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基于提高锅炉热效率的运行参数优化管理

发表时间：2020/8/3 来源：《文化时代》2020年5期作者：李海涛

[导读] 提高锅炉热效率是节能降耗、降本增效的主要挖潜方向。为此开展了一系列锅炉运行参数优化管理的研究，先后开展了燃油温度自动调节阀、氧化锆氧量分析仪在线监测烟气含氧量技术的推广应用，通过这些技术的实施应用，取得了一定的社会效应和经济效应。

中石化河南油田分公司采油二厂河南南阳 473400
        摘要：提高锅炉热效率是节能降耗、降本增效的主要挖潜方向。为此开展了一系列锅炉运行参数优化管理的研究，先后开展了燃油温度自动调节阀、氧化锆氧量分析仪在线监测烟气含氧量技术的推广应用，通过这些技术的实施应用，取得了一定的社会效应和经济效应。
        关键词：锅炉热效率；燃油温度；温度自动调节阀；氧化锆氧量分析仪；烟气含氧量；过剩空气系数


引言
        燃油温度和过剩空气系数是注汽锅炉运行重要参数，也是影响锅炉热效率主要因素。本文探讨了基于温度自动调节阀和氧化锆氧量分析仪对锅炉运行参数进行精确燃烧控制，达到降低稠油热采成本、节约能源，减少废气排放的目的。
        1 选题依据与背景
        注汽四队8#、10#站4台23t注汽锅炉，燃油换热器为浮头式换热器，换热器内的燃油与伴热蒸汽进行热交换，来提高燃油温度（换热器交换能力：油温可由40℃加热到100℃）。锅炉运行中，燃油温度对锅炉的燃烧至关重要，油温高低直接影响着锅炉的干度及锅炉单耗。该项目实施前，油温调节需要操作人员调节换热器进口蒸汽量，由于运行中受注汽压力波动影响，燃油换热器伴热压力忽高忽低，造成油温上下波动，需操作人员不停调整蒸汽伴热量，劳动强度大，而且油温不稳，波动大，影响锅炉燃烧，造成锅炉蒸汽品质下降，锅炉热效率降低，吨汽单耗升高。通过对注汽锅炉热效率系统评价，找出主要影响因素，对燃油温度这一重要指标进行优化控制，从而提高锅炉热效率，确保锅炉经济运行。
        注汽四队燃烧器为北美燃烧器，锅炉配风和进油量采用自动比例调节，但在实际运行中，由于受油压和蒸汽雾化压力波动影响，造成锅炉燃烧不稳定，锅炉热损失大，受热面积灰快，影响锅炉燃油单耗，并对环境造成一定影响。锅炉燃烧状况只能通过尾部观火孔观察，靠经验调整，没有准确的依据。在锅炉尾部安装氧化锆和含氧分析仪，可时时检测烟气中的含氧量，操作人员可根据锅炉含氧量，调整锅炉的配风、油压、蒸汽雾化压力，使锅炉处在最佳燃烧状态，减少受热面积灰，降低锅炉排烟温度，减少热损失，提高锅炉热效率，减少燃油消耗。
        2 设备技术概况
        2.1温度自动调节阀
        介质流入主阀体、经阀芯对储热箱进行加热。当温度升到相应设定值时，传感器即产生相应线性信号输入一体化智能执行机构，随即驱动阀杆、阀芯产生位移，关闭主阀芯停止加热。当温度低于设定值时，传感器即产生线性信号输入执行机构，驱动阀芯渐开，使介质按抛物线特性流入储热箱，进行加热直至设定值。这样被控介质始终在设定温度范围内被控制，从而达到控温目的。
        2.2氧化锆氧量分析仪
        氧化锆氧量分析仪适用于工业锅炉烟气中含氧量的连续监测，作为操作人员调节风量与燃油配比的依据，或与自控系统连接，实现低氧合理燃烧，达到降低燃耗、稳定工艺、提高产品质量、减少环境污染等目的。具有显著的经济效益和社会效益。仪表转换器采用了16位的ATMEL系列单片微处理器，具有很强的运算能力，锆头控温达到±1°C，系统的测量精度≤±1.5%。氧传感器直接插入炉膛或烟道内，能快速准确的反映炉内燃烧时的即时氧含量，并输出与氧含量成正比的电信号。分析仪是一台以单片微处理器为核心组成的智能化仪表，通过软件实现大部分功能，如参数的修改、上下限报警设定、标准气在线校准、实时数据传输等，使用及维护十分方便。
        3 主要做法
        3.1氧化锆氧量分析仪技术应用
        在锅炉对流段出口合适位置开孔，焊接连接法兰（图1），随后将氧化锆探头与法兰连接（图2）；在锅炉控制柜内合适位置安装氧含量分析仪，接通氧化锆电源线（两根线）及信号线（四根带屏蔽线）；将上述线路用镀锌穿线管进行穿接，最后调试并投产时运行。

        图1

        图2

        图3 燃油换热器伴热流程示意图

        3.2温度自动调节阀技术应用
        对燃油换热器伴热流程进行改造，在换热器蒸汽伴热进口安装燃油温控自动调节阀，自动调节阀将燃油测温热电偶测得的油温转换成信号，通过信号线将参数输送给自动调节阀，调节阀根据设定好的油温数值，自动打开或关闭，自动调节换热器伴热蒸汽量，实现油温自动控制（图3）。此项措施，可始终保持油温在最佳设定值90℃左右，参数得到优化，燃油温波动较小，使锅炉燃烧保持在良好状态。

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        4、结论
        4.1安装氧化锆氧量分析仪取得的效果
        注汽四队先后对8#注汽站1#和2#注汽锅炉、10#注汽站1#和2#注汽锅炉注汽锅炉四台注汽锅炉进行热效率跟踪测试分析，效果显著（表1）。

表1 注汽锅炉配备氧化锆探头效果评价表
        监测项目 8#站1#炉 8#站2#炉 10#站1#炉 10#站2#炉
安装前烟气氧含量O2/% 5.3 5.8 6.8 6.6
过剩空气系数 1.34 1.38 1.57 1.55
排烟温度t/℃ 211 220 225 223
排烟热损失% 11.2 12.5 13.5 13.1
散热损失% 2.0 2.0 2.0 2.0
热效率% 84.1 83.4 83.0 83.3
安装后烟气氧含量O2/% 3.8 2.9 3.8 3.9
过剩空气系数 1.22 1.16 1.22 1.20
排烟温度t/℃ 161 175 184 181
排烟热损失% 8.5 10.6 11.0 11.0
散热损失% 2.0 2.0 2.0 2.0
热效率% 85.1 84.9 84.1 84.5
效果评价提高热效率% 1.0 1.5 1.1 1.2

通过安装前后对比发现8#注汽站1#和2#注汽锅炉热效率分别提高了1.0%和1.5%；10#注汽站1#和2#注汽锅炉热效率分别提高了1.1%和1.2%。
        4.2安装温度自动调节阀取得的效果
        在安装氧化锆氧量分析仪取得一定效果后，随后又对燃油换热器伴热流程进行改造。在换热器蒸汽伴热进口安装燃油温控自动调节阀，自动调节阀将燃油测温热电偶测得的油温转换成信号，通过信号线将参数输送给自动调节阀，调节阀根据设定好的油温数值，自动打开或关闭，自动调节换热器伴热蒸汽量，实现油温自动控制。此项措施，可始终保持油温在最佳设定值90℃左右，油温波动较小，不但确保锅炉良好燃烧，提高锅炉热效率和蒸汽品质，有效降低锅炉单耗。
        该项目实施后锅炉燃油温度指标得到优化控制，燃油温度有实施前的70℃提高到了90℃，并保持稳定，由于锅炉燃烧加强，减少锅炉受热面积灰，降低锅炉吨汽单耗，锅炉平均热效率由84.65%提高到86.7%。
        可计算效益
        （1）2019年8#、10#站4台23吨注汽锅炉平均燃油单耗为61.2kg/t，与去年环比62.92kg/t，降低1.72kg/t。2019年锅炉总汽量为118913t，节约燃料油1.72kg/t×118913t=204.53t。节约燃料费用：204.53t×3635元=74.35万元。
        （2）4台锅炉平均每天节约伴热蒸汽3.5t，共315.5天，节约蒸汽量1104.25t，吨汽成本166.28元/吨，可节约费用：1104.25t×166.28元=18.36万元，共节约费用74.35万元+18.36万元=92.71万。
        不可计算效益
        由于燃油温度优化提高，锅炉燃烧效率提高，减少锅炉受热面积灰，锅炉吹灰频次有原来4天，延长到7天，减少故障停炉率，确保锅炉连续注汽有效性。减少因锅炉对流段吹灰的污水产生，减少环境污染。由于燃油温度自动调节，降低操作人员劳动强度，同时减少伴热蒸汽使用，减少了废水外排，降低环保投入。通过实时监测注汽锅炉排放烟气中氧含量的大小，做为注汽锅炉燃烧状况实时在线分析的参考依据，予以及时调整优化，有效提高锅炉燃烧热效率，降低吨汽单耗，减少大气污染物的排放量。
        参考文献：
        [1] 同济大学等四院校编燃气燃烧与应用第二版北京：中国建筑工业出版社.1988
        [2] 朱益飞，油田专用注汽锅炉燃烧控制系统节能技术改造石油和化工节能2008第二期 19-21
        [3] 徐通模，金定安，温龙，锅炉燃烧设备，西安：西安交通大学出版社，1990
        [4] 王波.提高注汽锅炉运行热效率研究〔J〕技术.2005年04期
        [5] 迟字.注汽锅炉排烟热损失原因分析及处理措施〔J〕环球市场信息导报（理论）.2012年第7期