一种注汽锅炉及提高锅炉热效率的方法
【专利摘要】本发明提供了一种注汽锅炉，其包括锅炉给水单元、柱塞泵、水-水换热器、对流段、辐射段、鼓风机和烟囱，该注汽锅炉还包括一低温受热单元，设置在该注汽锅炉的烟囱内部、对流段的上方；所述水-水换热器设置有内管和外管；所述给水单元与所述柱塞泵连通，所述柱塞泵与所述低温受热单元连通，所述低温受热单元与所述水-水换热器的外管连通，所述水-水换热器的外管出口与所述对流段的管路连通，所述对流段的管路出口与所述水-水换热器的内管连通，所述水-水换热器的内管出口与所述辐射段的管路连通，所述辐射段的管路的出口输出蒸汽。本发明能够充分利用高温烟气携带的能量，提高注汽锅炉热效率。
【专利说明】一种注汽锅炉及提高锅炉热效率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种注汽锅炉及提高锅炉热效率的方法，属于油井用注汽锅炉领域。【背景技术】
[0002]湿蒸汽发生器(即注汽锅炉)是现在油田中应用最广泛的蒸汽注入设备，其将水转化为干度为75的湿饱和蒸汽，注入井下，对油层进行加热，以降低原油粘度，从而提高采收率。目前燃料主要包括原油、天然气、水煤浆等，因此注汽锅炉分为烧原油注汽锅炉、烧天然气注汽锅炉、烧煤注汽锅炉，每种锅炉都具有排烟管，用于排出烟气，但也因此带走了热能，烧原油注汽锅炉排烟温度约250°C?280°C之间，烧天然气的注汽锅炉排烟温度约180°C?220°C之间，排烟温度过高造成锅炉热效率降低。排烟温度每增加10°C?15°C，热效率降低1%。
[0003]现有的注汽锅炉如图1所示，包括锅炉给水单元1、柱塞泵2、水-水换热器3、对流段4、辐射段5、鼓风机6和烟? 7。所述给水单元I能够给注汽锅炉提供水源；所述柱塞泵2将水加压泵入生成蒸汽的管路，即将水泵入水-水换热器3 ;所述水-水换热器3设置有内管和外管；所述对流段4设置在所述烟? 7内，所述辐射段5设置在锅炉内，并连接烟囱7，所述鼓风机6将锅炉产生的高温烟气吹入所述辐射段。所述给水单元I的出口连通所述柱塞泵2的入口，所述柱塞泵2的出口与所述水-水换热器3的外管入口、所述对流段4的管路的入口连通，所述水-水换热器3的外管出口与所述对流段4的管路的入口连通，所述对流段4的管路的出口与所述水-水换热器3的内管入口连通，所述水-水换热器3的内管出口与所述辐射段5的管路入口连通，所述辐射段5的管路的出口输出蒸汽，所述鼓风机6与所述辐射段5连通，所述辐射段5连接至所述烟囱7。
[0004]作业时，锅炉给水单元I将水通过柱塞泵2加压，将20°C的水泵入水-水换热器3外管(环空)，从外管(环空)中流入对流段4，此时进入对流段4入口的水温为95.40C，与烟气换热，对流段4出口的水温为290.50C，对流段4流出的水回到水-水换热器3内管(热水与环空中冷水换热，温度有所下降，变为224.4°C)，水从内管出来，流入辐射段5，与烟气进行辐射热交换，最后变成蒸汽，蒸汽温度为353°C。在现有技术中，同时检测到排烟管即烟囱排出的烟气温度达到230°C，浪费了热能。
【发明内容】
[0005]鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种注汽锅炉，充分利用排烟管中排烟的热量，来提高注汽锅炉的热效率。
[0006]本发明的目的通过以下技术方案得以实现:
[0007]—种注汽锅炉，其包括锅炉给水单元、柱塞泵、水-水换热器、对流段、辐射段、鼓风机和烟?，该注汽锅炉还包括一低温受热单元，设置在该注汽锅炉的烟?内部、对流段的上方；
[0008]所述水-水换热器设置有内管和外管；[0009]所述给水单元与所述柱塞泵的入口连通，所述柱塞泵的出口与所述低温受热单元的入口连通，所述低温受热单元的出口与所述水-水换热器的外管入口连通，所述水-水换热器的外管出口与所述对流段的管路的入口连通，所述对流段的管路的出口与所述水-水换热器的内管入口连通，所述水-水换热器的内管出口与所述辐射段的管路入口连通，所述辐射段的管路的出口输出蒸汽，所述鼓风机与所述辐射段连通，所述辐射段连接至所述烟囱。
[0010]上述的注汽锅炉中，优选的，所述低温受热单元由翅片管构成。
[0011]上述的注汽锅炉中，优选的，所述低温受热单元包括64根翅片管，该64根翅片管分5排设置。
[0012]上述的注汽锅炉中，优选的，所述翅片管呈折叠蛇形往复布置成5排，第一排14根翅片管，第二、三、四排分别为12根翅片管，最后一排14根翅片管。
[0013]上述的注汽锅炉中，优选的，所述翅片管的材质为316L不锈钢。
[0014]上述的注汽锅炉中，优选的，所述低温受热单元的出口还与所述对流段的管路的入口连通，两者之间设置有阀门。
[0015]本发明还提供一种利用上述的注汽锅炉生产蒸汽的方法，该方法包括如下步骤:
[0016]步骤一、利用柱塞泵将锅炉给水单元提供的水注入低温受热单元，与烟囱内对流段上方的烟气进行热交换；
[0017]步骤二、将与烟?内对流段上方的烟气进行热交换后的水注入水-水换热器的外管，与水-水换热器的内管中的水进行水-水换热，然后注入对流段管路，与烟?内对流段的烟气进行对流热交换；或者将与烟?内对流段上方的烟气进行热交换后的水分流注入水-水换热器的外管和对流段的管路，进入外管的水与水-水换热器的内管中的水进行水-水换热后通过外管，然后一并进入对流段的管路，与烟?内对流段的烟气进行对流热交换；
[0018]步骤三、将对流热交换后的水注入水-水换热器的内管，与水-水换热器的外管中的水进行水-水换热；
[0019]步骤四、将水-水换热后的水注入辐射段的管路，与鼓风机带来的锅炉高温烟气进行热交换，最后转变为蒸汽排出。
[0020]上述的方法中，优选的，所述高温烟气由锅炉直接生成，由鼓风机吹入辐射段，与辐射段的管路进行热交换；热交换后的高温烟气进入烟?对流段，与对流段的管路进行对流段热交换；对流段热交换后的高温烟气继续与低温受热单元进行热交换，高温烟气变成低温烟气，最后从烟囱出口排出。
[0021]本发明还提供了一种提高锅炉热效率的方法，该方法包括如下步骤:
[0022]a、在烟囱热交换区域热交换管路的上方设置一低温受热单元，用于对受热介质进行前期预热；
[0023]b、将柱塞泵连通上述低温受热单元，将受热介质泵入上述低温受热单元后，进行热交换预热；
[0024]C、将预热后的受热介质注入热交换管路，最后实现受热介质气化。
[0025]上述的提高锅炉热效率的方法中，优选的，所述受热介质为水。
[0026]本发明的突出效果为:[0027]通过低温受热单元，改变现有技术注汽锅炉的结构及工艺流程，重新定位注汽锅炉热负荷分配，能够使注汽锅炉排烟温度由230°C降到130°C左右，从而使热效率提高4%_5%，能够充分利用高温烟气携带的能量，提高注汽锅炉热效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是现有技术中注汽锅炉的结构示意图；
[0029]图2是实施例1的注汽锅炉的结构示意图；
[0030]图3是实施例2所提供的利用注汽锅炉生产蒸汽的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031]以下便结合实施例附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
[0032]实施例1
[0033]本实施例提供一种注汽锅炉，其结构如图2所示，其包括锅炉给水单元1、柱塞泵
2、水-水换热器3、对流段4、辐射段5、鼓风机6和烟? 7，该注汽锅炉还包括一低温受热单元8，设置在该注汽锅炉的烟囱7内部、对流段4的上方；
[0034]所述水-水换热器3设置有内管和外管；
[0035]所述给水单元I与所述柱塞泵2的入口连通，所述柱塞泵2的出口与所述低温受热单元8的入口连通，所述低温受热单元8的出口与所述水-水换热器3的外管入口相连通，所述低温受热单元8的出口与所述对流段4的管路的入口相连通并且两者间设置有阀门，所述水-水换热器3的外管出口与所述低温受热单元8的出口并行连通所述对流段4的管路的入口，所述对流段4的管路的出口与所述水-水换热器3的内管入口连通，所述水-水换热器3的内管出口与所述辐射段5的管路入口连通，所述辐射段5的管路的出口输出蒸汽，所述鼓风机6与所述辐射段5连通，所述辐射段5连接至所述烟囱。
[0036]上述的注汽锅炉中，所述低温受热单元包括64根材质为316L不锈钢的翅片管，该64根翅片管分5排设置,第一排14根翅片管,第二、三、四排分别为12根翅片管,最后一排14根翅片管。
[0037]实施例2
[0038]本实施例提供一种利用实施例1的注汽锅炉生产蒸汽的方法，其流程如图3所示，该方法包括如下步骤:
[0039]步骤一、利用柱塞泵2将锅炉给水单元I提供的水注入低温受热单元8，与烟囱7内对流段上方的烟气进行热交换，在低温受热单元8出口检测水温，水温由进水时的20°C上升为43.40C ；
[0040]步骤二、将与烟囱7内对流段4上方的烟气进行热交换后的水分流注入水-水换热器3的外管和对流段4的管路，进入外管的水与水-水换热器3的内管中的水进行水-水换热后通过外管，然后一并进入对流段4的管路，与烟? 7内对流段4的烟气进行对流热交换，分别在对流段4管路进出水口检测水温，对流段4进水口 口水温为101.8°C，对流段4出口水温为297.9 0C ；
[0041]步骤三、将对流热交换后的水注入水-水换热器3的内管，与水-水换热器3的外管中的水进行水-水换热，内管出口的水温略有下降，变为249.60C ；
[0042]步骤四、将水-水换热后的水注入辐射段5的管路，与鼓风机6带来的锅炉高温烟气进行热交换，最后转变为蒸汽排出，蒸汽温度为353 °C。
[0043]同时检测到烟囱7排烟口温度降为130°C。
[0044]与【背景技术】中的现有技术注汽锅炉的各个对应位置进行温度比较:
[0045]给水温度:20°C
[0046]低温受热单元8出口水温:43.40C
[0047]对流段4入口水温:由95.4°C变为101.8°C
[0048]对流段4出口水温:由290.5°C变为297.9 V
[0049]辐射段5入口水温:由224.4°C变为249.6 °C
[0050]辐射段5出口水温:353 °C
[0051]【背景技术】中的现有技术注汽锅炉负荷分配:辐射段:对流段=62.1:37.9
[0052]本发明实施例注汽锅炉负荷分配:
[0053]辐射段:对流段:低温受热单元=59.6:36.6:3.8。
[0054]由上述实施例可见:
[0055]通过低温受热单元，改变现有技术注汽锅炉的结构及工艺流程，重新定位注汽锅炉热负荷分配，能够使注汽锅炉排烟温度由230°C降到130°C左右，从而使热效率提高4%-5%，能够充分利用高温烟气携带的能量，提高注汽锅炉热效率。
【权利要求】
1.一种注汽锅炉，其包括锅炉给水单元、柱塞泵、水-水换热器、对流段、辐射段、鼓风机和烟?，其特征在于:该注汽锅炉还包括一低温受热单元，设置在该注汽锅炉的烟囱内部、对流段的上方； 所述水-水换热器设置有内管和外管； 所述给水单元与所述柱塞泵的入口连通，所述柱塞泵的出口与所述低温受热单元的入口连通，所述低温受热单元的出口与所述水-水换热器的外管入口连通，所述水-水换热器的外管出口与所述对流段的管路的入口连通，所述对流段的管路的出口与所述水-水换热器的内管入口连通，所述水-水换热器的内管出口与所述辐射段的管路入口连通，所述辐射段的管路的出口输出蒸汽，所述鼓风机与所述辐射段连通，所述辐射段连接至所述烟囱。
2.根据权利要求1所述的注汽锅炉，其特征在于:所述低温受热单元由翅片管构成。
3.根据权利要求2所述的注汽锅炉，其特征在于:所述低温受热单元包括64根翅片管，该64根翅片管分5排设置。
4.根据权利要求3所述的注汽锅炉，其特征在于:所述翅片管呈折叠蛇形往复布置成5排，第一排14根翅片管，第二、三、四排分别为12根翅片管,最后一排14根翅片管。
5.根据权利要求2-4任一项所述的注汽锅炉，其特征在于:所述翅片管的材质为316L不锈钢。
6.根据权利要求1所述的注汽锅炉，其特征在于:所述低温受热单元的出口还与所述对流段的管路的入口连通，两者之间设置有阀门。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的注汽锅炉生产蒸汽的方法，该方法包括如下步骤: 步骤一、利用柱塞泵将锅炉给水单元提供的水注入低温受热单元，与烟囱内对流段上方的烟气进行热交换； 步骤二、将与烟?内对流段上方的烟气进行热交换后的水注入水-水换热器的外管，与水-水换热器的内管中的水进行水-水换热，然后注入对流段管路，与烟?内对流段的烟气进行对流热交换；或者将与烟?内对流段上方的烟气进行热交换后的水分流注入水-水换热器的外管和对流段的管路，进入外管的水与水-水换热器的内管中的水进行水-水换热后通过外管，然后一并进入对流段的管路，与烟?内对流段的烟气进行对流热交换； 步骤三、 将对流热交换后的水注入水-水换热器的内管，与水-水换热器的外管中的水进行水-水换热； 步骤四、将水-水换热后的水注入辐射段的管路，与鼓风机带来的锅炉高温烟气进行热交换，最后转变为蒸汽排出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述高温烟气由锅炉直接生成，由鼓风机吹入辐射段，与辐射段的管路进行热交换；热交换后的高温烟气进入烟?对流段，与对流段的管路进行对流段热交换；对流段热交换后的高温烟气继续与低温受热单元进行热交换，高温烟气变成低温烟气，最后从烟囱出口排出。
9.一种提高锅炉热效率的方法，该方法包括如下步骤: a、在烟?热交换区域热交换管路的上方设置一低温受热单元，用于对受热介质进行前期预热； b、将柱塞泵连通上述低温受热单元，将受热介质泵入上述低温受热单元后，进行热交换预热； C、将预热后的受热介质注入热交换管路，最后实现受热介质气化。
10.根 据权利要求9所述的提高锅炉热效率的方法，其特征在于:所述受热介质为水。
【文档编号】F22D1/02GK103672844SQ201310680879
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】张红朋, 许宝燕, 马庆, 李娟娟, 曲明艺, 许玲彬, 陈楠, 王磊 申请人:中国石油天然气股份有限公司