专利名称：一种油田燃煤注汽锅炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及原油开采时对井下稠油、超稠油热采时所用的注汽锅炉，具体的说涉是一种油田燃煤注汽锅炉。
背景技术：
燃煤注汽锅炉是用于油田稠油开采的专用蒸汽发生设备，它是利用所产生的高温高压湿蒸汽注入油井，使加热油层中的原油降低粘度，从而增加原油的流动性，能够大幅度地提高原油的采收率。而开采稠油进行蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油需要采用大吨位锅炉进行连续注汽。目前，国内普遍使用的注汽锅炉主要分为两大类，分别为燃油或燃气注汽锅炉以及燃煤注汽锅炉。燃油或燃气注汽锅炉以重油或者天然气为燃料，运行成本较高，消耗的重油或天然气占油田总产量的15%;燃煤注汽锅炉以煤为燃料，由于煤的储量较石油大得多，煤的价格比燃油低，所以燃煤锅炉所占的比例越来越大。为了响应国家“节能降耗”的方针政策，国内各大稠油开采油田大力提倡使用燃煤注汽锅炉，而且提倡逐步将现有燃油或者燃气注汽锅炉改为燃煤注汽锅炉，从而有效降低稠油开采成本，节约大量优质燃料，具有良好的经济效益和社会效益。然而现有的国内稠油油田普遍应用的燃煤注汽锅炉主要为额定蒸发量为23t/h等中小吨位的规格，在实际应用中，因工质偏流、管间脉动、管壁低温腐蚀等因素导致传热工况恶化，甚至发生爆管的现象，需要频繁的维修作业，所以连续注汽时间短，无法满足油田开采现场的需。
发明内容为了解决现有燃煤注汽锅炉因工质偏流、管间脉动、管壁低温腐蚀等因素导致频繁的维修作业、连续注汽时间短的问题，本实用新型提供一种大吨位的油田燃煤注汽锅炉。 该油田燃煤注汽锅炉的结构合理，可避免因工质偏流、管间脉动、管壁低温腐蚀等因素导致传热工况恶化甚至发生爆管得现象，满足油田开采现场对大吨位燃煤注汽锅炉的需求。本实用新型的技术方案是一种油田燃煤注汽锅炉，包括锅炉本体、水汽系统、燃料系统、燃烧系统、灰渣系统、烟风系统及断电保护系统，其中，水汽系统的供水线和输汽管线分别与锅炉本体的进水口及出汽口连接；燃料系统置于锅炉本体前，由给煤机供给锅炉本体内的燃烧系统；燃烧系统由分层给煤机将燃煤供给锅炉内的炉排，在炉膛内的高、低温燃烧室燃烧，再由设在炉膛出口的燃尽灰尘室排除烟尘；灰渣系统及烟风系统分别与锅炉本体炉膛排渣口及烟道联通；断电保护系统与水汽系统连接，其特征在于所述的锅炉本体主要包括一级对流管束、二级对流管束、三级对流管束、托拱管、防焦管、顶棚管、锅炉盘管及炉壁，其中，所述的一级对流管束及二级对流管束采用单管或多管圆形或者方形的肋片管组成水平往复结构形式，三级对流管束采用单管或多管光管通过弯头连接成水平往复结构形式或者水平微倾斜往复结构形式，且各级对流管束间连接进口集箱、中间集箱及出口集箱，各级对流管束间通过弯头连接，并用管板固定在炉壁内的后支架上；所述的锅炉盘管为水平上升螺旋盘管膜式水冷壁，采用无形支柱有形梁结构，通过小支架与侧板焊接固定到炉壁内的侧墙上，炉壁固定到下支架上；所述的顶棚管为光管，采用多管程往复同生布置形式，通过U形螺栓固定于炉顶梁棚上；托拱管上覆盖耐火浇注料，通过固定在下支架上的角钢支撑；防焦管采用光管，通过螺栓固定于下支架上。所述的炉壁外固定呼吸集箱，由连接管使其与锅炉盘管相通；所述的三级对流段管束其进口的三排光管内孔分别加装节流圈；所述的锅炉炉体的外壁上固定热交换装置与对流管束联通。本实用新型的有益效果是由于采用了在对流管束进口、出口及热交换装置入口、 出口，顶棚管出口分别设计集箱，进行混合再分配，避免流量不均，改善了水动力特性，改善和消除热力偏差，实现燃煤注汽锅炉的稳定运行；锅炉炉体的外壁上固定热交换装置，通过不同温度间介质与介质之间的热交换，提高对流段入口的锅炉给水温度，防止尾部受热面的低温腐蚀；在炉膛装设呼吸集箱，用连接管使并联各管和一公共的呼吸箱相通，克服了介质在各管束内流动时产生的脉动现象；锅炉盘管及顶棚管采用并行同生结构形式，防止由于热偏差产生偏流，导致爆管；在三级对流段管束其进口的三排光管内孔分别加装节流圈， 消除脉动，使水的进口压力提高，使流量波动减小，甚至消除。由于采用了以上技术措施，减少了锅炉的维修作业次数，延长了锅炉的连续注汽时间短。该锅炉的额定蒸发量可达48T/ h，可满足油田开采现场对大吨位燃煤注汽锅炉的需求。
图1为本实用新型中各系统的分布示意图；图2为锅炉本体结构透示图；图3为图2中E-E示意图；图4为锅炉本体中各管束与各集箱连接示意图；图5为图4的俯视图；图6为热交换装置与对流段连接关系示意图；图7为无形支柱有形梁结构示意图；图8为图3中A处局部放大图；图9为图3中B处局部放大图；图10为图3中C处局部放大图；图11为图2中D出局部放大图；图12为三级对流管束水平微倾斜往复结构形式一；图13为图12的左视图；图14为三级对流管束水平微倾斜往复结构形式二 ；图15为图14的左视图；图16为三级对流管束入口处的节流圈示意图；图17为节流位置圈示意图。图中1 -热交换装置，2-集箱A，3-集箱B，4-三级对流管束，5- —级对流管束，6-集箱C，7-集箱D，8- 二级对流管束，9-集箱E，10-防焦管，11-托拱管，12-锅炉盘管，13-呼吸集箱，14-顶棚管，15-集箱F，17-锅炉本体，18-水汽系统，19-燃料系统，20-燃烧系统， 21-排渣系统，22-烟风系统，23-断电保护系统，24-后支架，25-炉排，26-小支架，27-U形螺栓，28-下支架，29-炉壁，30-保温层，31-顶棚梁，32-干度检测装置，33-流量监测和微调装置，34-节流圈。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明由图1至图11所示，该油田燃煤注汽锅炉，包括锅炉本体17、水汽系统18、燃料系统19、燃烧系统20、灰渣系统21、烟风系统22、控制系统及断电保护系统，其中，水汽系统 18的供水管线和输汽管线分别与锅炉本体17的进水口及出汽口连接；燃料系统19置于锅炉本体前，由给煤机供给锅炉本体17内的燃烧系统20 ；燃烧系统20由分层给煤机将燃煤供给锅炉内的炉排，在炉膛内的高、低温燃烧室燃烧，再由设在炉膛出口的燃尽灰尘室排除烟尘；灰渣系统21及烟风系统22分别与锅炉本体17的炉膛排渣口及烟道联通，断电保护系统23与水汽系统18中的供水管线连接，如图1所示。其中，所述的锅炉本体由一级对流管束5、二级对流管束8、三级对流管束4、托拱管11、防焦管10、顶棚管14、锅炉盘管12及炉壁四组成，如图2所示，其中，所述的一级对流管束5及二级对流管束8采用单管或多管圆形或者方形的肋片管组成水平往复结构形式，三级对流管束4采用单管或多管光管通过弯头连接成水平往复结构形式或者水平微倾斜往复结构形式，各级对流管束间通过弯头连接，并用管板固定在炉壁四的后支架M上，且一级对流管束5的入口处设置集箱A2，一级对流管束5的出口处与二级对流管束8入口设置集箱E9，在二级对流管束8出口处设置集箱D7，集箱D7与热交换装置1联通，热交换装置1依次与集箱C6、三级对流管束4、集箱B3 联通，集箱B3依次与托拱管11、防焦管10、锅炉盘管12以及顶棚管14联通，在顶棚管14 出口处设集箱F15，集箱F15通过管路及注汽阀与注汽井口联通，如图2图4及图5所示；在对流管束(5，8，4)的进口、出口及热交换装置1的入口、出口，顶棚管14的出口分别设计集箱(2，9，7，6，15)，主要是为了改善水动力特性，避免流量不均，进行混合再分配，改善和消除热力偏差。上述的三级对流段管束4其进口的三排光管内孔分别加装节流圈34，如图16 及图17所示，目的是消除脉动，使水的进口压力提高，这时在开始蒸发点产生的局部压力升高远低于进口压力，因而可使流量波动减小，甚至消除；节流圈34选用江阴宏达仪表有限公司生产的H8型，由耐磨材料制造。此外，上述的三级对流管束4还可以采用如图12及图13所示的水平微倾斜往复结构形式一，或者如图14及图15所示的水平微倾斜往复结构形式二，这两种结构可以改善低压下对流段高温部分的水动力性能，能有效减少偏流发生， 增加高温区低压运行下的安全性。上述的热交换装置1为套管式换热器，呈U形管状，由若干段U形的套管管束首尾连接后，固定在支架上，支架固定在燃煤注汽锅炉炉壁四的外壁上；外套管中是柱塞泵提供的温度较低的锅炉给水，此低温水进入对流段，吸收烟气热量后温度升高，所得高温水再进入换热器内管，与外管中冷水进行热交换，使外管中的水温升高，通过介质与介质之间的热交换，从而提高对流段入口的锅炉给水温度，防止尾部受热面的低温腐蚀，热交换装置1 与对流段关系如图6所示。为了保证炉膛的密封，防止冷风过多地漏入炉膛增加的锅炉热损失，避免因炉膛水平管圈温度不同而产生的应力集中，锅炉盘管采用膜式水冷壁技术，并利用如图7所示的无形支柱有形梁结构，通过小支架沈焊接到侧板上，侧板外是炉壁四内衬的保温层30，如图8所示；上述的膜式水冷壁为在光管的外壁上用焊接方式将长方形钢板固定，使光管两边带有鳍片，在鳍片上焊有槽钢，并在槽钢与管子之间焊有加强版，加强版与管子之间留有一定距离，缓解膜式水冷壁的横向膨胀，两根管子之间通过软连接焊接在一起，再将槽钢通过螺栓固定到侧板上，当膜式水冷壁产生纵向膨胀时，可通过软连接进行调节，并能充分有效吸收锅炉热膨胀，保证锅炉安全；炉壁四固定到下支架观上，如图2 所示。所述的顶棚管14为光管，采用多管程往复同生布置形式，通过U形螺栓27固定于炉顶棚梁31上，如图3及图9所示；锅炉盘管12采用多管程同生技术，多管程沿炉壁周向螺旋上升并行，与顶棚管14往复同行布置，避免因炉膛热力偏差而形成介质热力偏差，可以提高热效率，提高锅炉运行的稳定性，同时减少燃煤锅炉炉膛的尺寸，节省占地面积。托拱管11上覆盖耐火浇注料，通过下固定在支架观上的角钢支撑，如图10所示；为了防止托拱管11下面的炉排两侧结焦，采用了光管结构的防焦管10，利用防焦管10的冷却作用，使炉排两侧温度低于结焦温度，从而解决炉排两侧的结焦问题，防焦管10通过螺栓固定于下支架观上，如图10所示。为了克服了介质在锅炉盘管内流动时产生的脉动现象，保证锅炉运行的安全稳定，在炉膛外装设呼吸集箱13，用连接管使其与炉壁四内的每条锅炉盘管连接并联如图11所示。该燃煤注汽锅炉具体工作流程如图1所示锅炉给水进入热交换装置1壳层进行预加热，加热后进入一级对流段5入口处设置的集箱A2内，将给水工质在集箱A2内混合后，分别通过三根入口管进入一级对流段5 ；—级对流段5出口处与二级对流段8入口处设集箱E9，将一级对流段5出口工质通过集箱E9混合后分别通过三根入口管进入二级对流段 8 ；在二级对流段8出口处设集箱D7，混合后的工质进入热交换装置1，对工质进行预加热； 换热后的工质进入设置在三级对流段4进口的集箱C6内，混合后进入三级对流段4 ；在三级对流段4出口设集箱B3，将三级对流段4出口工质进行混合，然后依次进入托拱管11、防焦管10、锅炉盘管12以及顶棚管14，在顶棚管14出口处设集箱F15，工质在集箱F15混合后注入井口。为了保证多管程介质流量和焓值相同，采用以干度为调节目标量的流量微调技术，在锅炉本体出口增设干度检测装置32 ；在对流管束入口、出口及热交换装置入口、出口增加流量监测和微调装置33，如图1所示，改善热力偏差和流量偏差对锅炉运行的影响。为了避免因系统突然停电时，主水泵、鼓引风机全停，此时炉排上仍有火，且炉拱、 炉墙有蓄热，若不能及时向锅炉内补水，锅炉将会由于过热发生爆管等安全事故，所说该锅炉设置有断电保护系统23，采用柴油机直驱高压补水，柴油驱动泵采用由美国山特提供的 ClK型UPS电源独立控制，自动检测主水泵转速信号，能够确保在停电或柱塞泵故障情况下自动启动停炉保护和锅炉补水程序，确保锅炉安全。该锅炉由于采用了以上技术措施，减少了锅炉的维修作业次数，延长了锅炉的连续注汽时间短。该锅炉的额定蒸发量可达48T/h，可满足油田开采现场对大吨位燃煤注汽锅炉的需求。
权利要求1.一种油田燃煤注汽锅炉，包括锅炉本体、水汽系统、燃料系统、燃烧系统、灰渣系统、 烟风系统及断电保护系统，其中，水汽系统的供水线和输汽管线分别与锅炉本体的进水口及出汽口连接；燃料系统置于锅炉本体前，由给煤机供给锅炉本体内的燃烧系统；燃烧系统由分层给煤机将燃煤供给锅炉内的炉排，在炉膛内的高、低温燃烧室燃烧，再由设在炉膛出口的燃尽灰尘室排除烟尘；灰渣系统及烟风系统分别与锅炉本体炉膛排渣口及烟道联通；断电保护系统与水汽系统连接，其特征在于所述的锅炉本体主要包括一级对流管束、 二级对流管束、三级对流管束、托拱管、防焦管、顶棚管、锅炉盘管及炉壁，其中，所述的一级对流管束及二级对流管束采用单管或多管圆形或者方形的肋片管组成水平往复结构形式， 三级对流管束采用单管或多管光管通过弯头连接成水平往复结构形式或者水平微倾斜往复结构形式，且各级对流管束间连接进口集箱、中间集箱及出口集箱，各级对流管束间通过弯头连接，并用管板固定在炉壁内的后支架上；所述的锅炉盘管为水平上升螺旋盘管膜式水冷壁，采用无形支柱有形梁结构，通过小支架与侧板焊接固定到炉壁内的侧墙上，炉壁固定到下支架上；所述的顶棚管为光管，采用多管程往复同生布置形式，通过U形螺栓固定于炉壁的顶梁棚上；托拱管上覆盖耐火浇注料，通过固定在下支架上的角钢支撑；防焦管采用光管，通过螺栓固定于下支架上。
2.根据权利要求1所述的油田燃煤注汽锅炉，其特征在于所述的炉壁外固定呼吸集箱，由连接管使其与锅炉盘管相通。
3.根据权利要求1所述的油田燃煤注汽锅炉，其特征在于所述的三级对流段管束其进口的三排光管内孔分别加装节流圈。
4.根据权利要求1所述的油田燃煤注汽锅炉，其特征在于所述的锅炉炉体的外壁上固定热交换装置与对流管束联通。
专利摘要本实用新型涉及一种油田燃煤注汽锅炉。主要解决现有燃煤注汽锅炉因频繁的维修作业导致连续注汽时间短的问题。其特征在于所述的一级对流管束、二级对流管束及三级对流管间连接进口集箱、中间集箱及出口集箱，各级对流管束通过弯头连接，并用管板固定在炉壁内的后支架上；所述的锅炉盘管为水平上升螺旋盘管膜式水冷壁，采用无形支柱有形梁结构，通过小支架与侧板焊接固定到炉壁侧墙上，炉体固定到下支架上；所述的顶棚管采用多管程往复同生布置形式固定于炉顶棚上。该油田燃煤注汽锅炉可避免因工质偏流、管间脉动、管壁低温腐蚀等因素导致传热工况恶化甚至发生爆管的现象，可满足油田开采现场对大吨位燃煤注汽锅炉的需求。
文档编号E21B43/24GK201983246SQ201020682250
公开日2011年9月21日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者任为, 侯君, 吴永宁, 周英, 李慧, 杨帆, 王列, 王秋天, 穆名, 裴明东, 赵晶晶, 赵艳春, 邓晓友, 陈季 申请人:辽河石油勘探局总机械厂