超稠乳化油不完全燃烧因素分析

金春玲（中国石油辽河油田分公司沈阳采油厂）



超稠乳化油不完全燃烧因素分析

金春玲（中国石油辽河油田分公司沈阳采油厂）

油田用注汽锅炉常用超稠乳化油作为燃料，但超稠乳化油经常发生不完全燃烧的现象。通过对超稠乳化油作为燃料的注汽锅炉燃烧理论的分析与研究，针对超稠乳化油出现的化学不完全燃烧的现象，分析指出不完全燃烧的影响因素。通过现场试验提出了整改措施，有效地遏制了超稠乳化油化学不完全燃烧的现象，从而节约了燃料使用量，提高了注汽锅炉的热效率，实现了节能降耗。

注汽锅炉超稠乳化油化学不完全燃烧燃料过剩空气系数

油田用于稠油热采的湿蒸汽发生器（注汽锅炉）的燃烧器大多采用北美燃烧器，该系列燃烧器原设计使用船用柴油作为燃料，而现因燃料结构不断调整，采用超稠乳化油作为其燃料。超稠乳化油因其油质差，在使用过程中经常造成锅炉油嘴结焦、冒黑烟、对流段积灰严重等现象。针对上述问题，在生产运行中经过反复摸索，发现是由于超稠乳化油在燃烧过程中存在着化学不完全燃烧现象，这种现象还会造成燃料浪费以及降低锅炉的热效率。

1　注汽锅炉燃料的燃烧

可燃物质与氧进行激烈化合而伴有放热发光的物理-化学过程称为燃烧。而注汽锅炉的燃烧系统由燃料供应设备、输送设备及燃烧器组成。运行时，燃烧由供应设备（油罐或天然气分离器）及输送设备（供油泵）送至炉前，经专用燃烧器使燃料与空气形成一定比例后进入炉膛内进行燃烧［1］。如果空气供给不足，不具备良好的燃烧环境，燃烧物的可燃物质就不能充分燃烧并把热量充分放出，这就是不完全燃烧。要使燃料燃烧得迅速而且完全，必须具备4个条件：有相当高的温度；有充足的氧气供应；燃料与氧气充分混合；有足够的燃烧时间。

但是由于种种原因，进入锅炉的燃料不可能完全燃烧。液体燃料燃烧时，燃料中的可燃物质在炉膛内燃烧，如果部分可燃物质没有燃尽随烟气排走，就造成了燃料的化学不完全燃烧热损失。在送风量不足、燃料与空气混合不充分、炉膛容积小、炉温太低等情况下，都可能造成燃烧不完全；可燃气体在炉膛内停留时间过短或达不到着火点，这些都能使可燃气体不能完全燃烧，从而也会造成化学不完全燃烧热损失。由此可见，消除锅炉的化学不完全燃烧更有利于改善锅炉的燃烧工况，节能增效［2］。

2　超稠乳化油化学不完全燃烧的原因

2.1空气系数的影响

在锅炉实际运行中，由于燃烧设备不完善及其他因素的影响，燃料与空气的混合不可能达到完全理想的程度，如果仅按理论空气量供给空气，必然会使一部分燃料不能完全燃烧。为了保证燃料能够完全燃烧，实际供给燃料燃烧的空气量要比理论空气量多；因此，引用了一个概念：实际空气量与理论空气量之比，称为空气系数。空气系数取决于燃料种类、燃烧方式、燃烧设备的型号及运行条件等，其数值范围一般为1.1～1.5。而表征空气系数的2个参数是排烟中的CO2及O2的含量，CO2的标准体积分数为12%～13%，O2的标准体积分数为3%～5%。空气系数过高时，燃烧完全，但是排烟损失增加，锅炉热效率降低，因此空气系数不能过高。总之，将空气系数控制在要求范围内，是保证燃料油充分燃烧的首要条件［3］。

2.2燃油压力的影响

燃料油从油罐至油过滤器经油泵打压后将燃油压力升至1.0 MPa左右，再经过燃油蒸汽加热器、电加热器升温到71℃以上；经自力式减压阀，把压力稳定在0.77 MPa左右；最后经油调节阀、电动阀至油嘴，与助燃空气混合并雾化后燃烧。所以，燃油压力要求控制在规定范围内，燃油压力高或低对燃烧都会产生一定的影响：燃油压力高易造成锅炉冒黑烟、燃烧不良、火焰燎炉管、蒸汽过热；而燃油压力低易造成锅炉发生灭火［4］。

2.3燃油温度的影响

燃油温度是燃料燃烧的1个重要参数。锅炉正常运行时，燃油温度应控制在120～130℃之间，这样才会使燃料充分燃烧。如果燃油温度过低，燃烧时会发生：泵输油困难；燃烧器点火困难，特别是冷炉启动无法点着火；雾化不佳引起燃烧不良；火焰反常，火焰形状异常，火焰烧到炉管；燃烧器喷嘴处碳化；翅片管上积碳；烟筒冒黑烟；油压不稳，难于控制；过滤网堵塞。可见，将燃油温度控制在规定数值之间，对于燃料的充分燃烧也是十分必要的。

2.4雾化质量的影响

燃料能否完全燃烧的另1个重要因素就是雾化质量。目前，注汽锅炉采用介质式油嘴进行雾化（利用空气或蒸汽作为介质）。燃油经燃油预热系统使油温、油压达到要求值后，经油过滤器、油控制阀、燃油电动阀进入燃烧器的油喷嘴，与雾化用空气混合后呈雾状喷入炉膛燃烧；因此，进行雾化的主要作用是为了使燃料充分燃烧，提高燃油的燃烧效率。烧油时，要求雾化压力不能低于0.175 MPa，否则锅炉会发出报警信号，一般控制在0.3 MPa左右。当燃油的流动状态为紊流脉动时，燃油会在雾化介质的作用下被破碎成大量的细小油滴，导致燃油迅速被加热并燃烧。由此可见，雾化效果越好，燃油越能充分燃烧，则锅炉的热效率越高。

3　主要措施

3.1过剩空气量的确定

采取的主要对策是加强现场监控，保证过剩空气系数控制在1.2左右或保证含氧在3%～5%之间。以前是通过采用KM-900热效率测试仪进行现场测量，监测锅炉烟气组分的含量；目前对锅炉进行了改造，利用烟道内安装氧化锆及配套二次仪表对锅炉进行实时监控。根据测量数据情况对锅炉的燃料与空气送进量加以调整，使风门连杆机构达到最佳比例。例如：当CO2的含量超过标准值时，则将燃料阀关小或者调整风门连杆，使风门开度增大；如果O2的含量超过标准值时，可以将燃料阀开大或者调整风门连杆，使风门开度减小，直至反复调整，使各项组分的含量达到要求值。近期，又设计实施了含氧控制程序自动化，即设定一个氧含量的标准值，利用PLC自动进行PID计算，执行控制鼓风机变频值的大小，从而实现自动配风：即当烟气含氧低于设定值时，自动提高风机变频，增大风量，使烟气的氧含量上升至标准，反之下降；从而有效保证了过剩空气系数控制在要求范围内，锅炉的热效率明显提高。同时，因为各种仪表均存在一定的允许误差，所以，对各锅炉进行现场定期目标值的设定；如501炉根据现场的反复测试，设定值最终定为4.8，而1601炉设定为4.3，从而有效保证了各设备的实时高效运行。

3.2燃油压力的确定

在日常生产工作中，发现燃油压力高或低的情况应及时调整。燃油压力的高低是根据锅炉的水流量及输出蒸汽质量（干度）决定的。以往调整燃油压力是通过调压阀实现，即当燃油压力高时，关小炉前燃油流程的自力式压力调节阀或开大炉前回油自力式调节阀来控制，油压低则反之操作。通过改造，对燃油压力的调整实行变频自动控制，即在锅炉控制盘上设定一个能够保证锅炉输出蒸汽质量而正常燃烧的油压，程序自动实现燃油泵的变频控制，使之随设定的压力增减速运行，既保证炉前燃烧油压的稳定，又大大避免了因调整不及时造成的不完全燃烧，降低了员工的劳动强度。经现场测试，对燃用原油的注汽锅炉，在锅炉流量为18 m3/h时，油压目标值设定为0.45 MPa左右；燃用混配油时，设定为0.78 MPa左右；燃用煤焦油时，设定为0.68 MPa左右。

3.3燃油温度的确定

当燃油温度过低时，可采取以下措施进行调整：适当投运电加热器；增加蒸汽换热器的进汽量；提高站区内的伴热系统温度。通过上述措施，将锅炉炉前的燃油温度控制在一定范围内；根据锅炉燃用燃料油的不同，经摸索总结：当锅炉燃用原油时，油温控制在80～90℃；燃用煤焦油时，油温控制在50～70℃。

3.4雾化质量的确定

雾化质量的决定因素分为雾化密度、雾化细度和雾化角3项，多因油喷嘴设计制造而决定。在实际生产中只对雾化压力进行调整，以保证介质流速；因此，锅炉运行时要求雾化用蒸汽或空气有一定的压力。雾化压力过高，进入炉内的蒸汽量增多，锅炉效率有所下降；过低时，因燃油雾化效果不佳而冒黑烟或炉膛内有大量火星，即不完全燃烧。雾化压力的高低可通过雾化流程上的减压阀来调整，一般要求在0.3 MPa左右，保证雾化压力控制在规定范围内，维持良好的燃烧。另外，根据近年来锅炉燃料油质的大幅度变化，建议有关科技部门对现有油嘴进行改造或更新，以更加适应生产的需要，最大限度地保证燃料的完全燃烧，提高锅炉热效率。

4　措施效果

由于对锅炉的烟气组分进行分析测量工作较复杂，以往进行的较少；而针对超稠乳化油的燃烧情况，加密了对锅炉的烟气分析工作，对发现的问题当场进行了调整，保证了锅炉运行时烟气指标达标。特别是通过近期的改造控制系统，保证了锅炉燃烧工况的标准化。由于锅炉已运行数年，设备老化严重，平均效率下降至76%左右。在采取此项措施后，使注汽锅炉的热效率由81%提高到85%以上，节能率达到4.7%，单台注汽锅炉年节约燃料油141 t，年创经济效益29万元。由此可见，消除超稠乳化油的化学不完全燃烧现象有利于改善锅炉的燃烧工况，提高其热效率。

5　结论

通过对超稠乳化油燃烧的特性以及外部条件变化对燃料油燃烧的影响程度的分析，摸索了影响超稠乳化油化学不完全燃烧的相关因素，有针对性地开展了一系列实践和调整，取得了可靠的经验数据。这些有益的尝试，将指导处理注汽锅炉燃用超稠乳化油时的实际操作，确保锅炉能在较经济的工况下运行。

［1］马强.稠油热采系统能效对标管理实践［J］.石油和化工节能，2015（3）：18-20.

［2］杨书会.热采锅炉能量利用新分析［J］.石油和化工节能，2015（1）：14-21.

［3］刘铁哲.优化最佳过量空气系数提高注汽锅炉热效率［J］.石油石化节能，2014，4（3）：12-13.

［4］马强，朱延鹏，于广刚.基于系统工程理论的油田节能管理模式探索与实践［J］.石油石化节能，2014，4（10）：41-44.

新型节能与新能源汽车受青睐

“2015节能与新能源汽车成果展”上观看新型家用电动车

10月21日至24日，以“选择·行动——未来从现在开始”为主题的2015（第3届）中国国际节能环保汽车展览会，节能与新能源汽车产业发展规划成果展览会，中国国际纯电动车、混合动力车和燃料电池车及关键零部件技术交流展览会，中国国际汽车新能源及技术应用展览会（简称“节能与新能源汽车成果展”）在北京国家会议中心举行。本届展会全方面覆盖节能汽车、环保汽车、纯电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力和燃料电池汽车，以及电池、电动机、电控等关键零部件和充电设施等产品，众多国内外主流乘用车企业、零部件和充电设施供应商、代理商携旗下新品参展。本届车展由中国汽车工业协会、中国电工技术学会等单位主办，旨在为企业总结和交流节能与新能源汽车应用经验、展示最新科技成果提供1个更为良好的平台，对于加快发展节能环保产业具有积极作用。

胡庆明

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.12.017

2015-09-22）

金春玲，工程师，1994年毕业于辽河石油学校，2008年毕业于东北财经大学（项目管理专业），从事节能管理工作，E-mail：Jinchl@petrochina.com.cn，地址：辽宁省新民市兴隆堡乡沈阳采油厂技术监督中心，110316。

中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“低碳关键技术研究”（2011E24）。