基本信息
- 项目名称：
- 车载式三回程高压直流注汽锅炉开发设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 针对传统车载式高压直流注汽锅炉受热面布置不紧凑、不能满足公路运输规范要求，热效率不高，维修工作量大、成本高等不足，本作品突破传统注汽锅炉的结构布置思路，运用模块化设计思想，引入热管高效换热技术，使得该创新方案：①同等外形尺寸下蒸发量提高50%以上，且满足公路运输规范。②设计效率提升至90%以上。③维修工作量和成本较传统直流注汽锅炉减少2/3以上。本作品将为经济高效开发稠油提供有力的技术保障。
- 详细介绍：
- 稠油作为重要补充能源其开发利用对保障我国国民经济可持续发展具有重要意义。我国稠油90%以上采用注蒸汽热采技术进行开采，随着稠油开采工艺的进步以及开采环境的变化，各稠油油区需要移动方便、安装维护便捷、高效经济且能满足稠油热采工艺要求的车载式高压直流注汽锅炉。 目前国内车载式高压直流注汽锅炉在烟气流程、受热面布置等方面仍沿袭国外产品方案（辐射段过渡段以及对流段依次连接的烟气单回程布局），近20年改观不大。经调研传统车载式高压直流注汽锅炉在工业现场运行中仍存在一些不足有待改进：①受热面布置不紧凑，蒸发量增加时外形尺寸难以满足国家公路运输规范要求，同时散热损失增大降低运行效率；②维修周期长、成本高；③抵抗低温环境气候能力较差：稠油油田区域常年空气平均温度低于设计温度，导致锅炉运行效率较低，燃烧工况差。 本作品基于上述传统车载式高压直流注汽锅炉存在的不足，开发设计目的如下：①满足国家公路运输规范，在各采油区转场便利；②高效运行且安装维护便利；③可抵抗低温环境气候。 本作品将传统锅壳式燃油燃气锅炉三回程结构、模块化设计思想以及热管技术应用于车载式高压直流注汽锅炉。①三回程结构使得受热面布局紧凑，同等蒸发量下体积小，同等体积下蒸发量较传统方案提升50%。在外形尺寸为16×3×4m时蒸发量由传统方案的9.6t/h提升至15t/h，且满足国家公路运输规范；②通过受热面优化配置并运用热管技术，设计效率提升5%以上。以15t/h为例，设计效率由传统方案的85%提升至90.06%，并提高了抵抗低温环境气候的能力；③运用模块化设计理念，维修工作量和成本较传统直流注汽锅炉减少2/3以上。 目前国内仅中石油第八建设集团公司、上海四方锅炉厂、长沙锅炉厂、中石油新疆石油管理局等厂家进行高压直流注汽锅炉生产，产品结构布局、烟气流程等均为传统布置方式。 本作品提出的车载式三回程高压直流注汽锅炉方案在本体结构设计、锅炉运行效率以及安装维护等方面较传统技术方案均有提升，已申报国家发明专利3项, 其中1项已授权，2项处于实审阶段。方案引起国内石油设备制造商关注，最终由山东骏马石油设备制造有限公司进行产品生产。产品于2011年参加第十一届中国国际石油石化技术装备展览会,产品设计理念及技术优势得到与会专家及用户高度认同。 稠油的开采是扩大石油资源利用的重要途径，本作品开发设计的三回程车载式高压直流注汽锅炉将为我国稠油开采设备市场提供更先进的设备，为高效经济开发稠油提供有力保障。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计、发明目的 目前我国稠油90%以上为热力开采，需要移动方便、高效经济、维护便利的车载式高压直流注汽锅炉，通过对现有车载式汽锅炉进行调研，发现存在受热面布置不紧凑、维修周期长、成本高及抵抗低温环境气候能力较差等不足。针对上述不足本作品设计目的如下： ①满足国家公路运输规范前提下提升蒸发量； ②高效运行且安装维护便利； ③可抵抗低温环境气候。 2.基本思路 ①突破传统注汽锅炉结构布置思路，将锅壳式锅炉三回程结构引入注汽锅炉设计中，实现本体结构创新。三回程结构布局使得受热面布置紧凑、蒸发量大大提高，减少散热面积、烟气双面冲刷第一回程两侧膜式壁，强化换热，提升整体热效率。 ②突破传统注汽锅炉安装维护理念，采用受热面模块化设计思想。受热面由四大模块组成，机械化安装，维修时只需将相应模块拆下更换相应的受热面，减少工作量。 ③引入高效换热设备预热空气。布置热管式空气预热器，降低锅炉排烟温度以提高锅炉热效率，预热燃烧所需空气，促进稳定燃烧，以抵御油田低温环境气候。 3.创新点 ①本体受热面创新性布置，三回程结构使得受热面布置紧凑，强化换热； ②受热面模块化设计理念突破传统注汽锅炉安装维护模式，降低工作量； ③引入热管高效换热技术，降低排烟温度提高换热效率，增强抵抗低温环境能力。 4.主要技术指标（以15t/h为例） ①锅炉设计热效率90.6% ②长宽高为16m×3m×4m
科学性、先进性
- 1.创新性采用烟气三回程结构，突破传统高压直流注汽锅炉单回程结构。受热面布置紧凑，减少散热面积，第一回程受热面烟气双面冲刷强化换热。在同等外形尺寸下蒸发量较传统方案提升50%； 2.模块化设计理念突破传统高压直流注汽锅炉安装维护模式。受热面分为四个模块，各模块可实现独立制造及维修，较传统方案减少2/3工作量及成本，安装维护便利。 3.采用热管空气预热器提高进入锅炉空气温度强化燃烧、提高热效率。中国四大稠油区每年平均9个月空气平均温度低于设计温度20℃，使得注汽锅炉燃烧工况差，同时其排烟温度高于200℃，排烟损失大。本作品将热管技术与受热面优化配置相结合同时科学确定排烟温度，设计效率较传统方案提升5%以上，抵抗低温环境能力提高。 [1]林宗虎，徐通模.实用锅炉手册[M].北京:化学工业出版社,1999 [2]王树众，王玉庆，吴志强等.一种车载式烟气三回程高压直流注汽锅炉系统:中国，ZL201010216440.2[P].2010.11
获奖情况及鉴定结果
- 1.2011-6 第八届陕西省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 一等奖 2.2011-4 第十四届西安交通大学“腾飞杯”课外学术科技作品竞赛 特等奖 3.2011-3 国内、外公开发表的文献中没有与本项目创新点完全相同的文献--教育部科技查新工作站（Z08）查新结论
作品所处阶段
- 作品方案由山东骏马石油设备制造有限公司进行生产及初步调试。
技术转让方式
- 专利授权
作品可展示的形式
- 图片 视频
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.技术特点及优势 ①烟气三回程结构使得受热面布局紧凑，同等体积下蒸发量提升50%。在外形尺寸16×3×4m时蒸发量由传统方案9.6t/h提升至15t/h，满足国家公路运输规范。 ②通过受热面优化配置并运用热管式空气预热器，设计效率较传统方案提升5%以上。 ③运用模块化设计理念，本体受热面分为一个辐射段模块及三个对流段模块，维修时只需将相应模块拆下即可，相比传统方案减少2/3工作量，降低维修成本，缩短维修时间。 2.市场推广前景及经济效益预测 重质原油全球储量约9000亿t，可采储量约1800亿t。重质原油作为轻质原油的替代能源，已成为必然的开采趋势。随着稠油开采工艺进步以及开采环境的多样，各稠油油区对车载式高压直流注汽锅炉需求量会日益增大。独联体地区、中东地区、北美地区、南美地区市场容量可突破200亿元，南美、中东地区对该类产品需求约548台。本作品方案已由山东骏马石油设备制造有限公司进行产品生产及初步调试。在巨大的稠油热采市场之中，该产品应用前景广阔。
同类课题研究水平概述
- 1.概况 高压直流注汽锅炉最初由美国加拿大等根据稠油开采特性开发生产的，20世纪80年代中国石油第八建设公司及上海四方锅炉厂引进美国热力公司等产品。现有车载式高压直流注汽锅炉受热面分为辐射段、过渡段及对流段，仍保持原有烟气单回程结构。 2.目前开发设计热点 如何提升高压直流注汽锅炉的热效率，在保持额定蒸发量情况下减小其尺寸及安装维修便捷一直是该类产品研发的热点。国内各研究机构及相关生产商基于传统车载式高压直流注汽锅炉做了一些改进：上海四方锅炉厂采用螺旋管布置辐射段，同等蒸发量下可以减少本体长度，但由于炉膛换热强烈，一旦意外爆管，必须换掉整个辐射段，成本高，工程量大；长沙锅炉厂采用水平膜式壁，强化辐射段换热，减少了整体尺寸，但可能存在膜式壁膨胀撕裂的隐患；中国石油第八建设公司、上海四方锅炉厂以及江南锅炉厂设计了亚临界或超临界锅炉，其蒸汽参数升高，提高了系统效率，但同等蒸发量下，其外形尺寸反而有所增加。新港石油合作开发部研究了热管在注汽锅炉上的应用，提出利用热管吸收烟气余热加热给水，但此换热设备占用空间较大，不便应用于车载式高压直流注汽锅炉。 目前，对于高压直流注汽锅炉的改进都以原有的烟气单回程结构为基础，并未突破结构布置上的限制。故大吨位（大于9.6t/h）的车载式高压直流注汽锅炉长度大于16m，难以满足国家公路运输规范；虽然热管技术有所应用，但大部分注汽锅炉实际运行热效率依然低于85%，排烟温度高于200℃。此外传统注汽锅炉维修较为困难、多为破坏式维修，维修成本高周期长。 3-本作品技术特点 本作品采用烟气三回程结构，模块化设计思想并利用热管空气预热器。三回程结构使得受热面布局紧凑，同等外形尺寸情况下蒸发量与传统方案相比提升50%；模块化设计理念很好地解决了受热面维护问题，维修时相比于传统方案对减少近2/3工作量及时间。受热面优化配置并运用热管式空气预热器，设计效率由传统方案的85%提升至90%以上。作品由山东骏马石油设备制造有限公司进行产品生产，第一套产品于2011年参加第十一届中国国际石油石化技术装备展览会得到与会专家及用户高度认同，中石化海外勘探设计单位的高级顾问认为：热采锅炉在国内经历几十年的发展基本一成不变，需要一个新产品的推出，本产品的推出将为稠油热采提供有力技术保障。
