李世良（大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司）

油田聯(lián)合站加熱爐是油氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要能耗設(shè)備，其能否安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行將直接影響油田的油氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)[1-2]。同時(shí)，隨著生態(tài)油田和綠色低碳油田建設(shè)發(fā)展的需要，作為油田聯(lián)合站固定廢氣重點(diǎn)排放源的加熱爐，降低其廢氣排放、提高運(yùn)行效率、減少能源消耗，已成為一項(xiàng)重要的研究課題[3-4]。以大慶油田某采油廠為例，該采油廠6個(gè)聯(lián)合站現(xiàn)有1 000 kW以上加熱爐36臺(tái)，日開(kāi)爐數(shù)在15臺(tái)左右，燃料主要為天然氣，多數(shù)加熱爐投入運(yùn)行時(shí)間已超過(guò)10年；因此，存在部分加熱爐運(yùn)行效率低、能耗高、煙氣排放超標(biāo)等問(wèn)題。

1 存在問(wèn)題

經(jīng)過(guò)對(duì)某采油廠聯(lián)合站在用加熱爐調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)其在運(yùn)行中主要存在以下問(wèn)題：

1）聯(lián)合站加熱爐老化嚴(yán)重。80%的在用加熱爐投入運(yùn)行時(shí)間已超過(guò)10年，使用年限最長(zhǎng)的已達(dá)到16年。

2）運(yùn)行效率低。根據(jù)加熱爐運(yùn)行效率測(cè)試結(jié)果表明，60%的在用加熱爐運(yùn)行效率未達(dá)標(biāo)，平均系統(tǒng)效率僅有80.5%。

3）空氣過(guò)剩系數(shù)大。在用加熱爐平均空氣過(guò)剩系數(shù)達(dá)到2.17，最高的達(dá)到4.38。

4）排煙溫度過(guò)高。因加熱爐排煙溫度過(guò)高而導(dǎo)致熱損失大，有10臺(tái)加熱爐排煙溫度超過(guò)220℃。

5）煙氣排放不達(dá)標(biāo)。部分加熱爐氮氧化物排放濃度指標(biāo)不符合DB 37/2374—2018《鍋爐大氣污染排放物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)技術(shù)要求［5］。

2 應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)某采油廠聯(lián)合站加熱爐存在的問(wèn)題，開(kāi)展問(wèn)題調(diào)研分析，提出最有效的治理對(duì)策。采取的措施如下：

1）對(duì)老舊加熱爐進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造。淘汰高能耗加熱爐，對(duì)運(yùn)行效率低、使用年限較長(zhǎng)的10臺(tái)加熱爐實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造。

2）強(qiáng)化加熱爐運(yùn)行精細(xì)化管理。一是開(kāi)展加熱爐運(yùn)行效率現(xiàn)場(chǎng)跟蹤測(cè)試與分析[6]。充分利用自身能耗檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)60%的加熱爐其運(yùn)行效率未達(dá)標(biāo)、空氣過(guò)剩系數(shù)大、排煙熱損失大等問(wèn)題進(jìn)行分析，提出有針對(duì)性的改進(jìn)治理措施，使每臺(tái)加熱爐運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)；同時(shí)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)跟蹤測(cè)試，對(duì)改進(jìn)治理措施的實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，確保其有效性。二是降低加熱爐排煙熱損失。通過(guò)控制進(jìn)風(fēng)量和燃料量，實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)量和燃料量?jī)?yōu)化合理配比，可以降低加熱爐排煙熱損失，降低加熱爐排煙溫度，提升加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行效率。

3）推廣應(yīng)用節(jié)能減排新技術(shù)。一是采用便攜式加熱爐效率自動(dòng)測(cè)試調(diào)節(jié)儀，對(duì)空氣過(guò)剩系數(shù)大的加熱爐，實(shí)施風(fēng)門(mén)自動(dòng)調(diào)節(jié)，合理調(diào)節(jié)加熱爐進(jìn)風(fēng)量與燃料，讓加熱爐的空氣過(guò)剩系數(shù)控制在1.1～1.6的最佳運(yùn)行工作區(qū)間；二是對(duì)NOx排放濃度指標(biāo)不符合的加熱爐應(yīng)用低氮燃燒器。加熱爐在燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生的NOx主要為（NO）和（NO2）。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，燃燒裝置排放的NOx主要為NO，平均約占95%，NO2僅占5%左右[7]；三是回收加熱爐煙氣余熱，對(duì)煙氣余熱進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，降低加熱爐煙氣排放溫度，減少加熱爐排煙熱損失。

3 應(yīng)用情況及綜合效果評(píng)價(jià)

3.1 應(yīng)用情況

2019年，某采油廠針對(duì)聯(lián)合站加熱爐采取節(jié)能減排綜合措施，實(shí)施措施前后測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1，應(yīng)用10臺(tái)低氮燃燒器前后加熱爐廢氣排放測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表2。

3.2 綜合效果評(píng)價(jià)

1）節(jié)能效益顯著。從表1可以看出，采取提升加熱爐節(jié)能減排效果的綜合措施后，聯(lián)合站加熱爐運(yùn)行機(jī)制質(zhì)量明顯得到改善，加熱爐平均系統(tǒng)效率提升6.7%，年燃料氣減少消耗207.6×104m3，平均空氣過(guò)剩系數(shù)下降0.72，加熱爐排煙溫度超過(guò)220℃臺(tái)數(shù)降到0。按天然氣價(jià)格2.6元/m3計(jì)算，則年產(chǎn)生直接節(jié)能效益為539.76萬(wàn)元。

表1 實(shí)施措施前后測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.1 Comparison of test data before and after the implementation of heating measures in a combined oil production plant

2）減排效益明顯。從表2可以看出，某采油廠采取提升加熱爐節(jié)能減排效果的措施后，加熱爐煙氣排放物中的NOx、SO2、CO和煙塵的質(zhì)量濃度指標(biāo)均小于50 mg/m3，完全符合DB 37/2374—2018《鍋爐大氣污染排放物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)技術(shù)要求。

表2 應(yīng)用10臺(tái)低氮燃燒器前后加熱爐廢氣排放測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.2 Comparison of exhaust gas emission test data before and after the implementation of 10 low nitrogen burners in the heating furnace of the combined station of an oil production plant

3）提升加熱爐運(yùn)行智能化、自動(dòng)化程度。采用便攜式加熱爐效率自動(dòng)測(cè)試調(diào)節(jié)儀、低氮燃燒器，開(kāi)發(fā)利用加熱爐煙氣余熱技術(shù)，可以智能化控制加熱爐運(yùn)行的熱效率，降低煙氣中的碳排放量，減少排煙熱損失；應(yīng)用低氮燃燒器還具有自動(dòng)控制啟爐功能和調(diào)節(jié)功能。

4）優(yōu)化風(fēng)量與燃料比例。實(shí)現(xiàn)加熱爐風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)度的自動(dòng)控制，使加熱爐進(jìn)風(fēng)量與燃料比更加合理，確保每臺(tái)加熱爐空氣過(guò)剩系數(shù)在最佳合理區(qū)間運(yùn)行，達(dá)到加熱爐系統(tǒng)節(jié)能降耗的目的。

5）新技術(shù)新裝置安全可靠。自加熱爐系統(tǒng)實(shí)施節(jié)能減排技術(shù)改造投入運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行平衡，安全可靠，沒(méi)有出現(xiàn)任何運(yùn)行系統(tǒng)故障，且完全能滿(mǎn)足室外安全運(yùn)行技術(shù)要求，具有良好的性?xún)r(jià)比。

4 結(jié)束語(yǔ)

加強(qiáng)企業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，降低加熱爐系統(tǒng)能源消耗和廢氣排放，實(shí)施綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略，提升油田聯(lián)合站加熱爐節(jié)能減排效果是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要采取多種措施加以綜合運(yùn)用[8-10]。實(shí)踐證明，實(shí)施對(duì)老舊加熱爐節(jié)能技術(shù)改造，強(qiáng)化油田加熱爐運(yùn)行精細(xì)化管理，推廣應(yīng)用便攜式加熱爐效率自動(dòng)測(cè)試調(diào)節(jié)儀、低氮燃燒器，以及回收利用加熱爐煙氣余熱等節(jié)能減排措施，有利于改進(jìn)和優(yōu)化加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行生產(chǎn)參數(shù)和加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，有利于加熱爐空氣過(guò)剩系數(shù)調(diào)整到最佳區(qū)間運(yùn)行，減少加熱爐熱損失，從而達(dá)到提高加熱爐系統(tǒng)運(yùn)行效率和降低廢氣排放的目的。