油田稠油热采注汽锅炉余热回收装置

所属技术领域

本实用新型属于余热回收技术领域，主要涉及的是一种油田稠油热采注汽 锅炉余热回收装置。

背景技术

稠油热采注汽锅炉用于油田稠油的热采开发。锅炉生产的高压蒸汽注入地 下稠油层，降低稠油粘度以便于开采。

稠油热采注汽锅炉是稠油开发的关键设备，其设计热效率为85％，设计排 烟温度为250℃。使用中，由于工况变化和燃料油品质下降，容易造成对流段 翅片管积灰，导致排烟温度升高，当排烟温度达到300℃时，需要停炉清扫积 灰。因此，注汽锅炉排烟温度在250～300℃范围内呈周期性变化，大量余热随 烟气排掉，造成很大的能源浪费。另一方面，油田采油站冬季采暖又需要大量 热源。目前，多数油田采油站采暖热源采用高压蒸汽，安全性较差，曾因此发 生过人身伤亡事故。同时高压蒸汽采暖又造成高压蒸汽的浪费。

在认识到稠油热采注汽锅炉烟气余热的巨大浪费后，我国油田采取了许多 措施。例如新疆油田分公司采用注汽锅炉烟气预热锅炉进水方案，从1994年 开始研究论证工作，先后采用过光管和针型管换热器。这类换热器置于热采注 汽锅炉的对流段上，虽然热采注汽锅炉排烟温度有明显下降，节能效果明显， 但由于低温腐蚀问题，使得换热器寿命最长在两年之内。由此可见，常规换热 器作为热采注汽锅炉烟气余热预热锅炉进水换热器的不足。从2000年开始， 新疆油田分公司在热采注汽锅炉烟气预热锅炉进水方案中，采用SGR型热管 换热器，热管壁温保持在80℃以上，解决了低温露点腐蚀对安全操作的影响。 在上述方案中，锅炉进水水温由10℃加热到45℃以下，烟气温度由250℃降 低到160℃。

注汽锅炉原设计条件中，烟气出口温度为250℃，柱塞泵前给水温度10℃， 为解决低温露点腐蚀问题，原设计通过给水预热器将进入对流段翅片管内的给 水预热到120℃左右，此时，管壁温度略高于管内给水的温度(通常，管壁温 度＝水温+20～30℃)。由此推断，管壁温度140～150℃为设计温度，考虑到 设计中增加的温度裕量，烟气的露点温度可能在120℃左右。如果不考虑低温 露点腐蚀问题，为了提高热效率，原设计中排烟温度可以设计的更低。假设设 计排烟温度低于250℃，烟气入对流段的温度不变，给水出对流段的温度不变， 则由于烟气在对流段的放热量增加，为了取走这部分热量，给水进入对流段的 温度必然低于120℃，从而导致对流段翅片管最低壁温低于140～150℃，有 可能低于烟气露点温度，造成管壁的低温露点腐蚀，使管壁逐渐减薄。此时对 流段翅片管内给水压力为17.2MPa，腐蚀减薄了的管壁将很快破裂，高压水将 有可能切断其它对流段炉管及对流壁板，造成严重事故。因此不考虑低温露点 腐蚀，仅通过降低对流段入口给水温度，增加吸热量，达到降低排烟温度提高 热效率的做法，是非常危险的。

新疆油田分公司采用锅炉烟气余热预热锅炉进水方案，充分考虑了上述问 题：首先烟气余热预热低压锅炉进水，避开了高压；第二，利用热管换热器冷 热源完全分割的特点，解决了低温露点腐蚀对安全操作的影响，即使发生露点 腐蚀，热管失效，也不会发生锅炉给水泄漏的问题。但是由于该换热器为气- 液型热管换热器，热管在锅炉给水段的热导率远大于烟气段的热导率，尽管可 以通过控制烟气段和锅炉给水段的换热面积提高热管壁温，但限于现场情况， 热管壁温仅能保持在80℃以上，仍然低于烟气露点温度，因此露点腐蚀是不 可避免地，换热器的寿命仍取决于露点腐蚀的速度。另外，在气一液型热管换 热器加热段与冷却段之间应有良好的密封；在水侧压力较高时，壳体应按受压 容器设计要求进行设计。

发明内容

本实用新型的目的是解决油田稠油热采注汽锅炉烟气余热回收中的低温露 点腐蚀问题和油田采油站冬季采暖问题，将余热回收与采暖结合起来，从而提 高注汽锅炉的热效率，节省燃料。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：其是在现有油田稠油热采 注汽锅炉的对流段与烟囱间设置有热管式空气预热器，该热管式空气预热器的 烟气端分别与对流段和烟囱连通；其空气端分别与冷风道和供热管道连通。

本实用新型由通风机吸入室外新鲜空气，通过冷风道进入热管式空气预热 器，热管式空气预热器烟气腔室安置在热采注汽锅炉的对流段与烟囱之间，烟 气在热管式空气预热器的烟气腔室放出热量，从冷风道来的冷空气在热管式空 气预热器的空气腔室吸收热量，采暖季节，出热管式空气预热器的热空气通过 采暖热风道进入油田采油站站房，为员工和设备送暖，同时也可以根据情况开 关助燃热风道决定热空气是否进入燃烧器助燃；非采暖季节，采暖热风道关闭， 出热管式空气预热器的热空气通过助燃热风道进入热采注汽锅炉燃烧器鼓风机 入口，通过燃烧器鼓风机进入燃烧器助燃。

热管空气预热器内具有由密封隔板隔离的两个腔室即空气腔室和烟气腔 室，多排多个热管或传热元件穿过密封隔板，两端分别位于两个腔室即空气腔 室和烟气腔室内。通过控制热管位于空气腔室与位于烟气腔室的管段面积比或 长度比，使热管在最不利的工况下工作仍保持120℃以上的壁温，高于烟气露 点温度，从根本上解决热管预热器的露点腐蚀问题。

在热管式空气预热器冷空气入口处或与热管式空气预热器相连的冷风道出 口处设置调节挡板，通过调节热管空气预热器空气腔室的热管传热面积，控制 热风出预热器的温度，在采暖季节为35～55℃，使采油站站房保持温暖舒适 的温度，在非采暖季节低于80℃，保证热采注汽锅炉原鼓风机正常工作。调 节挡板可以设置为手动，也可设置为自动。

采暖热风道根据需要开设多个出风口为站房送暖。为避免热采注汽锅炉停 工吹扫期间冻坏设备，将两台以上的热采注汽锅炉余热回收装置的采暖热风道 串通在一起联合供暖。采暖热风道热空气入口设置挡板，非采暖季节，关闭采 暖热风道。

助燃热风道只有一个出口，此出口设在热采注汽锅炉原鼓风机空气入口附 近。助燃热风道热空气入口设置挡板，采暖季节，可根据情况开关助燃热风道 决定热空气是否进入燃烧器助燃。

附图说明

附图1为本实用新型实施例1的结构示意图。

附图2为附图1的俯视图。

图中，1、通风机，2、冷风道，3、热管式空气预热器，4、采暖热风道， 5、助燃热风道，6、调节挡板，7、对流段，8、辐射段，9、燃烧器，10、鼓 风机，11、四通阀，12、烟囱，13、伞帽式进风口。

具体实施方式

结合附图给出的实施例对其结构加以进一步说明：

如图1结合图2所示，本实施例是在现有由对流段7、辐射段8、燃烧器9、 鼓风机10及烟囱12构成的油田稠油热采注汽锅炉的结构基础上，在对流段7 与烟囱12间设置有热管式空气预热器3，该热管式空气预热器3采用的是市 售产品，其烟气端分别与对流段7和烟囱12连通、空气端分别与冷风道2和 采暖热风管4、助燃热风道5连通，在采暖热风管4和助燃热风道5的连接部 位设置有四通阀11。在冷风通道2的进口端通风机1设有通风机1，该通风机 1的进口端为伞帽式进风口13；在冷风道2的出口端与热管式空气预热器3 连接部位设有调节挡板6。本实施例在使用时，通风机1由伞帽式进风口13 吸入室外新鲜空气，通过冷风道2进入热管式空气预热器3，烟气在热管式空 气预热器3的烟气腔室放出热量，从冷风道2来的冷空气通过调节挡板6在热 管式空气预热器3的空气腔室吸收热量，采暖季节，出热管式空气预热器3的 热空气通过采暖热风道4送入油田采油站站房，为员工和设备送暖；非采暖季 节，出热管式空气预热器3的热空气通过助燃燃热风道5送入热采注汽锅炉鼓 风机10入口，通过鼓风机10进入燃烧器9助燃。