CN1888529A - 撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉 - Google Patents

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本发明公开了一种撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉，锅炉本体内分为辐射受热面和对流受热面，所述的辐射受热面是由单根的辐射受热管盘绕而成的圆筒体，对流受热面是单根的对流受热管盘绕而成的蛇形对流管束，对流管束叉排布置，辐射受热管的一端作为进水口，辐射受热管的另一端与辐射受热管出水管相连通，辐射受热管出水管与对流受热管相连通，锅炉本体的炉墙由三层构成，最内层是由硅酸铝耐火陶瓷纤维压制成的波纹板，中间层是绝热层，最外层是防红外涂料层。本发明降低成本、运行可靠，运输方便。

Description

撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉
技术领域
本发明属于油田高效热采系统，特别涉及具有超临界压力及先进的给水处理工艺的直流锅炉系统。
背景技术
由热力学分析可知，为了提高火电厂的发电效率及降低发电成本，采用的主要方法之一是提高蒸汽锅炉(又称蒸汽发生器)出口蒸汽的参数(压力、温度等)以提高其做功能力。目前国内外众多学者正致力于超临界及超超临界发电技术的研究及应用，与此相应的，到目前为止所有超临界压力蒸汽锅炉均用于火力发电厂，在其运行过程中，必须解决其蒸汽发生器受热管内的工质流量脉动、工质传热恶化、管内积盐、水质和水处理系统等问题。
在石油工业中，把蒸汽锅炉(注汽锅炉)产生的蒸汽注入油井中以提高采油率，是原油热采常用的方法之一。由于这种技术所需的出口蒸汽压力变化范围较大(从6MPa到20MPa)，所需的出口蒸汽干度变化也较大(从50％到100％)且需要撬装和便于运输，因此只有采用结构简单的直流锅炉才能满足这些要求。
当压力为22.4MPa，温度为374.15℃时，水达到了超临界状态。与常态下的水相比，超临界水的物理化学性质和传热传质性能发生了突变。对蒸汽发生器而言，这种突变是非常危险的，因此，注汽锅炉的设计参数一般选择在水的临界状态之下。目前国内注汽直流锅炉出口压力均为亚临界压力，最高达到21MPa左右，尚未见生产出超临界压力注汽锅炉的报道。
近年来，随着我国大部分油田的深入开发，老区块含水量增加，产油量下降，而新的轻、中质原油和浅层稠油区块无新的发现，油田的总产量呈逐年下降趋势。以胜利油田为例，某地区虽有约1×108t已探明的稠油储量，但由于其埋深超过2000m，油层压力大于30MPa而无法开采，辽河、新疆、河南等油田也存在类似情况。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提出撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉系统，运行可靠，运输方便。
本发明的技术方案是这样实现的：撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉系统包括锅炉本体，锅炉本体内分为辐射受热面和对流受热面，所述的辐射受热面是由单根的辐射受热管盘绕而成的圆筒体，对流受热面是单根的对流受热管盘绕而成的蛇形对流管束，对流管束叉排布置，辐射受热管的一端作为进水口，辐射受热管的另一端与辐射受热管出水管相连通，辐射受热管出水管与对流受热管相连通，锅炉本体的炉墙由三层构成，最内层是由硅酸铝耐火陶瓷纤维压制成的波纹板，中间层是绝热层，最外层是防红外涂料层。
所述的对流受热面为梯形。
辐射受热管和对流受热管在空间上相互垂直布置。
辐射受热管通过眼镜形吊架固定在炉壁上，眼镜形吊架设置在炉墙上。
辐射受热面和对流受热面的各个直管段之间通过推拉成形弯头连接，推拉成形弯头采用0.75D的弯曲半径。D是指直管管径。
辐射受热管采用15CrMo合金钢材。
本发明在超临界压力注汽锅炉的受热面布置上采用了辐射受热而和对流受热面两级布置，工质与烟气流动方向总体是逆向流动。这样布置有利于提高换热，同时有效减少受热面的分级，使锅炉结构紧凑、实用，而且工质侧流动阻力较低，降低了克服阻力的能耗，提高了系统的经济性。其中，辐射受热而总体呈圆筒形，与长方形炉膛相比，其对称性提高，具有以下优点：(1)可以保证炉膛水冷壁受热均匀，防止热偏差出现；(2)可以防止烟气死区的出现，使得辐射受热区内烟气的流动更为顺畅，减少烟风阻力；(3)圆筒形炉膛的结构强度、稳定性更好，更适应于频繁移动。对流受热面为一梯形结构，沿烟气流向其横截面不断缩小，这样设计最大程度地保证了横向冲刷对流管束的烟气流在各个截面上取得一致的烟速，使得对流受热管受热均匀。
为了减少炉墙的散热损失，提高锅炉的效率，本发明采用了三层炉墙结构，这种布置不仅具有优良的保温性能，而且整个炉墙轻便适用，方便运输和安装。
两级受热面中的直管段统一用推拉成形弯头连接，不仅在有限的空间尺度内布置了更多的受热面，保证了工质出口的超临界参数，而且使得整个系统本体尺寸减小，大大节省了所需的钢材，降低了成本。本发明在运输和搬动时可以迅速地撬装，方便快捷地应用于油田热采，无需使用起重机等大型动力设备。
附图说明
图1是本发明系统示意图。
图2是本发明的炉墙及眼镜形吊架结构示意图。
图3是本发明对流受热面的对流管束及管板结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，锅炉本体3安装在锅炉底座8上。锅炉本体3主要包括辐射受热面2和对流受热面4两级受热面。辐射受热面位于炉膛内，由单根的辐射受热管16盘绕而成。锅炉本体3内被三层炉墙包覆，由里向外依次为硅酸铝耐火陶瓷纤维压制成的波纹板14、绝热层13、防红外涂料层12。燃烧器1安装在炉墙前墙，并位于圆筒形炉膛的中心线上。对流受热面4是单根对流受热管17盘绕而成的蛇形对流管束，对流受热管17和辐射受热管16通过辐射受热管出水管18相连通。在对流受热管17的尾部，布置了烟窗7和烟囱6，保证了烟气的流通。
上质的流程为：锅炉给水经给水处理系统严格处理后用高压水泵加压，通过锅炉给水进水口9进入辐射受热管16，燃油由前墙中心布置的燃烧器1雾化后喷入炉膛迅速燃烧，给水充分吸收燃油的辐射热，然后进入对流受热管17。工质在蛇形对流受热管束中和横向冲刷对流管17的高温烟气充分对流换热，最终被加热成为具有超临界参数的高温高压蒸汽。烟气被工质冷却后通过烟窗7经烟囱6排放到空气中。
辐射受热面2为单管盘绕而成的一个圆筒体，其中燃烧器1前墙中心布置，雾化后的燃油直接喷入炉膛迅猛燃烧。对流受热面为单管盘绕而成的蛇形对流管束，对流受热面管子两端插在管板15上，整个对流管束叉排布置，烟气流通截面沿烟气流向不断缩小，使得烟气在流过的截面上尽可能得到一致的流速，从而获得尽可能均匀的冲刷换热效果。热力计算表明，经过两级受热面，工质参数可达到超临界状态(压力为26MPa，温度为390℃，锅炉排烟温度为220℃，不会在尾部受热面上产生低温腐蚀和堵灰现象，按照设计的参数，锅炉效率可以达到85％以上。
由于辐射受热面和对流受热面都是由单管盘绕而成的，因此本发明采用了推拉成形弯头5来衔接各个直管段。因为推拉成形弯头的弯曲半径比弯管机所弯成的半径小得多，所以受热面的布置更加紧密，能够在有限的空间内更有效地换热。运用此工艺，有如下两个优点：(1)使锅炉本体尺寸大幅度缩小，不仅运输方便，且能满足油田施工频繁搬动的需要。(2)在一定的尺寸内增加了受热面积，使得辐射受热面的水冷度增加，对流受热面的换热增强，大大降低了钢材消耗量。
在综合考虑安全性和经济性的基础上，本发明采用15CrMo合金钢材作为辐射受热管的钢材。15CrMo为国产钢种，可耐550℃高温，不仅满足壁温要求，而且价格便宜。
如图2所示，加工制造中对辐射受热面管子的固定采用的管夹是眼镜形吊架10。一个眼镜形吊架10固定相邻的两根水冷壁管，然后把眼镜形吊架10穿过炉墙固定在锅炉护架11上。这样布置使得水冷壁管、炉墙和护架浑然一体，锅炉刚性大大增强。最外层是锅炉护架11，护架内为炉墙，向内依次为防红外涂层12、绝热层13、硅酸铝耐火陶瓷纤维压制成的波纹板14。为了提高锅炉的热效率，在炉膛外包覆了炉墙，使其与外界绝热，炉墙外侧是锅炉的护架，支撑起了整个受热面。由于整个炉墙的重量由内层决定，而最内层的容重仅为250kg/m3，即为水容重的1/4，因此整个炉墙很轻，而且内层的硅酸铝耐火陶瓷纤维具有优良的耐热性，可耐1250℃的高温。中间层是绝热层13。为了进一步增强炉墙的保温性能，在炉墙最外层又涂了一层很薄的防红外涂料12，它可以更有效地防止炉墙的红外辐射，提高锅炉效率，但不会增加整个炉墙的重量。在炉墙外是槽钢护架和钢箍，水冷壁管被眼镜形吊架固定在钢架上。
如图3所示，对流受热管17两端固定在管板15上，在管板外侧焊上小弯头，一条环焊缝，并在内侧采用了良好的绝热措施，防止管板被高温烟气烧坏。
为了解决受热管内的积盐问题，本发明在给水水质的处理上采用了除氧器和新型反渗透膜分离设备联合处理的方法。采用这种方案，给水中各种盐类的含量均低于过热蒸汽中各种盐类的溶解度，与注汽锅炉出口处的超临界压力及温度相对应，这样就不会在注汽锅炉受热管内积盐，而给水中的盐类将随蒸汽排入注汽井中。

Claims (6)

1、一种撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉，包括锅炉本体(3)，其特征在于，锅炉本体(3)内分为辐射受热面(2)和对流受热面(4)，所述的辐射受热面(2)是由单根的辐射受热管(16)盘绕而成的圆筒体，对流受热而(4)是单根的对流受热管(17)盘绕而成的蛇形对流管束，对流管束叉排布置，辐射受热管(16)的一端作为进水口(9)，辐射受热管(16)的另一端与辐射受热管出水管(18)相连通，辐射受热管出水管(18)与对流受热管(17)相连通，锅炉本体(3)的炉墙由三层构成，最内层是由硅酸铝耐火陶瓷纤维压制成的波纹板(14)，中间层是绝热层(13)，最外层是防红外涂料层(12)。
2、根据权利要求1所述的撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉，其特征在于，对流受热面(4)为梯形。
3、根据权利要求1所述的撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉，其特征在于，辐射受热管(16)和对流受热管(17)在空间上相互垂直布置。
4、根据权利要求1所述的撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉，其特征在于，辐射受热管(16)通过眼镜形吊架(10)固定在炉壁上，眼镜形吊架(10)设置在炉墙上。
5、根据权利要求1所述的撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉，其特征在于，辐射受热面(2)和对流受热面(4)的各个直管段之间通过推拉成形弯头(5)连接，推拉成形弯头(5)采用0.75D的弯曲半径，D是指直管管径。
6、根据权利要求1所述的撬装式燃油超临界压力直流注汽锅炉，其特征在于，辐射受热管(16)采用15CrMo合金钢材。
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