浅谈燃煤注汽锅炉的原理及其优点

【摘要】近年来随着国际原油价格的不断上涨，利用常规燃油注汽锅炉开采稠油的成本不断攀升，为节约开采成本，本文探讨并研究一种新结构锅炉：燃煤注汽锅炉。该锅炉在稠油开采及节约成本方面具有十分重要的意义。

【关键词】燃煤注汽锅炉 稠油开采 节约成本

油田热采用注汽锅炉一直采用原油（重油、渣油）或天然气作为燃料，技术已经十分成熟，具有热效率高、工艺路线简单、操作方便等优点。但是，随着我国乃至世界范围内原油需求量的不断增加，作为不可再生资源的原油，其价格不断攀升，采用燃油锅炉开采稠油，所需费用十分巨大。同时，我国一直是原油进口国，每年进口原油需花费巨额资金。因此，继续使用原油和天然气作为燃料直接燃烧不但经济性差更是极大的浪费。而作为原油重要替代燃料的煤炭，储量却相对丰富，我国是煤炭储量的第三大国（保有量为10087亿吨），原煤产量也居世界前列（占世界总产量的25%）。

同时，原煤价格仅为原油价格的四分之一左右，其它费用燃煤锅炉略高于燃油锅炉，综合起来一年可节约50%左右的费用，注汽锅炉改烧燃煤经济效益十分可观。

通过研究，引进国外的先进技术，开发的燃煤锅炉不改变原燃油锅炉基本参数，仅改变了燃料的结构和相应的燃烧方式，适当增加了受热面面积，同时增设必要的辅助设备。QXL23-17.5-A链条炉排直流锅炉主机结构尺寸为12500×3600×6500，与原燃油注汽锅炉尺寸相近（原尺寸为13800×3300×3300）。因此锅炉房在原燃油注汽锅炉厂房的基础上部分加高改造。燃煤注汽锅炉共有8大系统：

水 系 统：水系统利用原水预处理、软化装置和泵段。

燃料系统：燃料系统由煤场和上煤装置（传送带式）组成。23t/h燃煤锅炉每天约需Ⅱ类烟煤88吨，煤场的型式和大小按实际要求设计。

灰渣系统：灰渣系统由除渣机和渣场组成。

风系统：鼓风机仍用原燃油注汽锅炉的鼓风机，风道重新设计，风量调节采用鼓风机变频控制。

烟气系统：烟气系统由烟道、一级除尘设备、引风机、烟气净化器（除尘能力提高4个百分点，除SOx能力提高30个百分点）和烟囱（高36m）组成。

燃烧系统：采用链条炉排燃烧方式（先进锅炉炉排技术，提高了燃烧强度和燃烧效率）。

锅炉本体：采用直流锅炉形式。

控制系统：该系统包括烟风系统控制与调节、燃烧工况控制与调节。通过自动监测仪表监测锅炉运行中的各种参数，如：温度、压力等，传递锅炉的运行情况，巡回监测锅炉的各种运行参数和设备状态。同时还设有锅炉超温、超压报警及联锁停炉装置，确保锅炉的安全稳定运行。

该锅炉环保指标和安全指标均符合国家标准规定。

1 燃煤注汽锅炉的特点1.1 安全可靠

该锅炉的工作压力为17.5Mpa，锅炉设计根据GB/T9222-1988《水管锅炉受压元件强度计算》进行计算，强度安全系数为nb=2.7，整个锅炉由小直径集箱及受热面管组成，受压部分安全可靠。

就目前的燃煤锅炉来说，公认链条炉排燃烧技术是最可靠的。引进澳大利亚的链条炉排燃烧技术，经过十几年的运行实践，锅炉在常规运行维护的前提下可保证长期稳定连续运行。

1.2 热效率高

影响锅炉热效率的因素：一是燃烧的充分程度，二是炉膛的保温效果，三是排烟量和排烟温度。

图1 影响锅炉热效率因素示意图

1.3 适应煤种广泛

该链条炉适用热值为4000Kcal/Kg以上的Ⅱ、Ⅲ类烟煤，粒度小于30mm的烟煤可直接入炉。

1.4 环保效果好

燃煤锅炉与燃油燃气锅炉不同，如果治理不好，它将成为油田及周边环境新的污染源。燃煤锅炉采用引进的链条炉排技术，其排烟量仅是国内同等级、同吨位燃煤锅炉的60%。同时，还采用目前较先进的烟气净化器，确保锅炉的最终排放达到国家标准的规定。与国家一类标准环保指标对照见下图：

图2 国家一类标准环保指标对照表

1.5 操作方便

项目设计了炉膛负压自控系统、蒸汽压力自控系统、自动排灰吹灰系统、启动运转连锁系统、故障自动停机系统、断电保护系统等智能控制系统，确保了锅炉的操作方便快捷。

目前燃煤锅炉总体上可分为流化床炉、煤粉炉、水煤浆炉、气化炉和链条炉。在分析比较后，认为链条炉系统符合设计方案的总体原则。考虑到油田“油改煤”后的整体效果，确定了技术十分成熟的链条炉排直流锅炉技术方案。该锅炉由水系统、燃料系统、燃烧系统、灰渣系统、风系统、烟气系统、锅炉本体和控制系统组成。对此分别进行了研究，并取得了三项重要的技术突破。

突破的关键技术：

1.5.1 断电保护系统研究

研制了一套PLC自动控制系统，可在异常断电情况下实现启动断电保护系统。通过对主柱塞泵的流量、压力等参数的检测，采集到停电信号后，系统立即作出如下反应：锅炉出口主汽阀立即关闭；柴油机直驱辅给水泵自动工作，向锅炉补水；排放扩容器排空阀打开。

1.5.2 联箱的结构与工艺研究

由于该锅炉蒸汽压力为17.5Mpa，属于亚临界压力，因此对联箱结构和制造工艺都有较高的要求。经过对比研究，选用了集箱体用20G的厚壁热轧钢管，端盖用20G的锻件，管接头用20G钢管，开坡口焊接的技术形式。1.5.3 柔性鳍片管研究

该锅炉的炉膛上部受热面采用鳍片管，利用有弧度的耐热钢板柔性联接的方式，具有如下特点：

（1）炉膛受热面采用鳍片管联接，形成膜式水冷壁（其在锅炉热力计算中角系数为1），增加了炉膛的受热面积；

（2）鳍片间是金属密封，有效地减少了冷风的渗入，最大限度地减少了漏风引起的热损失，提高了锅炉热效率；

（3）锅炉炉膛由鳍片管密封和保温材料绝热而成，炉墙表面温度可低于40℃，有效地减小了锅炉表面热损失；

（4）采用耐热钢板做柔性联接材料，提高了整个膜式壁的运行可靠性，减少了联接部分受热温度超过钢材使用温度变形等问题，保证了锅炉运行时的炉膛密封；

（5）采用有弧度的耐热钢板柔性联接，通过弧度吸收水平鳍片管之间因受热强度和温度偏差引起的变形，有效降低了热应力，保证了锅炉的运行安全。

因此，采用燃煤注汽锅炉代替燃油锅炉对于降低稠油开采成本，节约原油等方面均具有十分重要的意义。