本发明涉及注汽锅炉烟气余热回收利用装置，特别涉及一种冷凝式油田注汽锅炉烟气余热回收装置及方法。
背景技术：
稠油热采作为油田生产现阶段的主要生产阵地，为我国原油的稳定供应起到了关键性的作用。而稠油热采的关键设备----注汽锅炉，是稠油生产的重要保障。随着对高能耗设备节能要求的不断加强，如何进一步提高注汽锅炉的热效率，降低单位蒸汽能耗，成为节能降耗、降低吨稠油的投入产出比的关键点。
一油田注汽锅炉参数：
1常用注汽锅炉额定蒸发量：9.2t/h、11.5t/h、15t/h、18t/h、23t/h、30t/h
2燃料：目前油田用注汽锅炉通常是两种燃料，原油或天然气。
3烟气特性：
其中燃油注汽锅炉产生的烟气中主要含有so2、nox、co2、n2、o2和水蒸气等，烟气露点110℃左右。燃气注汽锅炉产生的烟气中主要含有nox、co2、n2、o2和水蒸气等，并含有少量的so2，烟气露点60℃左右。
二目前注汽锅炉余热利用现状：
注汽锅炉排出的烟气中含有大量余热，目前的注汽锅炉大多没有烟气余热利用装置，只有少部分安装烟气余热回收装置。这些烟气余热回收装置一般都是利用烟气预热助燃空气（第1种方式）或利用烟气预热锅炉给水（第2种方式），这两种烟气余热回收方式只回收了烟气中的部分显热。因燃气锅炉烟气中水蒸汽占比较大，且水蒸汽的汽化潜热较大。我们为了提高燃气的利用率，把目光投向了烟气冷凝潜热回收技术的研究开发。
下面以燃气注汽锅炉为例，分析烟气余热的可利用情况：
1烟气组成及热能分析
1nm3天然气在过量空气系数为1.1时，燃烧所需实际空气量约为10.6m3,，烟气量约为12m3。1nm3天然气的低位热值32.6mj，高位热值36.2mj。燃烧后产生的烟气的焓见下表：
表1：燃烧每立方天然气产生烟气的温焓表kj/nm3
烟气中烟气温度变化所引起的热量转移为显热，水蒸汽所含的汽化潜热为潜热，也就是水在发生相变时，所释放或吸收的热量。烟气中水蒸汽的体积含量在15-20%左右，潜热可占天然气的低位发热量的10.97%左右。
从此数据可以看出，潜热占排烟热损失的比重是很大的。而利用潜热，必须要把烟气温度降低到水蒸汽露点温度以下，使烟气中的水分由气态变为液态，从而释放烟气潜热。
2烟气中水蒸汽露点温度的确定:
烟气中水蒸汽的体积含量在15-20%之间，露点温度一般为60ºc之间。如天然气中含有h2s，烟气中还会有sox。sox会与烟气中的水蒸汽结合形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的酸露点温度要比水露点温度要高。所以会使烟气中水蒸汽露点提高。一般烟气中含量愈多，酸露点温度愈高。由于酸露点温度计算复杂且实际烟气组分变化较大，所以在实际应用中采用酸露点分析仪实测一定工况下的酸露点温度。一般烟气sox含量在0.03%左右时，露点温度可按60ºc左右估算。
当烟气温度低于露点温度时，烟气中水蒸汽开始凝结，烟温低于露点温度愈大，水蒸汽的凝结率也愈大。凝结率愈大，潜热回收比例也愈大。所以为提高烟气余热回收效率，与烟气进行换热的冷媒温度低于露点温度多些，才能确实做到冷凝换热。按表1估算，燃气注汽锅炉烟气余热回收装置的出口烟温低于露点温度15ºc时，可使水蒸汽凝结率达到50%。
三现有的注汽锅炉烟气余热回收利用方式：
主要有两种方式：（1）烟气预热助燃空气；（2）常规烟气预热锅炉给水。
第一种方式：烟气预热助燃空气。燃烧系统供风一般都取自室外，在注汽锅炉的燃烧机送风系统上加装空预器，使烟气与冷空气进行换热，可以提高送风温度，改善燃气燃烧工况，提高炉膛温度，对锅炉各受热面的传热是有利的。但由于空气热容较小，且空气量受天然气燃烧理论空气量限制，它所能吸收的热量是有限的。
第二种方式：常规烟气预热锅炉给水。利用锅炉给水与烟气进行热交换，把烟气余热直接进入锅炉水系统中，实现余热回收。采用这种方法，面临的主要问题是最终的烟气排放温度必须高于烟气露点，否则将出现无法解决的换热管组腐蚀问题。
烟气在于给水进行热交换时，烟气的温度会不断降低，当烟气温度低于露点时，烟气中的气态水分便会冷凝成液态水，也就是烟气中的水分发生了相变。冷凝出的水分大部分会凝结在换热管组上，在冷凝水析出的同时，烟气中的酸性气体成分so2以及少量的nox、co2会溶解于冷凝水中从而形成弱酸。也就是说，在后段换热管组上产生了聚集状态的弱酸液滴，这些液滴不仅会给凝结部位的管子表面造成腐蚀，而且会滴落到处于下层较低位置的前级换热管组上，从而对前级换热管造成腐蚀。由于注汽锅炉对流换热部分的烟道为直通式烟道，从结构上讲较难实施对滴落酸液的腐蚀预防措施。因此，处于较低位置的换热管组上的酸液不断聚集，由于该处的换热管处于露点以上的温度，所以滴落的酸液中的水分会逐渐蒸发，但紧接着又有酸液滴落下…，这样下部换热管组管子上的酸液浓度会越来越高。经过长时间的、较高温度下的滴落酸液的累计腐蚀，即使是耐温性能、耐蚀性能良好的奥氏体不锈钢管材也会因腐蚀而破坏。
因此，目前的烟气余热回收装置出口烟气温度都控制在露点以上，它只能回收烟气中的显热。可回收烟气显热的50-60%左右。这样还是有高于露点的烟气被排入大气中，不能有效利用烟气中水分的相变潜热，因此不能完全满足降低锅炉排烟热损失、提高锅炉热效率的要求。
技术实现要素：
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种冷凝式油田注汽锅炉烟气余热回收装置及方法，安装于原注汽锅炉对流段上方用于回收烟气余热，提高锅炉给水温度，降低排烟温度，提高锅炉热效率，有效降低锅炉运行成本，布置合理，结构紧凑，易于安装、维修和更换。
本发明提到的一种冷凝式油田注汽锅炉烟气余热回收装置，其技术方案是：包括吸热管组（1）、外保温箱（2）、管圈支架（3）、内保温层（4）、保温固定件（5）、烟气均布导流板（6）、冷凝水收集板（7）和隔热套管（8），管圈支架（3）是整个装置的框架，管圈支架（3）内壁焊接保温固定件（5）用于固定内保温层（4），管圈支架（3）上的侧板上开孔并焊接隔热套管（8），吸热管组（1）是由翅片管与弯头焊接连成一个给水流通通道，包括上部管组和下部管组，用于吸收来自注汽锅炉的烟气中的热量，利用烟气与给水的温差换热，使给水温度上升；管圈支架（3）外部露出的吸热管组（1）的弯头部分用外保温箱（2）包围并焊接在管圈支架（3）上；烟气均布导流板（6）、冷凝水收集板（7）倾斜焊接固定在管圈支架（3）上；烟气经过吸热管组（1）的下部管组吸热之后，到达烟气均布导流板（6）和冷凝水收集板（7）时其温度已经降至烟气露点，再经过烟气均布导流板（6）和冷凝水收集板（7）进入吸热管组（1）上部管组，烟气流向按z型转弯流过，使烟气中的水蒸汽由气态冷凝变为液态，从而释放烟气中的潜热。
优选的，上述的冷凝水收集板（7）包括两组，第一组固定在管圈支架（3）的右侧，第二组固定在管圈支架（3）的左侧，且两组冷凝水收集板（7）均向管圈支架（3）的中心倾斜，第一组冷凝水收集板（7）的左端点高于第二组冷凝水收集板（7）的右端点，且第二组冷凝水收集板（7）的右端点设有冷凝水排放管组（11），在第二组冷凝水收集板（7）的上方设有多组倾斜的烟气均布导流板（6），使烟气经过烟气均布导流板（6）和第一组冷凝水收集板（7）时，使烟气中的水蒸汽由气态冷凝变为液态，释放烟气中的潜热，而液态水通过冷凝水排放管组（11）排出。
优选的，上述的冷凝水收集板（7）将烟气通道分割成上下两部分，称为下烟室和上烟室，烟气经过第一组冷凝水收集板和烟气均布导流板（6）时，冷凝出的含酸水分向下滴落，落到第二组冷凝水收集板上，避免落到下部烟室的碳钢吸热管组管子，造成腐蚀。
优选的，上述的吸热管组（1）的上部管组和下部管组之间设有空腔，在该空腔处安装烟气均布导流板（6）和冷凝水收集板（7）。
优选的，上述的吸热管组（1）的上部管组设为进水端，且安装进水压力变送器（9）和进水温度变送器（10）。
优选的，上述的吸热管组（1）的下部管组设为出水端，且安装出水压力变送器（12）和出水温度变送器（13）。
优选的，上述冷凝水收集板（7）由耐腐蚀的奥氏体不锈钢制作。
本发明提到的一种冷凝式油田注汽锅炉烟气余热回收装置的使用方法，包括以下过程：
首先，将冷凝式注汽锅炉烟气余热回收装置安装在注汽锅炉对流段出烟口上部，管圈支架（3）是整个装置的框架，管圈支架（3）内壁焊接保温固定件（5）用于固定内保温层（4），管圈支架（3）上的侧板上开孔并焊接隔热套管（8），吸热管组（1）是由翅片管与弯头焊接连成一个给水流通通道，用于吸收烟气中的热量，利用烟气与给水的温差换热，使给水温度上升，管圈支架（3）外部露出的吸热管组（1）的弯头部分用外保温箱（2）包围并焊接在管圈支架（3）上，烟气均布导流板（6）、冷凝水收集板（7）按照一定角度和距离焊接固定在管圈支架（3）上，烟气经过下部吸热管组（1）的吸热之后，到达烟气均布导流板（6）和冷凝水收集板（7）时其温度已经降至烟气露点；烟气经过烟气均布导流板（6）和冷凝水收集板（7）进入吸热管组（1）上部管组时，烟气流向按z型转弯流过，进入上部烟室；
其次，随着烟气与给水在上部烟室的进一步热交换，烟气中的水分就会发生相变，由气态冷凝为液态，从而凝结在不锈钢材料的吸热管组（1）上部管组的管子外表面；当冷凝水滴聚集成大水滴时，就会滴落到冷凝水收集板（7）上，最后通过冷凝水排放管组（11）下面的疏水阀排放至锅炉污水罐；进水的压力和温度分别由进水压力变送器（9）和进水温度变送器（10）进行测量，并传送到锅炉监控系统，出水的压力和温度分别由出水压力变送器（12）和出水温度变送器（13）进行测量，并传送到锅炉监控系统，从而实现对该烟气冷凝余热回收的装置余热利用效能的监控，实时调整整个锅炉系统的协调运行；
最后，经过烟气换热升温后的给水，会送至锅炉高压泵，经高压泵加压后，进入高压换热/汽化流程。
本发明的有益效果是：本发明通过冷凝水收集板将烟气通道分割成上下两部分，位于上烟室的吸热管组管子表面冷凝出的含酸水分向下滴落时，只能落到冷凝水收集板上，而不能落到下部烟室的碳钢吸热管组管子上，从而在充分吸收烟气潜热的情况下，有效地避免了换热管组的腐蚀；本发明使得锅炉热效率进一步提高，进一步降低排烟温度，充分利用烟气中水分的相变冷凝，较大幅度的利用烟气中水的潜热，将烟气余热冷凝回收装置烟气排放温度保持在烟气露点以下运行，从而大大提高烟气余热的利用率；
另外，本发明安装于原注汽锅炉对流段上方用于回收烟气余热，提高锅炉给水温度，降低排烟温度，提高锅炉热效率，有效降低锅炉运行成本，布置合理，结构紧凑，易于安装、维修和更换。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明安装在注汽锅炉的正面示意图；
附图3是本发明安装在注汽锅炉的侧面示意图；
上图中：吸热管组1、外保温箱2、管圈支架3、内保温层4、保温固定件5、烟气均布导流板6、冷凝水收集板7、隔热套管8、进水压力变送器9、进水温度变送器10、冷凝水排放管组11、出水压力变送器12、出水温度变送器13；
冷凝式油田注汽锅炉烟气余热回收装置a、烟囱b、疏水阀c、原注汽锅炉对流段d、冷凝水排放口e。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，本发明提到的一种冷凝式油田注汽锅炉烟气余热回收装置，其技术方案是：包括吸热管组1、外保温箱2、管圈支架3、内保温层4、保温固定件5、烟气均布导流板6、冷凝水收集板7和隔热套管8，管圈支架3是整个装置的框架，管圈支架3内壁焊接保温固定件5用于固定内保温层4，管圈支架3上的侧板上开孔并焊接隔热套管8，吸热管组1是由翅片管与弯头焊接连成一个给水流通通道，包括上部管组和下部管组，用于吸收来自注汽锅炉的烟气中的热量，利用烟气与给水的温差换热，使给水温度上升；管圈支架3外部露出的吸热管组1的弯头部分用外保温箱2包围并焊接在管圈支架3上；烟气均布导流板6、冷凝水收集板7倾斜焊接固定在管圈支架3上；烟气经过吸热管组1的下部管组吸热之后，到达烟气均布导流板6和冷凝水收集板7时其温度已经降至烟气露点，再经过烟气均布导流板6和冷凝水收集板7进入吸热管组1上部管组，烟气流向按z型转弯流过，使烟气中的水蒸汽由气态冷凝变为液态，从而释放烟气中的潜热。
其中，冷凝水收集板7包括两组，第一组固定在管圈支架3的右侧，第二组固定在管圈支架3的左侧，且两组冷凝水收集板7均向管圈支架3的中心倾斜，第一组冷凝水收集板7的左端点高于第二组冷凝水收集板7的右端点，且第二组冷凝水收集板7的右端点设有冷凝水排放管组11，在第二组冷凝水收集板7的上方设有多组倾斜的烟气均布导流板6，使烟气经过烟气均布导流板6和第一组冷凝水收集板7时，使烟气中的水蒸汽由气态冷凝变为液态，释放烟气中的潜热，而液态水通过冷凝水排放管组11排出。
另外，冷凝水收集板7将烟气通道分割成上下两部分，称为下烟室和上烟室，烟气经过第一组冷凝水收集板和烟气均布导流板6时，冷凝出的含酸水分向下滴落，落到第二组冷凝水收集板上，避免落到下部烟室的碳钢吸热管组管子，造成腐蚀。
吸热管组1的上部管组和下部管组之间设有空腔，在该空腔处安装烟气均布导流板6和冷凝水收集板7。
吸热管组1的上部管组设为进水端，且安装进水压力变送器9和进水温度变送器10。
吸热管组1的下部管组设为出水端，且安装出水压力变送器12和出水温度变送器13。
冷凝水收集板7由耐腐蚀的奥氏体不锈钢制作。
使用时，烟气余热冷凝回收装置安装于原注汽锅炉对流段d上方用于回收烟气余热，并把锅炉给水与吸热管组连接，由进出口压力、温度检测组件来监控装置的安全稳定运行。冷凝水排放管组上的疏水阀c将冷凝水排放至锅炉污水罐。
本发明提到的一种冷凝式油田注汽锅炉烟气余热回收装置的使用方法，包括以下过程：
首先，将冷凝式注汽锅炉烟气余热回收装置a安装在注汽锅炉对流段出烟口上部，管圈支架3是整个装置的框架，管圈支架3内壁焊接保温固定件5用于固定内保温层4，管圈支架3上的侧板上开孔并焊接隔热套管8，吸热管组1是由翅片管与弯头焊接连成一个给水流通通道，用于吸收烟气中的热量，利用烟气与给水的温差换热，使给水温度上升，管圈支架3外部露出的吸热管组1的弯头部分用外保温箱2包围并焊接在管圈支架3上，烟气均布导流板6、冷凝水收集板7按照一定角度和距离焊接固定在管圈支架3上，烟气经过下部吸热管组1的吸热之后，到达烟气均布导流板6和冷凝水收集板7时其温度已经降至烟气露点；烟气经过烟气均布导流板6和冷凝水收集板7进入吸热管组1上部管组时，烟气流向按z型转弯流过，进入上部烟室；
其次，随着烟气与给水在上部烟室的进一步热交换，烟气中的水分就会发生相变，由气态冷凝为液态，从而凝结在不锈钢材料的吸热管组1上部管组的管子外表面；当冷凝水滴聚集成大水滴时，就会滴落到冷凝水收集板7上，最后通过冷凝水排放管组11下面的疏水阀c排放至锅炉污水罐；进水的压力和温度分别由进水压力变送器9和进水温度变送器10进行测量，并传送到锅炉监控系统，出水的压力和温度分别由出水压力变送器12和出水温度变送器13进行测量，并传送到锅炉监控系统，从而实现对该烟气冷凝余热回收的装置余热利用效能的监控，实时调整整个锅炉系统的协调运行；
最后，经过烟气换热升温后的给水，会送至锅炉高压泵，经高压泵加压后，进入高压换热/汽化流程。
实施例2，本发明的注汽锅炉烟气由150℃(燃气锅炉)的锅炉烟气自下而上通过与锅炉给水的换热降低温度至45℃(燃气锅炉)，20℃的给水自上而下经过换热升高温度至最高70℃。以燃气锅炉为例：烟气温度降到45ºc左右时，烟气中超过一半的水蒸汽凝结出，潜热利用率51.4%。显热已大部被吸收，其显热利用率达到75%。
锅炉给水经过烟气余热换热提高到70ºc后，不会对其他锅炉辅机、配件造成任何影响。达到提高锅炉热效率，降低排烟热损失的目的。
本发明采用了整体组合设计，保证整个系统的功能；本发明整套设备布置合理，结构紧凑，易于安装、维护和搬迁，可以有效提高注汽锅炉热效率5%以上。该装置运行时无需人员进行操作，实现整个装置的自动运行。
实施例3，本发明提到的注汽锅炉烟气由230℃(燃油锅炉)的锅炉烟气自下而上通过与锅炉给水的换热降低温度至80℃(燃油锅炉)，20℃的给水自上而下经过换热升高温度至最高70℃。以燃气锅炉为例：烟气温度降到45ºc左右时，烟气中超过一半的水蒸汽凝结出，潜热利用率51.4%。显热已大部被吸收，其显热利用率达到75%。
锅炉给水经过烟气余热换热提高到70ºc后，不会对其他锅炉辅机、配件造成任何影响。达到提高锅炉热效率，降低排烟热损失的目的。
本发明采用了整体组合设计，保证整个系统的功能；本发明整套设备布置合理，结构紧凑，易于安装、维护和搬迁，可以有效提高注汽锅炉热效率5%以上。该装置运行时无需人员进行操作，实现整个装置的自动运行。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。