[实用新型]超临界压力注汽锅炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油行业热力开采深井稠油的专用设备，特别涉及注汽锅炉。

背景技术

注汽锅炉是油田稠油开采的核心设备，它是利用所产生的高压蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，增加稠油的流动性，从而提高深井稠油的采收率。

现有的注汽锅炉的结构如图1所示：它主要由燃烧器1、炉膛2、烟道3组成，炉膛2、烟道3通过联接管4连通，炉膛2是锅炉的热辐射段，烟道3是锅炉的热对流段。炉膛2内布置有辐射管束5，烟道3内布置有对流管束6，锅炉的外部布置有换热器7，换热器7为内套管式水-水换热器，由外壳和内套管组成，外壳上设置有壳程入口和壳程出口，内套管的两端设置有管程入口和管程出口，现有锅炉的水汽流程如下：

从水处理装置来的除盐水通过水泵15升压后，经过供水管10进入换热器7的壳程入口700，预热后，由壳程出口701输出，经过水管11进入对流管束6的入口601，吸收了烟道内的热量后，作为换热器的热源由对流管束6的出口602输出，经过水管12进入换热器7的管程入口702，冷却后的温水从换热器的7的管程出口703输出，经过水管13进入辐射管束5的入口503，在炉膛2内吸收热量汽化成为蒸汽，蒸汽从辐射管束5的出口504输出，经过蒸汽排放管14送到油井。供水管10上装有阀门8，蒸汽排放管14上装有阀门9。

在锅炉系统中，通常把比热容大于8.4kJ/kg.℃的区域称为大比热区，锅炉的辐射段就是大比热区的位置，大比热区的换热特点是：

(a)在热负荷较小，工质的质量流速较大时，接近最大比热区附近工质的换热系数很大；

(b)在热负荷较高，工质的质量流速较小时，大比热区内工质的换热系数突然减小，壁温飞升。

上述结构的锅炉，水汽管路系统比较简单，辐射管束为单管束，蒸汽的初级加热和末级加热都是由辐射管束完成的，辐射管束位于炉膛内，直接受燃烧器火焰的烘烤，热负荷较高，工质的流速又较小，会出现传热恶化现象，致使工质的温度无法进一步提升。所以，现有的锅炉产生的蒸汽压力只能达到亚临界的21MPa，无法达到超临界压力，不能满足稠油开采向更深领域发展的需要，目前很多油田都有相当储量的超深稠油，常规亚临界压力的蒸汽注不进去，这部分储量一直无法有效地开发利用。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种超临界压力注汽锅炉，改变了现有亚临界压力锅炉的水汽管路布局，将蒸汽末级加热的管束从辐射段移到热负荷相对较小的对流段，避免了传热恶化，从而使其压力达到了26MPa，解决了高压深井区块、超稠油区块开采难的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种超临界压力注汽锅炉，具有燃烧器、炉膛、烟道、供水管，炉膛和烟道之间通过联接管连通，锅炉的外部布置有换热器；

其特征是：炉膛内布置有第一、第二辐射管束，烟道内布置有第一、第二对流管束，所述供水管与换热器的壳程入口连通，换热器的壳程出口经过一号管道与第一对流管束的入口连通，第一对流管束的出口经过二号管道与第一辐射管束的入口连通，第一辐射管束的出口经过三号管道与换热器的管程入口连通，换热器的管程出口经过四号管道与第二辐射管束的入口连通，第二辐射管束的出口经过五号管道与第二对流管束的入口连通，第二对流管束的出口与蒸汽排放管连通。

所述第一对流管束布置在烟道出口端，第二对流管束布置在烟道入口端。

所述第一、第二辐射管束都是由内螺纹管水平往复排列构成。

所述第二对流管束由内螺纹管水平往复排列构成。

本实用新型有以下积极有益效果：

针对现有压力锅炉的设计缺陷，本实用新型对锅炉的结构进行了三项改进：

一是将蒸汽末级加热的管束从辐射段移到对流段，且布置在烟道的入口区域，这部分区域的温度较高，接近炉膛，即接近最大比热区，可保证蒸汽质量，而又离炉膛火焰中心区域较远，最大热负荷远低于辐射段，不会发生传热恶化。

二是将辐射管束由单管束改为双管束，使蒸汽的加热由一级变为两级，从而有效地提高了锅炉安全运行可靠性。

三是在辐射段和对流段入口区均采用小管径的内螺纹管。

内螺纹管是在管子内壁上开出单道或多道的螺旋形槽道的管子，它具有防止或推迟传热恶化的作用，主要表现在：

(a)工质在内螺纹的作用下形成强烈的旋转汽流，增大质量流速，使水滴沉降到管壁上；

(b)由于汽流强烈扰动，减小了边界层的热阻，强化传热，降低壁温；

(c)内螺纹槽中的液膜不易被中心汽流卷吸携带；