燃油锅炉的除焦清灰问题及对策

摘要：

某国内井下稠油试油工程部在新疆的注汽锅炉为标准的油气两用注汽锅炉，由于长期使用原油作为燃料，普遍存在锅炉辐射段和对流段受热面积灰严重，排烟温度过高（300℃以上）的不良工况。运行周期仅为5-6天，需要停炉清扫积灰，常规的清灰方式不仅效果差，而且对注汽效果影响也较明显。

本文结合现场实际运行工况，根据原油物化性质，分析了作为燃油的原油化学灰分对结焦积灰可能造成的影响，同时分析了注汽锅炉的实际运行状况、实际出现问题的严重性和危害，提出并采取了适当的运行调整措施，并在现有锅炉运行工况逐渐优化的前提下，采用针对燃油注汽锅炉的专用除焦剂防止并清除结焦，从而进一步改善锅炉火侧燃烧状况，防止结焦积灰产生的危害，杜绝安全生产事故隐患，保障锅炉运行长周期、满负荷、优化运行。

关键词：注汽锅炉；结焦；积灰；除焦剂；优化运行

连续运行的注汽锅炉运行时限较长，普遍存在炉膛水冷壁结焦，对流段积灰及尾部受热面积灰和腐蚀，排烟温度过高（300℃以上）等不良工况，导致锅炉热效率下降、增加燃油成本，并存在较为严重的安全隐患，紧急情况下需要停炉清除炉膛水冷壁管的结焦及对流段设备进行人工清灰，不仅劳动强度大，而且对连续运行的热注锅炉和生产井带来较明显影响。在排601-平26井时至1月份天气寒冷，因烟温高报警，造成锅炉灭火，点炉时由于锅炉积灰严重造成炉膛压力高造成回火致使无法启炉，为了保证安全不得不紧急停炉清灰。在新疆冬季非常寒冷启炉困难，每次清灰结束再启炉就是一次很大的挑战。本文通过对在用的注汽锅炉运行工况分析，结合燃油性质，针对新疆各队注汽锅炉存在的结焦、积灰和腐蚀问题，采取了具有针对性的调整改进措施，结果表明，调整措施有效，同时针对锅炉处于目前状态下的难以继续优化的状况提出了进一步试验使用除焦清灰剂的建议，对于锅炉的良好运行，以及对于节能和环保而言，都具有十分重要的现实意义。

1 燃油性质

 表1 燃油物化性质

由于燃料油是直接采用的原油，未经脱盐处理，因此其中的杂质并不能除去，各种杂质元素含量比较高，其中硫含量达到0.34%，钒含量达到0.17ppm，钠含量达到8.32ppm，镍含量达到10.21ppm，导致积灰和结焦的灰分化学元素含量都较高，而锅炉燃烧所产生问题主要是燃油中所含有的杂质组分所致，由于胶质和沥青质、钒、钠、硫等的存在，由此而引起的诸如燃料油雾化不良、燃烧不完全、油嘴结焦堵塞的现象也必然不同程度的存在。同时原油中含有一定量的水分（5%左右），会在一定程度上影响燃烧，带走热量，降低热效率。燃料油预热温度较低，在喷雾到炉系统中时，将在一定程度上带入冷源，降低炉膛温度。

2 注汽燃油锅炉实际工况及问题

井下稠油试油工程部新疆项目部所采用的燃油注汽炉炉型为YZG11.5-21-D型燃油锅炉,卧式内燃，炉管水平往复排列燃烧室。燃料以油田自产原油为主，燃烧方式为正压燃烧、机械雾化，油温70-90℃，常规情况下，排烟温度260℃。

表2锅炉运行工况

实际运行出现的问题是，原油燃烧后灰分较大，烟灰沉积在炉管水冷壁和翅片管表面，炉膛压力增大，配风板结焦严重并出现回火。炉膛固定管卡经常烧坏脱落，每次检修需要更换1/3数量的管卡。采用水力清灰后，设备表面出现较多腐蚀坑，存在较严重的腐蚀现象，容易导致穿孔爆管的安全事故。对流段过热器翅片管变形，从而失去热交换功能。

3 注汽燃油锅炉燃烧产生的原因分析及危害

3.1锅炉燃烧问题产生的原因

由于作为燃料的原油中所含的硫、钒、钠、镍等杂质的存在，在原油燃烧过程中，这些杂质金属氧化物及硫酸盐、钒酸盐等反应形成低熔点共熔物，在某个合适的温度位置冷却后凝固形成焦块和积灰。炉内烟气的温度在800℃～1200℃范围内，熔点低于此温度的灰份将会在高温的火焰部位熔化成液体，然后在相对较低温度的部分凝固形成坚硬的堆积物。排601-平276井注汽10天中间清灰一次，注汽结束后有三副管卡烧脱落，二十二副管卡烧毁变形。炉管表面及炉膛內积灰严重。

3.2 锅炉积灰问题的危害

一方面是当烟气经过的设备受热面上形成严重的积灰、结焦时，受热面内工质吸热量减少，为了维持同样的蒸汽发生量，必须增加燃料量和风量，使送风机、引风机负荷增高，导致排烟温度升高，排烟热损失增加，使锅炉效率降低(5-30%或更多)。另一方面则是由于通风设备容量有限，结焦使烟气通道局部被堵塞，使得风量不足，限制了锅炉出力。同时结焦使水冷壁等换热设备受热不均，硫酸盐腐蚀和高温钒酸盐腐蚀等，极易引起爆管、掉大焦等对设备生产安全造成重大安全隐患等，严重影响操作平稳、运转安全和提高运行成本。8号锅炉和11号锅炉出现炉管表面腐蚀发生刺漏，不得不更换炉管。

4 优化措施与建议

4.1调整锅炉运行工况

(1）严格执行定期清灰。尾部受热面上都装有吹灰装置 ， 运行人员按照操作规程定期吹灰，以减轻烟道流经的设备受热面积灰，尽可能保持受热面清洁。

(2)摸索采用合适的烟气流速。在额定负荷时，为了减轻积灰， 烟气流速不得低于5米/秒，一般保持在 8～1O米/秒。

（3）保持适当的过剩空气量和消除漏风。因为过剩空气量不仅关系到运行的经济性，而且对结焦有很大影响，因此运行中应根据二氧化碳表或氧量表及风压表的指示数据调整并保持合适的风量。

(4)加强运行监视，及时打焦。运行中，根据仪表指示和实际观察来判断是否有结焦现象。如燃烧器瓦口处结焦时，仪表数据反应出炉膛压力增大。这时可通过检查孔观察瓦口结焦情况和判断炉膛积灰情况，并设法消除，以免结焦积灰加剧，防止炉膛热负荷局部过热。

5 采用针对燃油锅炉的除焦剂试验及持续应用过程

在锅炉运行工况优化的前提下，积灰和结焦仍无法完全避免，经考察后选择专门针对燃油锅炉的除焦剂进行了现场试验，通过把除焦剂注入燃料油中参与燃烧，并总结试验后的效果进行了持续应用考察。

5.1燃油锅炉专用除焦剂试验及效果分析

采用PuRes9258燃油除焦剂；

投加浓度500ppm；

投加位置：收油管线循环泵前；

试验期限：2016年6月17日至2016年8月16日。

从2016年2月到8月16日期间的统计数据表明，进行PuRes9258燃油除焦剂的试前与试后相比平均每天燃料油消耗量降低，油罐的收油间隔期延长，而试验期间原油产量有所增加。

表3  PuRes9258重油除焦剂试验前后燃料油消耗量和原油产量对比

经对比分析，使用PuRes9258重油除焦剂试验前后每月可减少燃料油消耗量48.6吨，按目前250#燃料油市场价格2450元/吨计，每月可节约燃料油成本11.91万元。

PuRes9258重油除焦剂消耗量为约100kg，具有显著的经济效益。

5.2持续应用的数据及效益分析

Ø 在燃油过炉出口控制指标不变的情况下，单耗明显下降。使用前平均单耗为0.1375 t/t，使用后的平均单耗为0.1042 t/t，单耗降低24.2%。

Ø 火嘴结焦问题基本消除， 一方面可以减少更换火嘴等的维护费用，同时燃料油雾化效果较加剂前得到了有效改善，说明该添加剂具有良好的分散作用，其中的燃烧催化成份，可以促使燃烧效率进一步提高，使燃料燃烧更加充分，消除了黑烟现象。

Ø 后续持续运行、实时监测发现燃油炉炉管压降呈下降趋势，说明炉管结焦现象明显减缓；每日观察加热炉吹灰时排烟颜色及通过看火孔目测发现炉管积灰也明显减少，表明炉管传热效果良好，传热效率有所提高。

Ø 后续检修发现，烟道后端空预器、省煤器、风机等的腐蚀得到极大改善，较以往由于腐蚀造成的损失减少80%以上。

6 小结

现场试验和后续的持续应用表明，PuRes9258重油除焦剂具有优异的除焦防焦效果和提升锅炉热效率的功能，可以创造较大的经济效益。PuRes9258重油除焦剂具有化学助燃、除硫、清灰、除焦的多重功能，能促使使燃油完全燃烧，消除钒酸盐存在导致的炉膛高温结焦，同时减少因硫化物导致的尾部结露、积灰、腐蚀，继而清除尾部受热面积灰。同时通过锅炉运行的优化，使得锅炉一直以来的结焦积灰问题得到有效处理，实现了节能减排、降成本、降能耗，保障了锅炉的安全、稳定、长周期运行。