摘 要：注汽锅炉是用于稠油开采的大型能耗设备，在其工作的进程中产生三种主要热损失。通过对其产生的原因进行分析，提出了改进鼓风机叶轮等几项措施以降低锅炉热损失，提升能效，从而达到节约能源、减少废气排放的目的。
关键词：注汽锅炉；热损失；能效
自上世纪90年代以来，中国的老油田按照采油阶段划分大都进入了二次、三次开采阶段。浅层低粘度石油开采量已远远满足不了经济发展对石油的日益增长的需求。与此同时稠油注汽开采随着采油技术的不断提升得到迅速发展。其中蒸汽驱和蒸汽吞吐作为稠油开采的主要手段，在以稠油主的辽河油田的应用显得极为重要。
注汽锅炉是实现蒸汽吞吐和蒸汽驱，从而采出重质高粘度稠油的大型能耗设备。以中国西部某油田为例：共有注汽锅炉130台，全年消耗天然气70099万m3，占稠油热采能耗的80%以上，而且排放大量废气。因而开展稠油热采注汽锅炉节能技术研究与应用，对于降低稠油热采成本、节约能源、减少废气排放，创建能源节约型企业具有重要意义。
1 锅炉能耗分析
1.1 热损失分析
经过30多年的开发建设，辽河油田已建设成为全国最大的稠油生产基地。目前，蒸汽吞吐是辽河油田稠油开采的主导工艺技术，每年蒸汽吞吐消耗蒸汽1500万吨左右。注汽系统一般由热注站（包括热注炉及附属设备等）、主输汽管线、输汽支线、井口、井筒及油层等部分组成。其中热注站完成蒸汽的生产，为产汽环节；主输汽管线、输汽支线为输送环节，将蒸汽由热注站送至井口；由井口及井筒将蒸汽传输到井底油层，油层吸汽并生产稠油为注汽环节。在蒸汽吞吐系统生产运行中，无论是产汽环节、输送环节、注汽吞吐环节，都存在着不同程度的热能损失。油田所用的注汽锅炉工作时包括三个进程：燃料的燃烧过程、烟气向水的传热过程和水吸热后的汽化过程。目前锅炉的热效率利用率规定为≥80%，其熱损失主要发生以上三个过程中。
1.1.1 燃料的燃烧过程
燃料的燃烧过程是指燃料与空气种的氧气发生化学反应并放出热量的过程，当燃料的比例大于助燃氧气的比例时，燃烧不能充分进行，燃烧将生成大量的一氧化碳和焦结碳产物；而当氧气助燃空气量过大时，则会导致烟气中的含氧量过高，带走大量未被吸收的热量。两种情况均导致热效率的降低。
1.1.2 烟气向水的传热过程
这一过程指的是燃料燃烧后产生的热量通过锅炉受热而传递给炉内的水的过程，如果传递效果不好，则燃烧热量不能被充分利用，就会增加热损失，甚至造成锅炉金属组件因过热而变形，从而影响到生产的安全性。
1.1.3 水吸热后的汽化过程
在炉膛内，传热是以热辐射的方式进行的。如果热量不能从分利用，同样会降低锅炉的热效率。
以上是针对锅炉的不同工作阶段分析热损失的产生原因。
1.2 热损失项
在实际测定锅炉热损失时，则主要检测以下几项：
1.2.1 排烟热损失
锅炉运行时，排出的烟气温度一般要控制在180～220℃。由于高温度的烟气排出，将使很大一部分热量散逸，造成排烟热损失。排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，通常由烟气造成的热损失可以占到全部热损失的70%以上。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟体积。很显然，排烟温度越高，排烟量越大，排烟热损失就越大。
1.2.2 化学未完全燃烧热损失
化学未完全燃烧热损失主要是由于烟气中含有残余的可燃气体所造成的。烟气中可燃气体含量越高，化学未完全燃烧热损失越大。影响烟气中可燃气体含量的主要因素是炉内过量的燃气得不到充足的助燃空气辅助或是由于两者混合不均匀。
1.3 综合分析
而在实际的烟气检测中，并未发现有一氧化碳，由此分析得出锅炉的排烟热损失与散热损失是影响注汽锅炉热效率的两个主要敏感因素，其原因为：一是风压不足，造成空气与燃气混合不均、火形不好、空气过剩系数过高导致的排烟热损失，二是锅炉受热面上的积灰和积垢过厚导致吸热效果不佳，造成烟温过高；三是炉体保温效果不理想，使得热量散逸，致使热效率下降，增加能耗。
2 实现节能的技术措施
2.1 排烟热损失对策
由于烟气热损失占注汽锅炉热损失的70%以上，因此降低烟气温度和排量是我们实现节能的主要挖潜方向。针对锅炉运行参数和烟气检测值，采取了如下措施：①增加鼓风机送风风量的前提下，通过改进鼓风机叶轮增加风压，减少瓦口处富氧、贫氧区，提高燃烧效率的同时也降低了烟气中的空气系数，减少排烟体积；②装KM900烟道气体分析仪，对烟气排放进行实时跟踪检测，避免烟温过高的情况频繁出现，提高热效率降低能耗；③进行爆破吹灰和干冰吹灰，减少灰尘污垢在炉体受热面的附着，提高热吸收效率，降低排烟温度。
2.2 炉体散热损失对策
根据气凝胶具有纳米多孔结构、耐高温、高比表面积、抗震、抗压等特性。采取在锅炉的外表面增加气胶保温层，以降低锅炉表面温度，减少热损失。
3 节能措施效果及应用范围
以上措施在某作业区实施后均取得明显效果，通过鼓风机叶轮的改进，烟气含氧量由之前的10%下降到了5.3%，下降幅度达47%。另外，使用气凝胶后的测试数据表明炉体表面温度平均降低到39.0℃，使用前热效率为79.7%，使用后热效率为81.9%，节能2.2%。