[12]发明专利申请公布说明书
[21]申请号200810126495.7[51]Int.CI.
F22G 1/00 (2006.01)F22G 3/00 (2006.01)F22G 7/14 (2006.01)
[43]公开日2008年11月5日[22]申请日2008.07.04[21]申请号200810126495.7
[71]申请人中国石油天然气第八建设有限公司
地址113006辽宁省抚顺市顺城区高山路114号[72]发明人韩建荒 苏广文 孙新利 缪素景 樊海轩
王建和 窦成秋 张晓明
[11]公开号CN 101298911A
[74]专利代理机构北京万科园知识产权代理有限责任
公司
代理人张亚军 李京楠
权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 6 页
[54]发明名称
过热注汽锅炉
[57]摘要
一种过热注汽锅炉，包括炉体、给水预热器、汽水分离装置、分配器、喷水减温器，炉体由辐射段、过热段、对流段组成，给水预热器的壳程入口、壳程出口分别与供水管、对流管束的入口连通，对流管束的出口与给水预热器的管程入口连通，给水预热器的管程出口与辐射管束的入口连通，汽水分离装置由汽包和旋风分离器组成，辐射管束的出口经过分配器与旋风分离器的引入管连接，汽包的蒸汽出口与过热管束的入口连通，过热管束的出口与喷水减温器的蒸汽入口连通，喷水减温器的蒸汽排放口与蒸汽总管连通，喷水减温器的喷水嘴与汽包的冷凝水出口连通。本发明的锅炉将饱和湿蒸汽分离，加热干蒸汽，避开过热段析盐，提高了热能利用率，又实现了零排污。
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权 利 要 求 书
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1.一种过热注汽锅炉，包括炉体、燃烧器、高压柱塞泵、供水管、给水预热器、汽水分离装置、分配器、喷水减温器以及蒸汽总管，炉体由辐射段、过热段、对流段组成，过热段设置在辐射段与对流段之间，燃烧器设置在辐射段的入口端，其特征是：
所述辐射段的壳体为卧式圆筒形状，过热段的壳体为弯头形状，对流段的壳体为立式方箱形状，辐射段、过热段、对流段的壳体都由钢板焊接而成，各段壳体内壁上敷设有耐火保温材料；对流段与辐射段的壳体在空间上相互垂直；辐射段壳体内布置有辐射管束，过热段壳体内布置有过热管束，对流段壳体内布置有对流管束；
所述辐射管束是由多排水平的U形直管往复连接而成的单回程管束，这些U形直管沿辐射段壳体内壁呈环形排列；
所述过热管束是由多排水平的U形光管往复连接而成的单回程管束，这些U形光管在过热段壳体内呈矩形排列；
所述对流管束是由多排水平的U形翅片管往复连接而成的单回程管束，这些U形翅片管在对流段壳体内呈梯形排列，相邻的两排U形翅片管交错布置； 所述高压柱塞泵安装在供水管上，所述给水预热器由外管壳和内套管组成，外管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，该壳程入口与供水管连通，壳程出口经过一号管道与对流管束的入口连通，对流管束的出口经过二号管道与管程入口连通，管程出口经过三号管道与辐射管束的入口连通，所述汽水分离装置由汽包和旋风分离器组成，汽包由两个对称的半球壳扣合而成，旋风分离器由筒体、引入管、顶帽组成，引入管横向设置在筒体的上部，顶帽安装在筒体的顶部，所述分配器是一个空心罐体，分配器的输出端口经过四号管道与旋风分离器的引入管连接，分配器的输入端口经过五号管道与辐射管束的出口连接，汽包的下部为水容腔，汽包的上部为蒸汽容腔，汽包的底部设置有冷凝水出口，汽包的顶部设置有蒸汽出口，蒸汽出口经过六号管道与过热管束的入口连通，过热管束的出口经过七号管道与喷水减温器的蒸汽入口连通，喷水减温器的蒸汽排放口与蒸汽总管连通，喷水减温器的喷水嘴经过八号管道与汽包底部的冷凝水出口连通。
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说 明 书过热注汽锅炉
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技术领域
本发明是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，它是利用所产生的高压过热蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，增加稠油的流动性，从而能够极大地提高稠油的采收率。背景技术
现有的稠油热采注汽锅炉可分为辐射段、过热段、对流段，过热段加热的是含有水分的湿蒸汽，蒸汽干度控制在80％以内，原因是采用了只软化除硬而不除盐的水处理工艺，以降低水处理的运行成本，因此必须保留至少20％的水分以防止盐分析出，避免在锅炉的炉管内壁上结垢，影响安全运行，锅炉过热段的出口输出的是湿蒸汽，为了提高蒸汽干度，在过热段出口加装汽水分离装置，把湿蒸汽中的饱和水分离出来。虽然这样获得了高干度的蒸汽，但锅炉的热能利用率大为降低，分离出的污水含盐量很高，污水的处理成本也相应增加。发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种过热注汽锅炉，先将锅炉产生的饱和湿蒸汽中的水分进行分离，再将干蒸汽送往过热段，避开过热段析盐，高过热度的干蒸汽再与分离出的含盐水通过喷水减温器混合，得到仍是过热状态的高焓值的蒸汽，极大地提高了锅炉热能的利用率，同时又达到了零排污，而且有效降低锅炉运行成本，实现节能降耗减排的目的。 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种过热注汽锅炉，包括炉体、燃烧器、高压柱塞泵、供水管、给水预热器、汽水分离装置、分配器、喷水减温器以及蒸汽总管，炉体由辐射段、过热段、对流段组成，过热段设置在辐射段与对流段之间，燃烧器设置在辐射段的入口端，其特征是：
辐射段的壳体为卧式圆筒形状，过热段的壳体为弯头形状，对流段的壳体为立式方箱形状，辐射段、过热段、对流段的壳体都由钢板焊接而成，各段壳体内壁上敷设有耐火保温材料；对流段与辐射段的壳体在空间上相互垂直；辐射段壳体内布置有辐射管束，过热段壳体内布置有过热管束，对流段壳体内布置有对流管束；
所述辐射管束是由多排水平的U形直管往复连接而成的单回程管束，这些
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U形直管沿辐射段壳体内壁呈环形排列；
所述过热管束是由多排水平的U形光管往复连接而成的单回程管束，这些U形光管在过热段壳体内呈矩形排列；
所述对流管束是由多排水平的U形翅片管往复连接而成的单回程管束，这些U形翅片管在对流段壳体内呈梯形排列，相邻的两排U形翅片管交错布置； 所述高压柱塞泵安装在供水管上，所述给水预热器由外管壳和内套管组成，外管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，该壳程入口与供水管连通，壳程出口经过一号管道与对流管束的入口连通，对流管束的出口经过二号管道与管程入口连通，管程出口经过三号管道与辐射管束的入口连通，所述汽水分离装置由汽包和旋风分离器组成，汽包由两个对称的半球壳扣合而成，旋风分离器由筒体、引入管、顶帽组成，引入管横向设置在筒体的上部，顶帽安装在筒体的顶部，所述分配器是一个空心罐体，分配器的输出端口经过四号管道与旋风分离器的引入管连接，分配器的输入端口经过五号管道与辐射管束的出口连接，汽包的下部为水容腔，汽包的上部为蒸汽容腔，汽包的底部设置有冷凝水出口，汽包的顶部设置有蒸汽出口，蒸汽出口经过六号管道与过热管束的入口连通，过热管束的出口经过七号管道与喷水减温器的蒸汽入口连通，喷水减温器的蒸汽排放口与蒸汽总管连通，喷水减温器的喷水嘴经过八号管道与汽包底部的冷凝水出口连通。
本发明有以下积极有益效果：本发明的锅炉在辐射段出口增设锅外汽水分离装置，将锅炉产生的饱和湿蒸汽分离成干蒸汽和含盐水，再将干蒸汽送往过热段进行二次加热，干蒸汽不含水分和盐分，将干蒸汽二次加热，也不会有盐分析出，从而避开过热段析盐，干蒸汽在过热段再次加热后，成为具有高焓值的过热干蒸汽，再将高焓值过热干蒸汽与分离出的含盐水通过喷水减温器混合后，得到仍是过热状态的高焓值的蒸汽，既可满足油田热采的需要，又不用对水质作深度除盐处理，大大降低了锅炉运行成本，并提高了热效率。附图说明
图1是本发明注汽锅炉整体外形结构示意图。 图2是本发明的水汽流程图。
图3是本发明注汽锅炉辐射段的结构示意图。 图4是图3的A-A剖视图。
图5是本发明注汽锅炉过热段的结构示意图。 图6是图5的俯视图。
图7是本发明注汽锅炉对流段的结构示意图。 图8是图7的侧视图。
图9是本发明汽水分离装置和喷水减温器的结构示意图。 具体实施方式
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图中标号 1辐射段 2过热段 3对流段 4燃烧器 5高压柱塞泵 6笛形喷气管 7给水预热器 701壳程入口 702壳程出口 703管程入口 704管程出口 8汽水分离装置 9分配器 901输入端口 902输出端口 10喷水减温器 101蒸汽入口 102蒸汽排放口 103喷水嘴 11辐射管束 111入口 112出口 12过热管束 121入口 122出口 13对流管束 131入口 132出口 14旋风分离器 15筒体 16引入管 17顶帽 18冷凝水出口 19蒸汽出口 20蒸汽总管 21一号管道 22二号管道 23三号管道 24四号管道 25五号管道 26六号管道 27七号管道 28八号管道 29文丘里管 30百叶窗式波形板 31供水管
请参照图1、图2，本发明是一种过热注汽锅炉，包括炉体、燃烧器4、高压柱塞泵5、供水管31、给水预热器7、汽水分离装置8、分配器9、喷水减温器10以及蒸汽总管20，炉体由辐射段1、过热段2、对流段3组成，过热段2设置在辐射段1与对流段3之间，燃烧器4设置在辐射段1的入口端。 辐射段1的壳体为卧式圆筒形状，过热段2的壳体为弯头形状，对流段3的壳体为立式方箱形状，辐射段1、过热段2、对流段3的壳体都由钢板焊接而成，各段壳体内壁上敷设有耐火保温材料；对流段3与辐射段1的壳体在空间上相互垂直。
请参照图3、图4，辐射段1壳体内布置有辐射管束11，辐射管束11是由多排水平的U形直管往复连接而成的单回程管束，这些U形直管沿辐射段壳体内壁呈环形排列。
请参照图5、图6，过热段2壳体内布置有过热管束12，过热管束12是由多排水平的U形光管往复连接而成的单回程管束，这些U形光管在过热段壳体内呈矩形排列。
请参照图7、图8，对流段3壳体内布置有对流管束13，对流管束13是由多排水平的U形翅片管往复连接而成的单回程管束，这些U形翅片管在对流段壳体内呈梯形排列，相邻的两排翅片管之间交错布置。
请参照图2，高压柱塞泵5安装在供水管31上，给水预热器7由外管壳和内套管组成，外管壳上设置有壳程入口701和壳程出口702，内套管的两端设置有管程入口703和管程出口704，壳程入口701与供水管31连通，壳程出口702经过一号管道21与对流管束13的入口131连通，对流管束13的出口132经过二号管道22与管程入口703连通，管程出口704经过三号管道23与辐射管束11的入口111连通；
请参照图9，汽水分离装置8由汽包和四个旋风分离器组成，汽包由两个对
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称的半球壳扣合而成，四个旋风分离器14按两行、两列对称地设置在汽包内，每个旋风分离器由筒体15、引入管16、顶帽17组成，引入管16横向设置在筒体15的上部，顶帽17安装在筒体15的顶部，每个旋风分离器14的顶帽17上设置百叶窗式波形板30；分配器9是一个空心罐体，该分配器9有一个输入端口901和四个输出端口902，每个输出端口902经过四号管道24与一个旋风分离器14的引入管16连接，输入端口901通过五号管道25与辐射管束的出口112连接，汽包的下部为水容腔，汽包的上部为蒸汽容腔，汽包的底部设置有冷凝水出口18，汽包的顶部设置有蒸汽出口19，蒸汽出口19经过六号管道26与过热管束12的入口121连通，过热管束12的出口122经过七号管道27与喷水减温器10的蒸汽入口101连通，喷水减温器10的蒸汽排放口102与蒸汽总管20连通，喷水减温器10的喷水嘴103经过八号管道28与汽包底部的冷凝水出口18连通，喷水减温器10采用现有技术。
请参照图9，喷水减温器10由笛形喷气管6和文丘里管29组成，喷水减温器10的蒸汽入口101与笛形喷气管6的前端连通，笛形喷气管6的后端伸入文丘里管29中，来自过热管束12的过热蒸汽由喷水减温器10的蒸汽入口101进入笛形喷气管6中，经过笛形喷气管6狭喉段喷出时形成差压，自动将来自汽包冷凝水出口18的冷凝水吸入，高温蒸汽与含盐冷凝水混合后喷到文丘里管29中，冷凝水雾化成细小的水滴，与过热蒸汽充分混合，从而降低过热蒸汽温度。由辐射管束11输出的较高流速的汽水混合物，经引入管16切向进入旋风分离器的筒体15而产生旋转运动，在离心力的作用下，将水滴抛向筒壁，使汽水初步分离。分离出来的水通过筒底四周导叶，流入汽包水容腔中。饱和蒸汽在旋风分离器的筒体内向上流动，进入顶帽上的百叶窗式波形板30间隙中曲折流动，在离心力和惯性力的作用下，小水滴被抛到百叶窗式波形板30上，在附着力作用下形成水膜下流，经筒壁流入汽包水容腔，使汽水进一步分离，而饱和蒸汽从顶帽上方或四周进入汽包蒸汽空间。
本发明的汽水流程如下：生水通过水处理装置处理后，合格的软化水经高压柱塞泵5升压后进入给水预热器7，使给水超过“露点”温度，通常要求在110～120℃左右，以避免烟气对翅片管的低温腐蚀。经预热后的水进入对流段3，在这里吸收热量后再进入给水预热器7作为热源加热给水，然后进入辐射段1，水在辐射段1内经加热汽化后达到70～80％的蒸汽干度，然后进入到汽水分离装置8进行汽水分离，分离出的蒸汽干度在99％以上，干蒸汽再进入到过热段2加热，温度达到460℃左右进入喷水减温器10，与分离出的含盐水再混合，混合后的温度降到约370～390℃，最后将过热蒸汽注入井下。本发明将锅炉产生的饱和湿蒸汽分离成干蒸汽和含盐水，将干蒸汽送往过热段进行二次加热，避开过热段析盐，高过热度的干蒸汽再与分离出的含盐水通过喷水减温器混合，得到仍是过热状态的高焓值的蒸汽，极大地提高了锅炉热能的利用率，同时又达到了零排污，而且有效降低锅炉运行成本，实现节能降耗减排的目的。应用和推广本产品必将会对各大油田稠油开采产生深远的影响。
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