6，高度比为1.1：3.2：3.4，此为最佳技术方案，这不能用于限定本发明的保护范围，蒸发段、下对流段、上对流段的形状和尺寸只要保证烟气流通截面沿烟气流动方向按阶梯形式逐步变窄就可以。
本发明的工作原理：
辐射炉膛产生的烟气温度达到800-1000℃进入到过渡段后，向上经过蒸发段6、下对流段7和上对流段8，最后从烟囱9排放的烟气温度为100-120℃，在经过蒸发段6、下对流段7和上对流段8时与对流管束12和蒸发管束3内的水进行对流换热，充分利用烟气中的热量，提高热效率。柱塞泵将60-80℃油田高温回用水作为给水，直接送到进水管，经过上对流段8内的对流管束，从连接管16再进入下对流段7内的对流管束，然后进入辐射炉膛进行辐射换热，吸收热量后变成干度50-70%的饱和湿蒸汽，然后再进入蒸发段进行对流换热得到干度90%的饱和湿蒸汽，最后从蒸汽出口送至各个井口。不在需要对60-80℃油田高温回用水进行加热。减少了换热装置，降底成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.固定式高热效率直流注汽锅炉，它包括烟气系统、水路系统，其特征在于烟气系统包括：过渡段、蒸发段、下对流段、上对流段、烟囱沿烟气流动方向依次连通，蒸发段位于过渡段上方，下对流段位于蒸发段上方，上对流段位于下对流段上方，烟囱位于上对流段上方；过渡段与辐射炉膛的烟道连通，下对流段下部通过出水管与辐射炉膛内的加热管连接，辐射炉膛内的加热管出水端与蒸发段内的蒸发管束连接，上对流段的上部设有进水管，进水管内的水进入到上对流段的水温为60-80℃，在下对流段和上对流段内分别设有由钉头管连接成的对流管束；烟囱排放的烟气温度为100-120℃。
2.根据权利要求1所述的固定式高热效率直流注汽锅炉，其特征在于进水管与柱塞泵连接。
3.根据权利要求2所述的固定式高热效率直流注汽锅炉，其特征在于柱塞泵将60-80℃油田高温回用水作为给水。
4.根据权利要求1所述的固定式高热效率直流注汽锅炉，其特征在于钉头管由基管及设在基管上的钉头构成，钉头均匀分布在基管的外管壁上，基管与基管之间通过弯头连接，在基管、弯头及钉头外表面喷涂耐烟气腐蚀的涂料，基管、弯头及钉头的材质为09CrCuSb；钉头管水平往复叠加布置。
5.根据权利要求1所述的固定式高热效率直流注汽锅炉，其特征在于上对流段内的对流管束进水端与进水管连接，在上对流段内的对流管束出水端通过连接管与下对流段内的对流管束进水端连接，下对流段内的对流管束出水端与出水管连接。
6.根据权利要求5所述的固定式高热效率直流注汽锅炉，其特征在于上对流段内的对流管束为3组，下对流段内的对流管束为4组。
7.根据权利要求1所述的固定式高热效率直流注汽锅炉，其特征在于蒸发段内设置蒸发管束，蒸发管束为单回路光管蛇形水平往复布置。
8.根据权利要求1所述的固定式高热效率直流注汽锅炉，其特征在于蒸发段、下对流段及上对流段烟气流通截面沿烟气流动方向按阶梯形式逐步变窄。
9.根据权利要求8所述的固定式高热效率直流注汽锅炉，其特征在于蒸发段、下对流段、上对流段为长方体，蒸发段、下对流段、上对流段的长度相同，宽度比为1：0.8：0.6，高度比为1.1：3.2：3.4。
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