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【摘 要】本文对以渣油为主燃料的注汽锅炉炉管翅片管积灰现象进行了探讨，对注汽锅炉燃料变化进行分析，寻求减少锅炉积灰的有效途径，探讨锅炉炉管、翅片管清灰的方法。
【关键词】渣油；注汽锅炉；积灰
前言
油田注汽锅炉早年以稀油为燃料，2002年前后进行了燃料替代，以渣油和稀油混配油为燃料。渣油系统投用的前几年，一方面锅炉利用率低，另一方面稀油比例高，积灰不太严重，没有引起重视，2009年后随着注汽量的增加，渣油比例的提高，积灰速度不断加快，3-4个月可以达到1mm左右的厚度，2011年积灰更是明显升高，1-2个月可达1mm左右，严重制约着锅炉效率。探讨锅炉积灰的成因、清灰方法及减少炉管积灰的途径，是提高注汽锅炉效率的当务之急。
1.锅炉积灰对锅炉的危害
1.1锅炉积灰的构成。
注汽锅炉的积灰主要就是烟灰垢。由于不完全燃烧程度和燃料成分的不同，烟灰垢的化学成分也比较复杂，硅酸盐、硫酸盐积碳、积灰都比较常见。
1.2积灰产生的后果：
1.2.1降低锅炉的热经济性。烟灰的热导率只有钢的1/800-1/500（2），因此锅炉受热面的内外壁上若积有烟灰，它的传热效果便会降低，也就意味着降低锅炉的出力和增加燃料的消耗。
1.2.2炉管积灰，要定期清除，增加了费用，降低了锅炉的利用率。
1.3油田炉管积灰状况
油田以23t/h注汽锅炉为主，燃料主要为渣油和稀油，渣油占比为75-78%。锅炉运行800h小时左右，辐射段炉管积灰厚度约1-2mm，一般满负荷运行的锅炉1-2个月清灰一次。辐射段炉管外径?89mm、长度为12m、共56根，积灰厚度约1.5mm，积灰面积约为炉管表面的2/3，由此可以计算每次清灰3.14×0.089×12×56×0.0015×2/3m3≈0.19 m3。清灰频繁，污染环境，危害职工健康，降低锅炉利用率。
2.锅炉积灰的原理及影响积灰速度的因素
对于辐射段炉管积灰，广东炼化曾送样至广东有色金属研究所经XRD实验显示，主要物相为（Fe，Ni）SO4.6H2O及（Fe，Ni）VO4，另有少量非晶态物相（1）。广东炼化胡伟曾分析加热炉炉管灰垢生成的主要原因：重油中S、Ca、Ni、Fe等含量偏高，金属离子在燃烧中形成氧化物，硫在燃烧中形成SO2和SO3，和金属离子直接反应或吸水形成硫酸后和金属离子反应生成硫酸盐沉积在炉管外部结成灰垢[1]。油田注汽锅炉炉管积灰基理与其相似，但也略有不同。
2.1渣油的品质决定积灰速度
2.1.1油田因三次采油技术提高，采收率提高，原油金属含量上升，原油脱金属技术正处于发展阶段，金属最终沉集于渣油中。
2.1.2近两年炼油厂先后两次改造，增加了脱轻组分装置，脱去重油的轻组分，而渣油实际是目前炼油技术炼油后剩下的残渣，脱去轻组分，自然重组分增加，这样的渣油燃烧品质就大不如前。
2.1.3燃料油中渣油比例由过去的60%到70%，再到78%逐步提高，实现了节能，但燃料品质大大下降，燃料中的杂质含量上升。
综合以上三点燃料油品质下降，渣油中的Fe、N5、Na、Ga、Mg及少量的Cu、V等金属杂质经高温燃烧后会与SO2、CO2生成CaCO3、MgCO3、CaSO4等灰分，随高温气流的流动聚集在炉管表面，或翅片管上形成灰垢，随着燃料油品质的下降积灰速度逐步加快。
2.2燃烧状态不匹配造成积灰加快
2.2.1锅炉燃烧设备如油嘴和配风板，在运行一段时间后，有可能出现渣油中的杂质使油嘴堵塞，配风板结焦现象，造成化学不完全燃烧热损失，加快积灰，降低锅炉的热效率。
2.2.2锅炉燃烧参数调整不好造成积灰加剧
锅炉燃烧参数最佳配合的调整主要是指油温、油压和雾化压力三个参数的配合。这三个参数配合得好，燃烧火焰好，锅炉受热面积灰慢，烟温上升幅度慢，从而降低排烟热损失。假如油温偏低或雾化压力偏低，就可能造成锅炉炉内燃烧不好积灰加剧，排烟热损失迅速增加。运行调整不好将导致排烟温度的急剧上升，而排烟温度每升高12～15℃时，排烟热损失就增加1%左右[2]。
2.2.3油风配比不合理，进风量不足，造成火焰發暗，冒黑烟，化学燃烧不充分，加快积灰。
2.3 回用污水产生的雾化蒸汽也促进了炉管积灰速度
油田部分区块注汽锅炉使用油田回用污水，因污水含有S2-、SiO2、Mg2+、K+、Na+、Fe2+等离子，在蒸汽雾化状态下，这些金属离子在高温下同样会和炉膛里的SO2、CO2反应生成硫酸盐、硅酸盐、碳酸盐类积灰粘附在炉管上；其次污水中还含有Cu、Ag、Zn、Li、Sr等金属元素，另外污水中含有的固形物、 烧残渣都在2000mg/L以上，这些物质都可能形成积灰，因此使用油田回用污水的锅炉在蒸汽雾化状态下，炉管及翅片管积灰速度要高于使用清水的注汽锅炉。
3.减少积灰形成的途径
探讨积灰形成的基理，为我们寻求减少炉管积灰的途径提供了依据。为此我们从以下几个方面进行了较好的实践：
3.1优化燃料搭配
3.1.1减少渣油的比例，减少燃料油重组分含量，提高轻组分含量，从而改变渣油的品质，但减少渣油比例又影响了节能；为此需要反复实验渣油比例，使渣油比例变化对节能的影响和炉管积灰速度对锅炉热效率的找到一个最佳的平衡点。
3.1.2改善渣油的品质。一方面减少金属含量，另一方面减少渣油中的灰分和机械杂质，从渣油的生产质量上进行控制。
3.2优化运行参数。
3.2.1提高燃油温度。对于含78%左右的渣油燃料，燃油温度在110～130度之间，燃烧效果较好，排烟温度上升缓慢。 3.2.2控制油压和雾化压力。控制好燃油雾化压力，调整好雾化与油压配比。雾化和油压的控制在燃油系统中具有重要的意义。当雾化压力过低，势必造成燃料燃烧不充分，冒黑烟，积灰。一般情况下，雾化压力应保持在0.4～0.45Mpa之间。
3.3优化燃烧状况
3.3.1调整油风配比。经过多次校正，使风门与燃油蝶阀建立起对应关系，使过剩空气系数控制在1.2左右。使锅炉在较好的状态下燃烧。
3.4使用回用污水的注汽锅炉，使用空气雾化，以减少雾化蒸汽中的固形物、 烧残渣及金属物质，但空气雾化提高了空压机负荷，增加了空压机电机用电量，同时也降低了炉膛燃料温度，由此产生的负面影响和使用蒸汽雾化造成的积灰对锅炉的效率影响还需做进一步对比，从中选择使用某种雾化方式。
3.5防止受热面积灰。锅炉在运行中，若控制不好锅炉燃烧状况，会造成受热面外壁积灰、结焦，使传热系数减小。所以，及时定期对锅炉易积灰结焦部位进行吹灰清理，以保证锅炉再次运行时，排烟温度正常。
4.炉管清灰方法探讨
目前，油田对炉管积灰还没有较好的清理方法，仅停留在停炉状态下的人工清除，但一些粘附在炉管上的积灰，附着力极强，难以清除。近几年一些兄弟油田单位先后采用了对炉管在线清灰方法[3]，很值得我们借鉴。我们对清灰有如下方法：
4.1对于辐射段炉管积灰的清除。我们可以制作一个电动的环管除灰机，刷子和类似刮刀的金属片环贴着炉管交叉工作，这样既可以轻松除去浮灰又能减轻人工作业的危害。
4.2对于对流段翅片管上的积灰，可以安装激波吹灰器定期吹灰[4]。增加吹灰频率，可以使产生的烟尘不附着在翅片管上。此方法不需要停炉操作，可以提高锅炉的利用率。
4.3黑色积碳附着力极强，难于清除，但對于能够以天然气为燃料的注汽锅炉就简单地多，将渣油燃料切换为天然气运行5至7天即可烧掉黑色积碳，使炉管非常干净。
4.4长时间运行的锅炉，对流段翅片管缝隙中总有一些难以清除的硬性灰垢可以使用喷砂除灰。
总之，注汽锅炉炉管外表面灰垢清理，暂时还没有较先进方法，靠人工清除难以彻底；以渣油为燃料的注汽锅炉炉管外表面的灰垢积累速度快，对锅炉效率影响很大，需引起足够的重视；而且清灰方式也需进一步的摸索试用，寻找最适宜的方法。
5.结论
通过对积灰形成原理的探讨，我们采取一些措施有效地减少了积灰的形成，延长了排烟温度上升的速度，减少了排烟热损失，提高了锅炉的利用率。
参考文献：
[1]2009年《广东化工》第五期，广东石化炼油一部 胡伟著《炼厂加热炉炉管积灰研究》。
[2]2007中国石油大学出版社出版的《热注运行工培训教程》
[3]2004年《石化技术》第11卷第3期，中国石油化工有限公司天津分公司 王云强著《CH清灰剂清除炉管外表面灰垢研究》。
[4]2010年《科技创新导报》第六期，中国石油辽河油田公司SAGD项目部 卫庆广著《高能脉冲吹灰技术在稠油注汽锅炉上的应用》
作者简介：
陈晓艳，女，1991年毕业于中国石油大学自动化专业，现主要从事注汽锅炉技术工作。
【关键词】渣油；注汽锅炉；积灰
前言
油田注汽锅炉早年以稀油为燃料，2002年前后进行了燃料替代，以渣油和稀油混配油为燃料。渣油系统投用的前几年，一方面锅炉利用率低，另一方面稀油比例高，积灰不太严重，没有引起重视，2009年后随着注汽量的增加，渣油比例的提高，积灰速度不断加快，3-4个月可以达到1mm左右的厚度，2011年积灰更是明显升高，1-2个月可达1mm左右，严重制约着锅炉效率。探讨锅炉积灰的成因、清灰方法及减少炉管积灰的途径，是提高注汽锅炉效率的当务之急。
1.锅炉积灰对锅炉的危害
1.1锅炉积灰的构成。
注汽锅炉的积灰主要就是烟灰垢。由于不完全燃烧程度和燃料成分的不同，烟灰垢的化学成分也比较复杂，硅酸盐、硫酸盐积碳、积灰都比较常见。
1.2积灰产生的后果：
1.2.1降低锅炉的热经济性。烟灰的热导率只有钢的1/800-1/500（2），因此锅炉受热面的内外壁上若积有烟灰，它的传热效果便会降低，也就意味着降低锅炉的出力和增加燃料的消耗。
1.2.2炉管积灰，要定期清除，增加了费用，降低了锅炉的利用率。
1.3油田炉管积灰状况
油田以23t/h注汽锅炉为主，燃料主要为渣油和稀油，渣油占比为75-78%。锅炉运行800h小时左右，辐射段炉管积灰厚度约1-2mm，一般满负荷运行的锅炉1-2个月清灰一次。辐射段炉管外径?89mm、长度为12m、共56根，积灰厚度约1.5mm，积灰面积约为炉管表面的2/3，由此可以计算每次清灰3.14×0.089×12×56×0.0015×2/3m3≈0.19 m3。清灰频繁，污染环境，危害职工健康，降低锅炉利用率。
2.锅炉积灰的原理及影响积灰速度的因素
对于辐射段炉管积灰，广东炼化曾送样至广东有色金属研究所经XRD实验显示，主要物相为（Fe，Ni）SO4.6H2O及（Fe，Ni）VO4，另有少量非晶态物相（1）。广东炼化胡伟曾分析加热炉炉管灰垢生成的主要原因：重油中S、Ca、Ni、Fe等含量偏高，金属离子在燃烧中形成氧化物，硫在燃烧中形成SO2和SO3，和金属离子直接反应或吸水形成硫酸后和金属离子反应生成硫酸盐沉积在炉管外部结成灰垢[1]。油田注汽锅炉炉管积灰基理与其相似，但也略有不同。
2.1渣油的品质决定积灰速度
2.1.1油田因三次采油技术提高，采收率提高，原油金属含量上升，原油脱金属技术正处于发展阶段，金属最终沉集于渣油中。
2.1.2近两年炼油厂先后两次改造，增加了脱轻组分装置，脱去重油的轻组分，而渣油实际是目前炼油技术炼油后剩下的残渣，脱去轻组分，自然重组分增加，这样的渣油燃烧品质就大不如前。
2.1.3燃料油中渣油比例由过去的60%到70%，再到78%逐步提高，实现了节能，但燃料品质大大下降，燃料中的杂质含量上升。
综合以上三点燃料油品质下降，渣油中的Fe、N5、Na、Ga、Mg及少量的Cu、V等金属杂质经高温燃烧后会与SO2、CO2生成CaCO3、MgCO3、CaSO4等灰分，随高温气流的流动聚集在炉管表面，或翅片管上形成灰垢，随着燃料油品质的下降积灰速度逐步加快。
2.2燃烧状态不匹配造成积灰加快
2.2.1锅炉燃烧设备如油嘴和配风板，在运行一段时间后，有可能出现渣油中的杂质使油嘴堵塞，配风板结焦现象，造成化学不完全燃烧热损失，加快积灰，降低锅炉的热效率。
2.2.2锅炉燃烧参数调整不好造成积灰加剧
锅炉燃烧参数最佳配合的调整主要是指油温、油压和雾化压力三个参数的配合。这三个参数配合得好，燃烧火焰好，锅炉受热面积灰慢，烟温上升幅度慢，从而降低排烟热损失。假如油温偏低或雾化压力偏低，就可能造成锅炉炉内燃烧不好积灰加剧，排烟热损失迅速增加。运行调整不好将导致排烟温度的急剧上升，而排烟温度每升高12～15℃时，排烟热损失就增加1%左右[2]。
2.2.3油风配比不合理，进风量不足，造成火焰發暗，冒黑烟，化学燃烧不充分，加快积灰。
2.3 回用污水产生的雾化蒸汽也促进了炉管积灰速度
油田部分区块注汽锅炉使用油田回用污水，因污水含有S2-、SiO2、Mg2+、K+、Na+、Fe2+等离子，在蒸汽雾化状态下，这些金属离子在高温下同样会和炉膛里的SO2、CO2反应生成硫酸盐、硅酸盐、碳酸盐类积灰粘附在炉管上；其次污水中还含有Cu、Ag、Zn、Li、Sr等金属元素，另外污水中含有的固形物、 烧残渣都在2000mg/L以上，这些物质都可能形成积灰，因此使用油田回用污水的锅炉在蒸汽雾化状态下，炉管及翅片管积灰速度要高于使用清水的注汽锅炉。
3.减少积灰形成的途径
探讨积灰形成的基理，为我们寻求减少炉管积灰的途径提供了依据。为此我们从以下几个方面进行了较好的实践：
3.1优化燃料搭配
3.1.1减少渣油的比例，减少燃料油重组分含量，提高轻组分含量，从而改变渣油的品质，但减少渣油比例又影响了节能；为此需要反复实验渣油比例，使渣油比例变化对节能的影响和炉管积灰速度对锅炉热效率的找到一个最佳的平衡点。
3.1.2改善渣油的品质。一方面减少金属含量，另一方面减少渣油中的灰分和机械杂质，从渣油的生产质量上进行控制。
3.2优化运行参数。
3.2.1提高燃油温度。对于含78%左右的渣油燃料，燃油温度在110～130度之间，燃烧效果较好，排烟温度上升缓慢。 3.2.2控制油压和雾化压力。控制好燃油雾化压力，调整好雾化与油压配比。雾化和油压的控制在燃油系统中具有重要的意义。当雾化压力过低，势必造成燃料燃烧不充分，冒黑烟，积灰。一般情况下，雾化压力应保持在0.4～0.45Mpa之间。
3.3优化燃烧状况
3.3.1调整油风配比。经过多次校正，使风门与燃油蝶阀建立起对应关系，使过剩空气系数控制在1.2左右。使锅炉在较好的状态下燃烧。
3.4使用回用污水的注汽锅炉，使用空气雾化，以减少雾化蒸汽中的固形物、 烧残渣及金属物质，但空气雾化提高了空压机负荷，增加了空压机电机用电量，同时也降低了炉膛燃料温度，由此产生的负面影响和使用蒸汽雾化造成的积灰对锅炉的效率影响还需做进一步对比，从中选择使用某种雾化方式。
3.5防止受热面积灰。锅炉在运行中，若控制不好锅炉燃烧状况，会造成受热面外壁积灰、结焦，使传热系数减小。所以，及时定期对锅炉易积灰结焦部位进行吹灰清理，以保证锅炉再次运行时，排烟温度正常。
4.炉管清灰方法探讨
目前，油田对炉管积灰还没有较好的清理方法，仅停留在停炉状态下的人工清除，但一些粘附在炉管上的积灰，附着力极强，难以清除。近几年一些兄弟油田单位先后采用了对炉管在线清灰方法[3]，很值得我们借鉴。我们对清灰有如下方法：
4.1对于辐射段炉管积灰的清除。我们可以制作一个电动的环管除灰机，刷子和类似刮刀的金属片环贴着炉管交叉工作，这样既可以轻松除去浮灰又能减轻人工作业的危害。
4.2对于对流段翅片管上的积灰，可以安装激波吹灰器定期吹灰[4]。增加吹灰频率，可以使产生的烟尘不附着在翅片管上。此方法不需要停炉操作，可以提高锅炉的利用率。
4.3黑色积碳附着力极强，难于清除，但對于能够以天然气为燃料的注汽锅炉就简单地多，将渣油燃料切换为天然气运行5至7天即可烧掉黑色积碳，使炉管非常干净。
4.4长时间运行的锅炉，对流段翅片管缝隙中总有一些难以清除的硬性灰垢可以使用喷砂除灰。
总之，注汽锅炉炉管外表面灰垢清理，暂时还没有较先进方法，靠人工清除难以彻底；以渣油为燃料的注汽锅炉炉管外表面的灰垢积累速度快，对锅炉效率影响很大，需引起足够的重视；而且清灰方式也需进一步的摸索试用，寻找最适宜的方法。
5.结论
通过对积灰形成原理的探讨，我们采取一些措施有效地减少了积灰的形成，延长了排烟温度上升的速度，减少了排烟热损失，提高了锅炉的利用率。
参考文献：
[1]2009年《广东化工》第五期，广东石化炼油一部 胡伟著《炼厂加热炉炉管积灰研究》。
[2]2007中国石油大学出版社出版的《热注运行工培训教程》
[3]2004年《石化技术》第11卷第3期，中国石油化工有限公司天津分公司 王云强著《CH清灰剂清除炉管外表面灰垢研究》。
[4]2010年《科技创新导报》第六期，中国石油辽河油田公司SAGD项目部 卫庆广著《高能脉冲吹灰技术在稠油注汽锅炉上的应用》
作者简介：
陈晓艳，女，1991年毕业于中国石油大学自动化专业，现主要从事注汽锅炉技术工作。