加熱爐空氣系數(shù)優(yōu)化技術(shù)效果分析

孫立波 張建軍（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

加熱爐空氣系數(shù)優(yōu)化技術(shù)效果分析

孫立波 張建軍（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

加熱爐空氣系數(shù)直接影響其運(yùn)行效率，對于采用負(fù)壓燃燒方式的加熱爐，空氣系數(shù)與加熱爐負(fù)壓有一定關(guān)系，負(fù)壓是其經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行的主要控制參數(shù)。負(fù)壓加熱爐通過安裝擋板調(diào)節(jié)裝置、負(fù)壓表、排煙溫度表，可以隨時(shí)調(diào)節(jié)負(fù)壓，檢測負(fù)壓及排煙溫度，實(shí)現(xiàn)對空氣系數(shù)的控制。喇嘛甸油田負(fù)壓爐通過應(yīng)用空氣系數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)技術(shù)，優(yōu)化了加熱爐空氣系數(shù)，降低排煙量，減少排煙熱損失，加熱爐運(yùn)行效率提高4.1個(gè)百分點(diǎn)，年節(jié)氣57.39×104m3，有效降低轉(zhuǎn)油站生產(chǎn)運(yùn)行成本。

空氣系數(shù)；負(fù)壓；優(yōu)化；加熱爐；熱效率

截至2015年底，喇嘛甸油田建有7座聯(lián)合站，46座轉(zhuǎn)油站，安裝加熱爐303臺,其中負(fù)壓加熱爐248臺，占總數(shù)的81.9%。目前負(fù)壓加熱爐空氣系數(shù)、負(fù)壓過大，導(dǎo)致加熱爐運(yùn)行效率降低。大慶油田公司各單位要進(jìn)一步提高天然氣開發(fā)利用效益，將天然氣產(chǎn)量變成銷售量、銷售量變成效益，各級生產(chǎn)單位要牢固樹立節(jié)氣意識，合理利用天然氣資源，進(jìn)一步提高天然氣開發(fā)利用效益。喇嘛甸油田積極開展加熱爐空氣系數(shù)優(yōu)化工作，提高加熱爐運(yùn)行效率，降低天然氣消耗。

1 空氣系數(shù)對熱效率的影響分析

空氣系數(shù)是反映天然氣和空氣配合的一項(xiàng)參數(shù)，是衡量燃燒配風(fēng)的尺度。空氣系數(shù)過大，表示加熱爐供給空氣量過多，導(dǎo)致煙氣量增加，引起排煙熱損失增加，加熱爐效率降低。空氣系數(shù)太小，會(huì)出現(xiàn)不完全燃燒，空氣系數(shù)對加熱爐的燃燒和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有很大的影響。加熱爐熱效率公式[1]如下：

式中：q2——排煙熱損失；

q3——不完全燃燒損失；

q4——散熱損失（q2、q3、q4為各項(xiàng)損失占總供給能量的比值）。

q2＝（3.5×αPY+0.5）×（tpy-tlk）×100%（2）式中：αPY——空氣系數(shù)；

tpy——排煙溫度，℃；

tlk——入爐空氣溫度，℃。

燃?xì)饧訜釥t運(yùn)行時(shí)，化學(xué)不完全燃燒損失q3最大為0.1；額定負(fù)荷時(shí)q4為2.9。熱效率公式簡化為

分析加熱爐空氣系數(shù)與效率關(guān)系。假定條件加熱爐排煙溫度為200℃（符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)），當(dāng)αpy由1.65變化為1.485時(shí)（降低10%），環(huán)境溫度為20℃，即tlk為20℃。

依據(jù)公式（3）求得：

當(dāng)αPY為1.65時(shí)，η＝97－0.035×1.65（200－20）=86.61%；

當(dāng)αPY為1.485時(shí)，η＝97－0.035×1.485（200－20）=87.65%。

因此，當(dāng)加熱爐空氣系數(shù)由1.65降低至1.485時(shí)（即降低10%時(shí)），熱效率提升1.04個(gè)百分點(diǎn)。

2 負(fù)壓對空氣系數(shù)的影響分析

目前喇嘛甸油田有負(fù)壓加熱爐248臺，占總數(shù)的81.8%。加熱爐排煙溫度高，其密度比空氣小，向上流動(dòng)后形成了加熱爐的負(fù)壓。天然氣需要有一定量的空氣存在才能燃燒，只有保持一定的負(fù)壓，才能使?fàn)t外空氣進(jìn)入加熱爐爐內(nèi)，合理的負(fù)壓決定了空氣系數(shù)的大小。負(fù)壓值大，過剩空氣量大，排煙熱損失大，效率低，過多的空氣進(jìn)入爐膛，造成爐管氧化剝皮現(xiàn)象，縮短爐管使用壽命；負(fù)壓很小時(shí)，爐內(nèi)吸入的空氣量就很小，燃料燃燒不完全，爐熱效率下降，煙囪冒黑煙，爐膛不明亮，會(huì)影響加熱爐的操作。高效爐合理負(fù)壓應(yīng)該保持在30～50 Pa之間[2]。負(fù)壓一旦發(fā)生相應(yīng)變化，加熱爐空氣系數(shù)也發(fā)生變化，負(fù)壓是加熱爐影響加熱爐空氣系數(shù)的重要因素。

3 開展空氣系數(shù)優(yōu)化現(xiàn)場試驗(yàn)

煙道擋板的作用是調(diào)整進(jìn)出加熱爐空氣量，以此調(diào)整爐內(nèi)負(fù)壓，達(dá)到調(diào)節(jié)火焰燃燒情況的目的。爐膛壓力時(shí)保證燃料良好燃燒的主要控制參數(shù)，一般通過調(diào)節(jié)煙道擋板開度控制爐膛壓力[3]。負(fù)壓加熱爐由于煙道擋板位置，距離地面4～5 m，不易調(diào)節(jié)。目前在喇4003加熱爐研究應(yīng)用負(fù)壓檢測調(diào)節(jié)技術(shù)，開展負(fù)壓與空氣系數(shù)、效率關(guān)系研究現(xiàn)場試驗(yàn)。加熱爐負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置由橫搖臂、減速器、豎搖臂組成。加熱爐負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置示意圖見圖1，加熱爐負(fù)壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)見圖2，負(fù)壓表見圖3。

圖1 加熱爐負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置示意圖

圖2 加熱爐負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置

圖3 加熱爐負(fù)壓表

負(fù)壓檢測調(diào)節(jié)裝置可以調(diào)節(jié)、檢測加熱爐負(fù)壓。加熱爐熱效率測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 喇4003加熱爐效率測試數(shù)據(jù)

通過測試數(shù)據(jù)可以看出，隨著加熱爐負(fù)壓值的升高，空氣系數(shù)、排煙溫度均升高，加熱爐效率下降。調(diào)節(jié)前，煙道擋板在65°位置時(shí)，負(fù)壓為60 Pa，效率為75.4%。調(diào)節(jié)后，擋板位置在50°時(shí)，負(fù)壓為46 Pa，負(fù)壓比較合理，效率達(dá)到79.5%，與調(diào)節(jié)前比較，效率提升4.1個(gè)百分點(diǎn)。

4 應(yīng)用效果

通過調(diào)節(jié)煙道擋板可以控制加熱爐的負(fù)壓，調(diào)整加熱爐的進(jìn)入空氣量，降低空氣系數(shù)，減少排煙熱損失。喇4004加熱爐、喇1-1聯(lián)合站3#加熱爐等16臺加熱爐應(yīng)用煙道負(fù)壓調(diào)節(jié)技術(shù)后，年節(jié)氣57.39×104m3。

5 結(jié)論

1）加熱爐負(fù)壓與空氣系數(shù)有一定關(guān)系，控制負(fù)壓可以優(yōu)化空氣系數(shù)，提高加熱爐運(yùn)行效率。

2）加熱爐應(yīng)用煙道負(fù)壓調(diào)節(jié)技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)加熱爐的高效、安全運(yùn)行，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

[1]油氣田及長輸管道能量平衡編輯組.油氣田及長輸管道能量平衡[M].北京:石油工業(yè)出版社,1981:290.

[2]中國石油天然氣集團(tuán)公司職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.集輸工[M].北京:石油工業(yè)出版社,2011:103.

[3]錢家麟，于遵宏，李文輝，等.管式加熱爐[M].2版.北京：中國石化出版社,2013：588.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.006

2016-05-28

（編輯 李珊梅）

孫立波，工程師，1999年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，從事集輸系統(tǒng)節(jié)能工作E-mail:sunlibo1@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，163114。