油田注汽锅炉改燃水煤浆技术改造

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摘要：随着世界经济不断发展，石油资源日益收到高度重视，辽河油田开采石油所用的高温、高压蒸汽是通过燃烧原油的锅炉产生的，造成大量原油的浪费。水煤浆是一种来源可靠，成本低廉，可用于燃烧的燃料，通过对现有燃油锅炉技术改造，成功地完成了燃料的替代，改变了油田单一的燃料结构模式，而且改造后能够满足采油生产需要。

关键词：燃油锅炉 改造 水煤浆 燃烧 替代 应用

辽河油田的原油开采是采用往井下注入高温、高压蒸汽，来降低原油粘度，再利用抽油机将原油抽出。高温、高压的蒸汽是由油田特有的直流锅炉产生的，而锅炉使用的燃料是油田自产的原油。当今，随着成品油的紧缺，石油越来越受到重视，为此，辽河油田进行了油改煤工程，以达到节省原油的目的，为此相应一系列的燃油锅炉改造成燃水煤浆注汽锅炉迫在眉睫 。

水煤浆特点与样品选择：水煤浆由65%左右的煤，34%的水及少量化学添加剂制成，是一种浆体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，其热值相当于原油的一半，本次改造选择的水煤浆属低灰低硫，高热值的原料，挥发份较高，利于浆体的燃烧。

一、水煤浆的燃烧特性和流程

水煤浆的含水量30～35%。水煤浆燃烧的第一阶段是水分的蒸发，第二阶段是水煤浆中挥发份的析出和燃烧，第三阶段是碳粒的燃烧和燃烬。由于水煤浆中含有大量的水分，需要吸收大量的热量，所以点火困难。如果没有稳定而高温的燃烧环境，大量的水分蒸发和焦炭燃烧所需要的热量得不到及时补充，水煤浆的燃烧将难持续下去。因此，水煤浆的燃烧必须解决点火和稳定燃烧的问题。

根据水煤浆的燃烧特性及注气炉的结构特点，增设无吸热面的稳定燃烧室。该稳燃室由布置有1个水煤浆燃烧器的端盖和2.7米长带切向风筒体（通过燃烬室与原注汽锅炉筒体相连）构成，水煤浆燃烧器的旁边布置有1个油燃烧器、1个液化石油气燃烧器和1个点火电极。点火顺序是：先靠电极点着液化石油气枪，然后由液化石油气枪点着旁边的原油枪，原油枪运行一定时间燃烧室炉温升到约700～750℃后，开始由供浆系统向浆燃烧器输送水煤浆，水煤浆被高压风在燃烧器喷嘴经多级碰撞，雾化成雾炬，被原油点燃。因燃烧器的配风口装设旋流配风器，特殊设计的二次风使水煤浆火炬产生强烈旋转。稳燃室内旋转的火炬被切向二次风加大旋流力度，并形成一个大的旋转整体燃烧动力场。水煤浆在这个大的高温旋转火焰动力场中，经历水分蒸发、挥发份析出燃烧和部分碳粒的预燃，之后该火焰动力场在气流和负压的作用下向炉体辐射段扩散继续燃烧，水煤浆碳粒在旋转烟气流中得到充分燃烧，直至尾部经对流段排出，从而完成全部燃烧过程。

水煤浆稳定燃烧后，火焰中心区温度约为12600C，进入原注汽炉入口高温烟气温度约为9500C，之后进入炉内进行高温烟气辐射和对流换热。

二、具体部位改造措施

根据注汽锅炉自身的结构特点，改燃水煤浆需对整个燃烧系统、送风系统、燃料供应系统、除灰渣系统及自动控制系统进行改造，目的是水煤浆能着火迅速，燃烧稳定，积灰少。

1.稳定燃烧室的改造。

按燃用水煤浆重新设计制作稳燃室，稳燃室采用前置立式旋风炉筒体结构，外径为2米，采用钢板卷制而成，外面焊有两圈槽钢作加强圈，考虑到水煤浆的稳定燃烧，稳燃室长度为2.7米。稳燃室筒体内壁先填敷硅酸铝纤维保温层，再填敷磷酸盐耐火混凝土。稳燃室下部设有沉渣池，采用砌筑地基，有清渣门、检修门，方便进行清理和维修。筒体侧面配有旋流配风器，在筒体内形成逆时针的旋流风，稳燃室前面布置水煤浆燃烧器、油燃烧器、液化石油气燃烧器及点火电极。

2.送风系统

送风系统由鼓风机，空气预热器，旋流配风器组成。送风过程为：注汽锅炉所需燃烧空气，经鼓风机加压，经过空气预热器加温到1400C，从稳燃室左右两边按顺时针方向分别布置两组切向风喷嘴引入，以增强稳燃室内旋流动力场的旋流速度。

3.燃料供应系统改造

水煤浆供浆系统由储浆罐、搅拌桶、螺杆泵、在线过滤器组成。水煤浆由制备车间送入300t储罐中，在需要供浆时，由阀门自流卸搅拌桶中，由螺杆泵经、在线过滤器、配浆器向燃烧器喷枪供浆。

4.除灰渣系统

立式旋风燃烧室底部设有沉渣池， 大量的灰分在燃烧温度超过灰熔点的燃烧室内熔化为液态，沿燃烧室壁面流入沉淀池，此种捕渣方式可以除掉80%以上的灰分。其余的细小飞灰可随烟气直接带走，不会在锅炉内沉积。

燃烬室的入口处设有挡渣管，挡渣管采用独立水循环系统，用水泵将锅炉软化水池的水在挡渣管与软水箱之间进行循环，这样在不破坏原给水系统的前提下，有效地利用了除渣的热能，通过挡渣管后，燃烧产生的高温烟气中灰尘的含量已大大降低，能满足现锅炉的正常运行。

5.自动控制系统

改造后注汽锅炉控制系统采用西门子中型可编程逻辑控制器，内部主要元件全部采用高质量产品，显示系统可监控设备的运行状态和实时信息，故障显示及记录。

三、改造后效果

改造后注汽炉的各项环保性能指标符合GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》的要求并达到一类标准。

水煤浆在注汽锅炉上的成功燃烧，改变了辽河油田单一的燃料结构模式。注汽锅炉燃烧水煤浆产生的蒸汽无论从压力、温度还是干度，都能满足采油生产需要，而且各项环保指标均达到国家标准。替代出的原油投放市场后，不仅提高了原油商品率而且给企业带来经济效益，有很大的推广应用空间。