一种车载式烟气三回程高压直流注汽锅炉系统
技术领域
本发明涉及锅炉的设计制造领域，特别涉及一种车载式烟气三回程高压直流注汽锅炉系统，适用于石油行业稠油热采领域。
背景技术
目前，稠油开采方式主要为注蒸汽热力采油，其开采的核心设备为高压直流注汽锅炉系统，通过注汽压力克服输送过程中的沿程阻力和重位压差，并且利用注汽自身携带的热量将原油加热，使原油的粘性减小，便于进行垂直方向的远距离输送，从而获得较好的经济效益和社会效益。
随着稠油开采工艺的进步以及开采环境的多样性，各稠油油区在采用蒸汽或SAGD热力采油时，需要启停迅速、移动方便、能满足稠油热采工艺要求的车载式高压直流注汽锅炉系统。
现有车载式高压直流注汽锅炉系统中，锅炉本体受热面各部分结构未能实现优化配置，致使车载锅炉外形尺寸上超过国家公路运输规范要求，不利于移动；同时受热面布置不紧凑，有效受热面较少致使其额定蒸发量小，难以满足工程现场实际应用；此外稠油油田区域常年环境空气平均温度低，致使注汽锅炉运行效率较低，燃烧工况差，不能抵抗恶劣环境气候。
发明内容
本发明的目的在于通过合理优化设计，提供一种结构紧凑的车载式烟气三回程高压直流注汽锅炉系统，能够解决现有车载式高压直流注汽锅炉蒸发量较小以及燃烧效率低等缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种车载式烟气三回程高压直流注汽锅炉系统，其特征在于，包括拖车，套管式水-水换热器，对流段，以及在拖车上沿拖车长度方向依次布置的高压给水泵、助燃风机、燃烧器、辐射段、汽水分离器、空气预热器和烟囱；所述辐射段的横截面为方形，套管式水-水换热器设置在辐射段的前半段下侧面外，所述对流段包含左、右、下矩形烟气通道以及分别置于上述三个矩形烟气通道内的对流管束，左、右、下矩形烟气通道分别对应设置在辐射段后半段的左、右、下侧面外；
所述空气预热器的空气入口连通大气，其空气入口通过管道依次连通助燃风机、燃烧器；燃烧器设置在辐射段前端，辐射段内的炉膛尾部连通上述三个矩形烟气通道中的两个或一个矩形烟气通道的后端，所述空气预热器的烟气入口连通其它矩形烟气通道的后端，上述三个矩形烟气通道的前端相互连通；所述空气预热器的烟气出口连通烟囱的入口；
所述辐射段内的炉膛构成烟气的第一回程，连通炉膛尾部矩形烟气通道构成烟气的第二回程；连通空气预热器的矩形烟气通道构成烟气的第三回程；
所述高压给水泵的出口依次连通套管式水-水换热器的壳程、第三回程内的对流管束、第二回程内的对流管束、套管式水-水换热器的管程、辐射段内的水冷壁、汽水分离器。
本发明的进一步改进和特点在于：
(1)所述第二回程由左、右矩形烟气通道构成，所述第三回程由下矩形烟气通道构成；所述高压给水泵的出口依次连通套管式水-水换热器的壳程、下矩形烟气通道中的对流管束、左矩形烟气通道中的对流管束、右矩形烟气通道中的对流管束、套管式水-水换热器的管程、辐射段内的水冷壁、汽水分离器。该技术方案的更进一步改进在于，左矩形烟气通道中的对流管束中，靠近烟气上游的对流管采用光管，靠近烟气下游的对流管采用翅片管；右矩形烟气通道中的对流管束中，靠近烟气上游的对流管采用翅片管，靠近烟气下游的对流管采用光管。
(2)所述左、右矩形烟气通道中的对流管束竖直错列布置。
(3)所述下矩形烟气通道中的对流管束水平错列布置。
(4)所述空气预热器为热管式空气预热器。
(5)所述高压给水泵为高压柱塞泵。
本发明与现有技术相比，具有以下技术优点：
(1)对受热面进行优化配置，三回程结构布局紧凑，锅炉本体受热面仅由辐射段和对流段组成，避免了占地面积较大的过渡段，可以有效减小锅炉本体的外形尺寸，使车载式高压直流注汽锅炉系统的总体外形尺寸容易满足国家公路运输规范条件。
(2)运用模块化思想，创新性的将对流段分为三个子模块(矩形烟气通道)，分别置于辐射段后段两侧及下部，在同等外形尺寸下可布置更多受热面，使得蒸发量大大提高。
(3)烟气的第二回程中。对流管束前面几排采用光管作为温度缓冲管以降低烟温，余下部分采用翅片管，可在有效减少受热面体积的同时，提高对流管束的吸热能力，使得对流受热面具有结构紧凑，换热效率高的特点。
(4)采用套管式水-水换热器讲给水进行预热，提高了烟气第三回程对流受热面入口工质温度，使得入口温度高于烟气酸露点温度，可以有效避免烟气中的水蒸气在第三回程对流受热面翅片管上凝结，防止造成的低温腐蚀。
(5)烟气的第三回程对流受热面出口烟道处布置空气预热器，在降低排烟温度提高锅炉热效率的同时，有助于燃烧以及提高抵抗恶劣环境条件的能力。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1本发明的一种车载式烟气三回程高压直流注汽锅炉系统总体结构的主视示意图；
图2为图1的俯视示意图；
图3为图1中的锅炉本体的横剖示意图；
图4为图3的A-A剖示意图；
图5为图3的B-B剖示意图；
图6为烟气流程示意图；
图7为水汽流程示意图；
图中：1、拖车；2、套管式水-水换热器；3、对流段；4、高压给水泵；5、助燃风机；6、燃烧器；7、辐射段；8、汽水分离器；9、空气预热器；10、烟囱；11、对流管束。
具体实施方式
参照图1、图2，本发明的一种车载式烟气三回程高压直流注汽锅炉系统，主要包括拖车1，套管式水-水换热器2，对流段3，以及在拖车上沿拖车长度方向依次布置的高压给水泵4、助燃风机5、燃烧器6、辐射段7、汽水分离器8、空气预热器9和烟囱10。其中，高压给水泵4为高压柱塞泵，辐射段7的横截面为方形，套管式水-水换热器2设置在辐射段的前半段下侧面外。对流段3包含左、右、下矩形烟气通道以及分别置于上述三个矩形烟气通道内的对流管束11，左、右、下矩形烟气通道分别对应设置在辐射段后半段的左、右、下侧面外，如图3所示。
本发明中，空气预热器9的空气入口连通大气，其空气入口通过管道依次连通助燃风机5、燃烧器6。燃烧器6设置在辐射段7前端，辐射段7内的炉膛尾部连通上述三个矩形烟气通道中的两个或一个矩形烟气通道的后端，空气预热器9的烟气入口连通其它矩形烟气通道的后端，上述三个矩形烟气通道的前端相互连通；空气预热器9的烟气出口连通烟囱10的入口；辐射段7内的炉膛构成烟气的第一回程，连通炉膛尾部矩形烟气通道构成烟气的第二回程；连通空气预热器的矩形烟气通道构成烟气的第三回程；高压给水泵4的出口依次连通套管式水-水换热器2的壳程、第三回程内的对流管束、第二回程内的对流管束、套管式水-水换热器2的管程、辐射段7内的水冷壁、汽水分离器8。
本实施例中，采用左、右矩形烟气通道的后端分别连通炉膛尾部，左、右矩形烟气通道构成烟气的第二回程，采用下矩形烟气通道的后端连通热管式空气预热器的烟气入口，下矩形烟气通道构成烟气的第二回程。当然也可以选用上述三个矩形烟气通道中的两个或一个构成烟气的第二回程，其它矩形烟气通道构成第三回程，同样可以达到本发明的目的。
本实施例中，下矩形烟气通道中的对流管束水平错列布置，左、右矩形烟气通道中的对流管束竖直错列布置，其中：左矩形烟气通道中的对流管束中，靠近烟气上游的对流管采用光管，靠近烟气下游的对流管采用翅片管；右矩形烟气通道中的对流管束中，靠近烟气上游的对流管采用光管，靠近烟气下游的对流管采用翅片管。
本实例中，高压给水泵的出口依次连通套管式水-水换热器的壳程、下矩形烟气通道中的对流管束、左矩形烟气通道中的对流管束、右矩形烟气通道中的对流管束、套管式水-水换热器的管程、辐射段内的水冷壁、汽水分离器。
参照图6，本实施例的烟气流程为：烟气流程：空气→热管式空气预热器9空气入口→热管式空气预热器9空气出口→助燃风机5→燃烧器6→辐射段7→左、右矩形烟气通道→下矩形烟气通道→热管式空气预热器9，最后进入烟囱10，排向大气。
参照图7，本实施例的水汽流程为：高压给水进入套管式水-水换热器2壳侧后先进入下矩形烟气通道对流管束，然后进入左矩形烟气通道对流管束，再进入右矩形烟气通道对流管束后进入套管式水-水换热器2管侧，最后进入辐射段7受热面，管内工质不断被加热、蒸发，生成所需参数的蒸汽，由辐射段出汽管引入汽水分离器8。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。