专利名称：以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉及水循环方法
技术领域：
本发明涉及一种自然循环汽包式注汽锅炉，特别涉及一种以高含盐软化水为给水 的自然循环注汽锅炉及水循环方法，属于稠油注蒸汽热采和锅炉设备技术领域。
背景技术：
油田注汽锅炉是用于稠油注蒸汽热采的专用设备，注汽锅炉产生的蒸汽全部注到 地下加热稠油后，随稠油一同被采出，再经油水分离、污水处理后循环利用。目前，我国油田 主要采用传统的燃用原油及天然气的高压/亚临界直流锅炉，由于直流锅炉无法将盐分排 出，随着蒸汽干度的提高，水中盐分被浓缩。为保证直流注汽锅炉的运行安全，出口处的汽 水混合物需要保证干度不超过80%，同时对锅炉给水的质量也有严格要求。这些要求在很 大程度上限制了直流注汽锅炉的应用范围。然而出于油田污水处理的经济性考虑，以及污 水水质较差的实际状况，循环回用的稠油软化水水质难以达到普通锅炉的水质要求。另一 方面，由于注汽锅炉所产生蒸汽直接用于采油，因而对蒸汽品质要求大为降低，使得普通锅 炉的水质要求对于注汽锅炉来说过于严格。出于以上因素的综合考虑，迫切需要一种高干 度注汽锅炉，既能采用高含盐量的稠油软化水作为锅炉给水，又能产生符合注汽要求的高 干度蒸汽，以满足实际生产的需要。
发明内容
在自然循环汽包锅炉技术和分段蒸发技术的基础上，本发明提出一种以高含盐软 化水为给水的自然循环注汽锅炉及其水循环方法，使其既能采用高含盐量的稠油软化水作 为锅炉给水，又能产生符合注汽要求的高干度蒸汽，以满足实际生产的需要。本发明的技术方案如下一种以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉，包括锅炉炉膛、汽包、给水管、 省煤器和尾部烟道，其特征在于汽包分为汽包净段和汽包盐段，在汽包净段内安装有净段 汽水分离装置，在汽包净段下部设有净段下降管，给水管与净段下降管连接，净段下降管经 净段蒸发受热面与净段汽水分离装置的入口连接，所述净段汽水分离装置的底部出口与净 段锅炉水连通；净段蒸发受热面布置在锅炉炉膛水冷壁处；在所述的汽包盐段内安装有盐 段汽水分离装置，在汽包盐段下部的炉膛内设有盐段垂直下降管，盐段垂直下降管经盐段 蒸发受热面与盐段汽水分离装置的入口连接，盐段汽水分离装置的底部出口分别与排污管 和盐段的锅炉水连通；所述的盐段蒸发受热面布置在锅炉尾部烟道对流受热面内。本发明的技术特征还在于在汽包净段和汽包盐段中分别安装有至少一个液位 计。本发明提供的一种以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉的水循环方法，其 特征在于1)高含盐软化给水经省煤器预热后直接引入汽包净段垂直下降管中，并与净段锅 炉水混合后，经分配联箱进入净段蒸发受热面形成汽水混合物；
2)汽水混合物进入净段汽水分离装置中，分离出的蒸汽从汽水分离装置中引出汽 包，分离下来的锅炉水回流入汽包净段；净段蒸发量占总蒸发量的60 95% ；3)汽包盐段的给水由净段锅炉水提供，盐段锅炉水经汽包盐段垂直下降管和分配 联箱后进入盐段盐段蒸发受热面，盐段锅炉水受热后变成汽水混合物流入盐段汽水分离装 置，分离后的蒸汽从盐段分离装置中引出汽包，并与净段蒸汽混合；分离后的盐段锅炉水一 部分经盐段排污管直接进行排污，另一部分回流入汽包盐段参与盐段的水循环，排污率为 5 15% ；盐段蒸发量mn占总蒸发量的5 40%。本发明具有以下优点及突出性效果①采用改进的分段蒸发技术将给水直接引入 汽包净段下降管，使净段蒸发受热面中的锅水含盐量进一步降低，给水的引射作用使水循 环更加顺畅，保证自然循环的安全。②盐段排污设置在锅水最高含盐段，使相同的排污率 下，盐段锅水的含盐量进一步降低，最大程度上保证了锅炉盐段的水动力安全；③盐段蒸发 受热面布置在锅炉尾部烟道的对流受热段，使盐段受热面便于维修和更换，大大降低盐段 受热面发生爆管事故时带来的危害，降低了注汽锅炉运行成本；④本发明在保证安全运行 的条件下可采用更高含盐量的软化水，并产生高干度蒸汽，降低油田污水处理成本；⑤该锅 炉可燃用价格便宜的煤、矸石以及其他劣质燃料，大大降低了注汽锅炉的生产成本。
图1为本发明提供的以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉的结构简图。1-汽包；2-净段液位计；3-给水管；4-汽包净段垂直下降管；5-净段蒸发受热面； 6_净段排污管；7-隔板和联通阀；8-汽包盐段垂直下降管；9-盐段蒸发受热面；10-盐段排 污管；11-盐段液位计；12-盐段汽水分离装置；13-净段汽水分离装置。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的原理、具体结构及最佳实施方式。图1为本发明提供的以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉的结构简图，所 述锅炉包括锅炉炉膛、汽包1、给水管3、省煤器和尾部烟道，锅炉采用自然循环汽包式水动 力技术以及分段蒸发技术，汽包1分为汽包净段和汽包盐段，在汽包净段内安装有净段汽 水分离装置13，在汽包净段下部设有汽包净段垂直下降管4，给水管3与汽包净段垂直下降 管4连接，汽包净段垂直下降管经净段蒸发受热面5与净段汽水分离装置13的入口连接， 所述净段汽水分离装置的底部出口与净段锅炉水连通；净段蒸发受热面5布置在锅炉炉膛 水冷壁处；在所述的汽包盐段内安装有盐段汽水分离装置12，在汽包盐段下部设有汽包盐 段垂直下降管8，汽包盐段垂直下降管经盐段蒸发受热面9与盐段汽水分离装置12的入口 连接，盐段汽水分离装置的底部出口分别与盐段排污管10和盐段的锅炉水连通；所述的盐 段蒸发受热面布置在锅炉尾部烟道对流受热面内。高含盐软化水经省煤器预热后由给水管3直接引入汽包净段垂直下降管4中，并 经分配联箱进入净段蒸发受热面5，净段蒸发受热面布置在锅炉炉膛水冷壁处，为该注汽锅 炉的主要受热面。净段锅炉水受热后变为干度较低的汽水混合物，并回流入净段汽水分离 装置13中，分离出的蒸汽从净段汽水分离装置13中引出汽包，剩余给水回流入汽包净段。 为有效监视锅炉净段的液位，在汽包净段可设置一个或多个净段液位计2。净段蒸发量占总蒸发量的60 95%。汽包盐段的给水为净段的排污水，汽包1的盐段进一步分为下降区和排污区，但 在结构上可不分离。在汽包盐段右侧的下降区中，汽包盐段锅炉水经汽包盐段垂直下降管 8和分配联箱后进入盐段蒸发受热面9，盐段蒸发受热面9布置在该锅炉的尾部烟道对流受 热面中，尾部烟道对流受热面温度较低，传热相对安全，适合采用含盐更高的盐段锅炉水。 另外，尾部烟道的对流受热面便于检修，当高含盐的锅炉水导致盐段受热面发生腐蚀、传热 恶化等事故时，能够将维修维护成本大大降低，从而最大程度上降低盐段受热面突发事故 对锅炉运行造成的负面影响。盐段锅炉水经盐段蒸发受热面9后变成低干度汽水混合物流 入盐段汽水分离装置12中，盐段蒸汽经盐段汽水分离装置进行汽液分离后引出汽包，并与 净段蒸汽混合，而盐段回水的一部分经盐段排污管10直接进行排污，剩余部分回流入汽包 盐段。为有效监视汽包盐段的液位高度，可设置一个或多个盐段液位计11。盐段蒸发量占 总蒸发量的5 40%，锅炉汽包排污在盐段进行，排污率为5 15%。相比较传统的自然汽包循环技术和分段蒸发技术，本发明分别在控制净段、盐段 循环锅水质量、排污水技术和受热面布置方面做了改进，使之更适于采用高含盐软化水为 锅炉给水。对于传统的分段蒸发技术，汽包净段和盐段的锅水含盐量可按^ ^(1)
η π +P^jI =Sy = 100^P Sg =Spw(2)计算，式(1)和式(2)中，Sj和Sjl分别为净段蒸发受热面5和汽包净段中锅水含 盐量，P为排污率，η 为盐段蒸发量所占的百分比，Sg为锅炉给水的含盐量，Sy和Syl分别为 盐段蒸发受热面9和汽包盐段锅水的含盐量，Spw为排污水的含盐量。假定排污率为10%， ηπ 为 15%时，Sj 和 Sy 分别为 4. 6Sg ^P IlSg0本发明中，由于采用了将给水直接引入下降管和从盐段汽水分离装置12中直接
排污，各段锅水含盐量分别变为O)
mu +P
100 +ρ η -1=----S(4)
mn + ρ Tij
Γ π C O 100 +尸 -IcS1 = S=--S(5)
P ny^=^^ (6)式(3)至(6)中，Hi11为盐段蒸发量占总蒸发量的百分比，η」为净段的循环倍率，ny 为盐段的循环倍率。明显可见，相对传统技术，本发明中，净段和盐段受热面中的含盐量进 一步降低，保证了以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉的运行安全。本发明提供的高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉的燃料可以是油、天然 气、煤或其他可燃物。适用于大容量稠油热采注气锅炉。
权利要求
一种以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉，包括锅炉炉膛、汽包、给水管、省煤器和尾部烟道，其特征在于汽包分为汽包净段和汽包盐段，在汽包净段和盐段之间设有隔板和联通阀(7)，在汽包净段内安装有净段汽水分离装置(13)，在汽包净段下部设有净段垂直下降管(4)，所述的给水管(3)与净段垂直下降管(4)连接，净段垂直下降管经净段蒸发受热面(5)与净段汽水分离装置(13)的入口连接，所述净段汽水分离装置的底部出口与汽包净段锅炉水连通；净段蒸发受热面(5)布置在锅炉炉膛水冷壁处；在所述的汽包盐段内安装有盐段汽水分离装置(12)，在汽包盐段下部设有盐段垂直下降管(8)，盐段垂直下降管经盐段蒸发受热面(9)与盐段汽水分离装置的入口相连接，盐段汽水分离装置的底部出口分别与排污管和汽包盐段的锅炉水连通；所述的盐段蒸发受热面(9)布置在锅炉尾部烟道对流受热面内。
2.按照权利要求1所述的一种以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉，其特征在 于在净段和盐段中分别安装有至少一个液位计。
3.如权利要求1所述的以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉的水循环方法，其 特征在于1)高含盐软化给水经省煤器预热后直接引入汽包净段垂直下降管(4)中，并与净段锅 炉水混合后，经分配联箱进入净段蒸发受热面(5)形成汽水混合物；2)汽水混合物进入净段汽水分离装置(13)中，分离出的蒸汽从汽水分离装置中引出 汽包(1)，分离下来的锅炉水回流入汽包净段；净段蒸发量占总蒸发量的60 95% ；3)汽包盐段的给水由净段锅炉水提供，盐段锅炉水经汽包盐段垂直下降管(8)和分配 联箱后进入盐段盐段蒸发受热面(9)，盐段锅炉水受热后变成汽水混合物流入盐段汽水分 离装置(12)，分离后的蒸汽从盐段分离装置中引出汽包(1)，并与净段蒸汽混合；分离后的 盐段锅炉水一部分经排污管(10)直接进行排污，另一部分回流入汽包盐段参与盐段的水 循环，排污率为5 15% ；盐段蒸发量Hi11占总蒸发量的5 40%。
全文摘要
一种以高含盐软化水为给水的自然循环注汽锅炉及水循环方法，属于自然循环汽包水动力技术和分段蒸发技术领域。汽包分为净段和盐段，将锅炉给水直接引入汽包净段垂直下降管中，净段蒸发受热面布置于炉膛受热面。汽包盐段的给水由净段锅炉水提供，盐段蒸发受热面布置在锅炉尾部烟道中，排污水由锅炉盐段汽水分离装置直接引出。该发明所述锅炉排污率为5～15％，盐段蒸发量占总蒸发量的5～40％。在相同排污率下，该锅炉净段、盐段受热面锅水含盐量低，受热面抗腐蚀性好，水动力特性及传热安全，盐段受热面便于检修。其燃料可以是煤、油、天然气以及其他可燃固体，适用于大容量稠油热采注气锅炉。
文档编号F22B37/26GK101979917SQ201010536948
公开日2011年2月23日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者刘青, 吕俊复, 吴玉新, 张建胜, 张海, 杨海瑞, 蔡春荣 申请人:清华大学