CN201050773Y - 超临界压力注汽锅炉 - Google Patents

Abstract

一种超临界压力注汽锅炉，具有燃烧器、炉膛、烟道、供水管，炉膛内布置有第一、第二辐射管束，烟道内布置有第一、第二对流管束，供水管与换热器的壳程入口连通，换热器的壳程出口经过一号管道与第一对流管束的入口连通，第一对流管束的出口经过二号管道与第一辐射管束的入口连通，第一辐射管束的出口经过三号管道与换热器的管程入口连通，换热器的管程出口经过四号管道与第二辐射管束的入口连通，第二辐射管束的出口经过五号管道与第二对流管束的入口连通，第二对流管束的出口与蒸汽排放管连通；本实用新型将蒸汽末级加热的管束从辐射段移到对流段，避免了传热恶化，蒸汽压力可达26MPa，解决了高压深井区块、超稠油区块开采难的问题。

Description

超临界压力注汽锅炉

技术领域

本实用新型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。

现有的注汽锅炉的结构如图1所示：它主要由燃烧器1、炉膛2、烟道3组成，炉膛2、烟道3通过联接管4连通，炉膛2是锅炉的热辐射段，烟道3是锅炉的热对流段。炉膛2内布置有辐射管束5，烟道3内布置有对流管束6，锅炉的外部布置有换热器7，换热器7为内套管式水-水换热器，由外壳和内套管组成，外壳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，现有锅炉的水汽流程如下：

从水处理装置来的除盐水通过水泵15升压后，经过供水管10进入换热器7的壳程入口700，预热后，由壳程出口701输出，经过水管11进入对流管束6的入口601，吸收了烟道内的热量后，作为换热器的热源由对流管束6的出口602输出，经过水管12进入换热器7的管程入口702，冷却后的温水从换热器的7的管程出口703输出，经过水管13进入辐射管束5的入口503，在炉膛2内吸收热量汽化成为蒸汽，蒸汽从辐射管束5的出口504输出，经过蒸汽排放管14送到油井。供水管10上装有阀门8，蒸汽排放管14上装有阀门9。

在锅炉系统中，通常把比热容大于8.4kJ/kg.℃的区域称为大比热区，锅炉的辐射段就是大比热区的位置，大比热区的换热特点是：

(a)在热负荷较小，工质的质量流速较大时，接近最大比热区附近工质的换热系数很大；

(b)在热负荷较高，工质的质量流速较小时，大比热区内工质的换热系数突然减小，壁温飞升。

上述结构的锅炉，水汽管路系统比较简单，辐射管束为单管束，蒸汽的初级加热和末级加热都是由辐射管束完成的，辐射管束位于炉膛内，直接受燃烧器火焰的烘烤，热负荷较高，工质的流速又较小，会出现传热恶化现象，致使工质的温度无法进一步提升。所以，现有的锅炉产生的蒸汽压力只能达到亚临界的21MPa，无法达到超临界压力，不能满足稠油开采向更深领域发展的需要，目前很多油田都有相当储量的超深稠油，常规亚临界压力的蒸汽注不进去，这部分储量一直无法有效地开发利用。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种超临界压力注汽锅炉，改变了现有亚临界压力锅炉的水汽管路布局，将蒸汽末级加热的管束从辐射段移到热负荷相对较小的对流段，避免了传热恶化，从而使其压力达到了26MPa，解决了高压深井区块、超稠油区块开采难的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种超临界压力注汽锅炉，具有燃烧器、炉膛、烟道、供水管，炉膛和烟道之间通过联接管连通，锅炉的外部布置有换热器；

其特征是：炉膛内布置有第一、第二辐射管束，烟道内布置有第一、第二对流管束，所述供水管与换热器的壳程入口连通，换热器的壳程出口经过一号管道与第一对流管束的入口连通，第一对流管束的出口经过二号管道与第一辐射管束的入口连通，第一辐射管束的出口经过三号管道与换热器的管程入口连通，换热器的管程出口经过四号管道与第二辐射管束的入口连通，第二辐射管束的出口经过五号管道与第二对流管束的入口连通，第二对流管束的出口与蒸汽排放管连通。

所述第一对流管束布置在烟道出口端，第二对流管束布置在烟道入口端。

所述第一、第二辐射管束都是由内螺纹管水平往复排列构成。

所述第二对流管束由内螺纹管水平往复排列构成。

本实用新型有以下积极有益效果：

针对现有压力锅炉的设计缺陷，本实用新型对锅炉的结构进行了三项改进：

一是将蒸汽末级加热的管束从辐射段移到对流段，且布置在烟道的入口区域，这部分区域的温度较高，接近炉膛，即接近最大比热区，可保证蒸汽质量，而又离炉膛火焰中心区域较远，最大热负荷远低于辐射段，不会发生传热恶化。

二是将辐射管束由单管束改为双管束，使蒸汽的加热由一级变为两级，从而有效地提高了锅炉安全运行可靠性。

三是在辐射段和对流段入口区均采用小管径的内螺纹管。

内螺纹管是在管子内壁上开出单道或多道的螺旋形槽道的管子，它具有防止或推迟传热恶化的作用，主要表现在：

(a)工质在内螺纹的作用下形成强烈的旋转汽流，增大质量流速，使水滴沉降到管壁上；

(b)由于汽流强烈扰动，减小了边界层的热阻，强化传热，降低壁温；

(c)内螺纹槽中的液膜不易被中心汽流卷吸携带；

(d)内螺纹槽增大了管子内表面积，减低了内壁热负荷，从而显著降低了管壁温度峰值，推迟了传热恶化。

附图说明

图1是现有注汽锅炉的水汽管路布局结构示意图。

图2是本实用新型的注汽锅炉的外形示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是本实用新型注汽锅炉的水汽管路布局结构示意图。

图5是图2中炉膛的半剖视图。

图6是图5的A-A剖视图。

图7是图2中烟道的主视图。

图8是图7的俯视图。

1燃烧器         2炉膛        3烟道        4联接管

5辐射管束       503入口      504出口

6对流管束       601入口      602出口      7换热器

700壳程入口     701壳程出口

702管程入口     703管程出口

8阀门           9阀门        10供水管

11水管          12水管       13水管

14蒸汽排放管    15水泵       16水泵

17烟囱          18阀门       19阀门       20拖车

21燃烧器        22炉膛       23烟道       24联接管

25第一辐射管束  252入口      253出口

26第一对流管束  261入口      262出口      27换热器

270壳程入口     271壳程出口

273管程入口     274管程出口

28第二辐射管束  284入口      285出口

29第二对流管束  295入口      296出口      30供水管

31一号管道      32号管道     33三号管道   34四号管道

35号管道        36蒸汽排放管

具体实施方式

请参照图2、图3、图4，本实用新型是一种超临界压力注汽锅炉，具有燃烧器21、炉膛22、烟道23、供水管30，炉膛22和烟道23之间通过联接管24连通，烟道23的出口与烟囱17相连，锅炉的外部布置有换热器27，换热器27为内套管式水-水换热器。为了便于在野外移动作业，锅炉的各部分组件都安装在拖车20上。

换热器27为内套管式水-水换热器，由外壳和内套管组成，外壳上设置有壳程入口270和壳程出口271，内套管的两端设置有管程入口273和管程出口274，炉膛22内布置有第一、第二辐射管束25、28，烟道23内布置有第一、第二对流管束26、29，供水管30与换热器27的壳程入口270连接，换热器的壳程出口271经过一号管道31与第一对流管束26的入口261连通，第一对流管束26的出口262经过二号管道32与第一辐射管束25的入口252连通，第一辐射管束25的出口253经过三号管道33与换热器27的管程入口273连通，换热器27的管程出口274经过四号管道34与第二辐射管束28的入口284连通，第二辐射管束28的出口285经过五号管道35与第二对流管束29的入口295连通，第二对流管束29的出口296与蒸汽排放管36连通。

水泵16安装在供水管30上，供水管30上装有阀门18，蒸汽排放管36上装有阀门19。

请参照图4、图5、图6、图7、图8，本实用新型的锅炉系统中，蒸汽的末级加热是由第二对流管束29完成的，第二对流管束29布置在烟道入口端，也就是布置在烟道内的高温区域。这部分区域的温度较高，接近炉膛，即接近最大比热区，可保证蒸汽质量，而离炉膛火焰中心区域又较远，最大热负荷远低于辐射段，不会发生传热恶化。第一对流管束26布置在烟道的出口端，也就是布置在烟道内的低温区域。

第一、第二辐射管束25、28由内螺纹管水平往复排列构成。第二对流管束29由内螺纹管水平往复排列构成。

内螺纹管是在管子内壁上开出单道或多道的螺旋形槽道的管子，它具有防止或推迟传热恶化的作用。

请参照图4，本实用新型注汽锅炉的水汽流程如下：

从水处理装置来的温度为20℃左右的给水通过水泵16升压后，经过供水管30进入换热器27的壳程入口270，进行预热，预热的目的是将给水温度提高到烟气露点温度121℃以上，以避免烟气凝露腐蚀对流管束。预热后的温水由换热器27的壳程出口271输出，经过一号管道31进入第一对流管束26的入口261，吸收了烟道内的热量后水温上升到约199℃左右，再由对流管束26的出口262输出，经过二号管道32进入第一辐射管束25的入口252，在炉膛22内进一步加热，水温上升到约334℃左右，再由第一辐射管束25的出口253输出，经过三号管道33进入换热器27的管程入口273，与给水进行热交换，热交换后水温降至252℃左右，从换热器27的管程出口274输出，经过四号管道34进入第二辐射管束28的入口284，在炉膛22内二次加热，水温上升到约370℃左右，再由第二辐射管束28的出口285输出，经过五号管道35进入第二对流管束29的入口295，在烟道23内的高温区进行汽化或过热，蒸汽温度上升到395℃左右，然后由第二对流管束29的出口296输出，经过蒸汽排放管36送至油井。

Claims (4)

1.一种超临界压力注汽锅炉，具有燃烧器、炉膛、烟道、供水管，炉膛和烟道之间通过联接管连通，锅炉的外部布置有换热器；

其特征是：炉膛内布置有第一、第二辐射管束，烟道内布置有第一、第二对流管束，所述供水管与换热器的壳程入口连通，换热器的壳程出口经过一号管道与第一对流管束的入口连通，第一对流管束的出口经过二号管道与第一辐射管束的入口连通，第一辐射管束的出口经过三号管道与换热器的管程入口连通，换热器的管程出口经过四号管道与第二辐射管束的入口连通，第二辐射管束的出口经过五号管道与第二对流管束的入口连通，第二对流管束的出口与蒸汽排放管连通。

2.如权利要求1所述的超临界压力注汽锅炉，其特征是：所述第一对流管束布置在烟道出口端，第二对流管束布置在烟道入口端。

3.如权利要求1所述的超临界压力注汽锅炉，其特征是：所述第一、第二辐射管束都是由内螺纹管水平往复排列构成。

4.如权利要求1所述的超临界压力注汽锅炉，其特征是：所述第二对流管束由内螺纹管水平往复排列构成。

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