油田加熱爐燃油霧化節(jié)能實踐

付亞榮（華北油田第五采油廠）

油田加熱爐燃油霧化節(jié)能實踐

付亞榮（華北油田第五采油廠）

為解決沒有天然氣或伴生氣油田加熱爐以原油為燃料造成燃燒不完全，煙囪冒黑煙的問題，以氧化鋇、五氧化二釩、200號溶劑油等為原料，開發(fā)出一種燃油霧化劑。在燃油中加入質(zhì)量分數(shù)為0.01%～0.3%的燃油霧化劑后，加熱爐不冒黑煙，煙氣中積碳達到環(huán)境排放標準要求，可節(jié)省燃油5%以上，具有很好的推廣應用前景。

加熱爐 燃油 霧化劑 節(jié)能 實踐

1 背景

沒有天然氣或伴生氣的油田，加熱爐主要以原油為燃料。在加熱爐運行過程中隨著加熱爐負荷的增加或降低，燃油噴嘴的霧化效果降低，導致爐膛內(nèi)燃料燃燒不完全，煙囪冒黑煙，油槍和爐膛受熱面結(jié)焦[1]。沒有充分燃燒的原油變成“炭黑”散落在采油聯(lián)合站的地面上，地面一層黑色粉末（圖1）。主要原因是有些原油中正構(gòu)烷烴的相對分子質(zhì)量較大，溫度較高時正構(gòu)烷烴與其他組分互溶在一起，隨著溫度下降，蠟晶慢慢析出，并逐漸長大，從網(wǎng)狀到體型結(jié)構(gòu)，把其他組分的油分包住呈凝固狀，流動性變差，霧化效果不好，導致燃燒不充分。燃燒后出現(xiàn)積炭結(jié)焦明顯、熱效率低等問題，不僅在資源上造成極大的浪費，而且因燃燒不完全而產(chǎn)生的尾氣還對環(huán)境造成極大的污染。同時，油噴嘴受高溫影響，產(chǎn)生變形，墊片密封不嚴密，油槍漏油，影響燃油的霧化質(zhì)量并產(chǎn)生結(jié)焦；嚴重時，在不到10天的時間內(nèi)就引起燃油霧化口嚴重破口，油不能完全燃燒，油霧化器和爐膛尾部煙道結(jié)焦，發(fā)生二次燃燒，甚至出現(xiàn)燃油入風道引起失火等惡性事故。燃油的霧化效果對加熱爐安全和經(jīng)濟運行有著重要的意義。

2 燃油霧化劑的開發(fā)

應用具有攪拌、加熱、冷卻及真空系統(tǒng)的2 000 L的搪瓷反應釜，以氧化鋇、五氧化二釩、200號溶劑油等為原料，開發(fā)出一種燃油霧化劑[2]。外觀為深色油狀液體，不分層，無沉淀；40℃以上與重質(zhì)燃油互溶；閃點(閉口）≥50℃；運動黏度（40℃）＜10 mPa·s；密度（20℃）0.80～1.00 g/cm3；銅腐（100℃，3 a)：合格。

3 燃油霧化劑的作用機理

3.1 降凝、減黏

重油中正構(gòu)烷烴的相對分子質(zhì)量較大，溫度較高時與其他組分互溶在一起，隨著溫度下降，蠟晶慢慢析出，并逐漸長大，從網(wǎng)狀到體型結(jié)構(gòu)，把其他組分油分包住呈凝固狀，失去流動性。選擇一種適宜的高分子物質(zhì)，可改變蠟晶的大小、形狀和結(jié)構(gòu)，降低了凝固溫度，增加了流動性，加入的溶劑還有一定的減黏作用，故有利于油的儲運、輸送、霧化。

3.2 助燃作用

霧化劑中含有的油溶性液態(tài)金屬化合物，它是一種C+O2→CO2的催化劑。促進碳充分燃燒，提高熱效率，減少空氣過剩系數(shù)，節(jié)約燃料；同時解決尾氣冒黑煙的問題。

3.3 清凈分散性

霧化劑中含有清凈分散劑，它是一種良好的洗凈劑、潤滑劑和乳化劑，它能清洗凈金屬表面，并有防銹作用。當燃油中含有少量水分時，它能使油水乳化，使燃燒時火焰穩(wěn)定。它有很好的分散性能，能使油泥、沉渣等懸浮，以免堵塞噴嘴。

3.4 抑制高溫腐蝕，有利于傳熱

霧化劑的油溶性堿土金屬在爐中生成的氧化物，覆蓋在爐管和爐膛內(nèi)壁，阻止上述低共熔物對爐管的高溫腐蝕，它又可與鋇氧化物生成熔點較高的鋇酸鹽，使爐渣變硬且松，很容易用吹灰的方法除去，同時使二氧化硫不能進一步氧化成三氧化硫。

3.5 抑制低溫露點腐蝕，減少SO3排放

V2O5是SO2＋O2→SO3的催化劑，堿土金屬氧化物能與鋇氧化物生成鋇酸鹽，能使尾氣排放SO3減少98%，基本消除了低溫硫酸腐蝕；可使排煙溫度下降，從煙氣中回收更多的余熱。

4 現(xiàn)場應用

在燃油中加入質(zhì)量分數(shù)為0.01%～0.3%的燃油霧化劑，加熱爐不冒黑煙，煙氣中積碳達到環(huán)境排放標準要求，符合GB 3095—1996、GB 5468—91、GB／T 16157—1996環(huán)境空氣質(zhì)量標準鍋爐煙塵測試方法、固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法。過量空氣系數(shù)α=1.2時，燃油鍋爐煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別為67.4 mg/m3、 861.2 mg/m3、 239.1 mg/m3， 小 于 GB13271—2001鍋爐大氣污染物排放標準；同時可節(jié)省燃油5%以上。

5 結(jié)論

1）燃油霧化劑具有油溶性，不需要攪拌就能與燃油達到充分混合。

2）能改善燃油的流動性，改善霧化效果，提高燃油的熱效率。

3）對重質(zhì)燃油具有助燃作用，能使其燃燒更加充分；同時還可減少工業(yè)爐換熱管上的積碳，從而減少積灰，提高換熱管的傳熱能力。

4）可以減少火嘴積碳，使火焰燃燒穩(wěn)定，并能中和重質(zhì)燃油燃燒時生成的硫化物，減少對工業(yè)爐煙道的腐蝕；同時能減少一氧化碳、硫化物、氮化物的產(chǎn)生。

[1]趙孝保,湯俊山.燃油鍋爐油噴嘴霧化效果分析與改進措施[J].工業(yè)鍋爐,2005,89(1):32-33.

[2]付亞榮,田煒,李冬青,等.一種燃油霧化劑[P].中國,ZL200810117489.7.2011.06.22.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.10.013

付亞榮，1987年畢業(yè)于重慶石油學校，高級工程師，主要從事油田開發(fā)方面的研究，E-mail：cy5_fyr@petrochina.com.cn，地址：河北省辛集市華北油田第五采油廠，052360。

2011-09-24)