低氮燃燒器技術(shù)在油田井口加熱爐上的應用

孫松騏（大慶油田有限責任公司物資裝備部）

1 概述

油田井口加熱爐是油田開發(fā)生產(chǎn)過程中的重要生產(chǎn)設(shè)備[1-2]，其產(chǎn)生的煙氣是油田生產(chǎn)主要排放廢氣物之一，目前井口加熱爐的主要燃料為天然氣。以某油田為例，目前在用各種井口加熱爐達4000余臺，由于部分設(shè)備現(xiàn)場生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置不合理、設(shè)備老化、天然氣含硫等諸多因素影響，經(jīng)現(xiàn)場定期檢測，仍有部分井口加熱爐煙氣排放其NOx指標不符合《鍋爐大氣污染物排放標準》（DB37/2374—2018）中的相關(guān)技術(shù)要求，存在著加熱爐煙氣排放超標、運行效率低、能耗高等問題，這既不符合綠色企業(yè)領(lǐng)先發(fā)展的工作要求，也不利于打造世界一流清潔能源企業(yè)的愿景目標的實現(xiàn)[3-6]。為此，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出將低氮燃燒器技術(shù)應用在油田井口加熱爐上這一攻關(guān)應用課題，并收到良好的技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場應用效果。

根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271—2014）技術(shù)要求[7]，加熱爐氮氧化物排放濃度小于或等于100mg/m3。2020年9月16日，《臭氧污染防治專項行動方案》(集團公司總經(jīng)理1號令)要求，加熱爐氮氧化物排放濃度控制在小于或等于70mg/m3以內(nèi)。某油田將加熱爐氮氧化物排放濃度指標控制在小于或等于50mg/m3范圍內(nèi)，滿足綠色低碳油田的建設(shè)要求[8-9]。

2 工作原理

低NOx燃燒器及低氮氧化物燃燒器，是指燃料燃燒過程中NOx排放量低的燃燒器，采用低NOx燃燒器能夠降低燃燒過程中氮氧化物的排放。在燃燒過程中所產(chǎn)生氮的氧化物主要為NO和NO2，通常把這兩種氮的氧化物通稱為氮氧化物（NOx）[10]。大量實驗結(jié)果表明，燃燒裝置排放的氮氧化物主要為NO，平均約占95%，而NO2僅占5%左右。燃燒器是工業(yè)加熱爐的重要設(shè)備，它保證燃料穩(wěn)定著火燃燒和燃料的完全燃燒等過程，因此，要抑制NOx的生成量就必須從燃燒器入手，通過應用低NOx燃燒器及低氮氧化物燃燒器，降低工業(yè)加熱爐氮氧物的排放，達到節(jié)能減排和改善作業(yè)環(huán)境的目的。該低氮燃燒器采用自身再循環(huán)燃燒器是把部分煙氣直接在燃燒器內(nèi)進入再循環(huán)，并加入燃燒過程，此種燃燒器有抑制氧化氮和節(jié)能雙重效果。

3 技術(shù)特點

低氮氧化物燃燒器技術(shù)主要具有以下幾個方面特點：

1）具有煙氣再循環(huán)技術(shù)功能。采用自身再循環(huán)燃燒器把部分煙氣直接在燃燒器內(nèi)進入再循環(huán)，并加入燃燒過程。

2）現(xiàn)場安裝方便快捷。采用插件連接安裝，加快了電氣和自控系統(tǒng)的快速現(xiàn)場安裝。

3）智能控制系統(tǒng)自動化程度高。采用智能化在線控制和范圍更大的調(diào)節(jié)比使調(diào)節(jié)更為精確，從而改進了井口加熱爐的運用效率，同時具備自動控制啟爐功能。

4）更低的氮氧化物排放。在大多數(shù)應用中，NOx的標準生成量小于30×10-6，同時保持CO小于30×10-6。

5）現(xiàn)場適應性強。其電氣等級為IP54，適用于戶外安裝和油田井場安裝使用，且具有良好的性價比。

4 現(xiàn)場應用情況

該技術(shù)于2019年8月在某海油陸采平臺加熱爐上進行試驗應用。試驗應用結(jié)果表明，該低氮燃燒器技術(shù)性能良好，2#加熱爐低氮燃燒器技術(shù)應用前后測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 2#加熱爐低氮燃燒器技術(shù)應用前后測試數(shù)據(jù)

從表1中可以看出，應用加熱爐低氮燃燒器技術(shù)后，加熱爐系統(tǒng)效率效率提升4.47%，加熱爐煙氣NOx下降89.2mg/m3，加熱爐煙氣CO下降57mg/m3，實現(xiàn)了井口加熱爐煙氣全面達標排放。

2020年，該技術(shù)在前期試驗應用的基礎(chǔ)上，在某采油廠采油管理一區(qū)推廣應用低氮燃燒器技術(shù)45臺，對經(jīng)檢測NOx排放指標不達標的45臺井口加熱爐，實施廢氣排放不達標治理改造。表2為采油管理一區(qū)加熱爐低氮燃燒器技術(shù)應用前后測試數(shù)據(jù)對比。

表2 采油管理一區(qū)熱爐低氮燃燒器技術(shù)應用前后測試數(shù)據(jù)對比

井口加熱爐爐效得到普遍提升，節(jié)能效果明顯。從表1和表2中可以看出，井口加熱爐應用低氮燃燒器技術(shù)后，加熱爐系統(tǒng)效率分別提高了4.47%和4.65%。加熱爐NOx排放分別下降了89.2mg/m3和98.3mg/m3；更低的CO排放。從表1和表2中可以看出，井口加熱爐應用低氮燃燒器技術(shù)后，加熱爐SO2排放分別下降了57mg/m3和69mg/m3，這充分說明該技術(shù)具有良好的CO排放減排效果。

5 結(jié)束語

該技術(shù)智能控制系統(tǒng)自動化程度高，采用智能化在線控制和范圍更大的調(diào)節(jié)比使調(diào)節(jié)更為精確，具備自動控制啟爐功能和調(diào)節(jié)功能；該技術(shù)自投入現(xiàn)場試驗應用以來，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，安全可靠。系統(tǒng)對油田野外適應能力強，故障率小，具有良好的性價比。低氮燃燒器技術(shù)以其優(yōu)良的節(jié)能減排效果、卓越可靠的安全性能和先進的智能控制技術(shù)，它的應用能有效解決油田井口加熱爐煙氣排放超標問題，作為一種新型節(jié)能減排利器，具有良好的推廣應用前景。