高壓注汽鍋爐應用變頻燃燒器的效果分析與評價

李薇薇

摘要：為了推動油田加熱爐節能降耗工作，改進傳統加熱爐的燃燒使用方法，利用目前較為先進的變頻技術，將燃燒與計算機技術、變頻技術相結合，研制開發了在國內先進的變頻燃燒技術，研究試驗結果表明，利用變頻燃燒技術開發的變頻燃燒器，具有較好的穩定性和節能效果，具有應用和推廣價值。

關鍵詞：變頻燃燒器 分析 注氣鍋爐

一、變頻燃燒技術簡介及工作原理和特點

（一）技術原理

1、應用數字變頻控制技術

數字變頻控制系統采用連續閉環的調節方法，將壓力（溫度）參數變為4～20mA的電信號送到調節器，調節器與給定值進行比較，經過模糊控制運算再輸出4～20mA的電信號給風機的變頻器和燃料的調節閥，從而連續、自動、無級地調節空氣與燃料之比，使鍋爐保持在恒定的壓力（溫度）值。一次點火起動后，加熱爐就能根據負荷的變化很快進入恒溫（恒壓）運行狀態。

2、采用通用的PLC代替機械式燃燒程控器，使其功能得以任意擴展，成本可大大降低，自動點火，檢漏、熄火保護、進出口低差壓保護、進出口高差壓保護等功能也融入智能PLC中。

（二）變頻燃燒器特點

1、可以實現無級連續調節控制

被控加熱爐的溫度（壓力）與燃料量的調節呈連續控制系統，整套系統都會在自動狀態下做同步的微量調整（如圖3所示），使被控參數始終保持在最佳點。無級連續調節控制技術具有如下優點：

1）節約燃料

由于被控溫度（壓力）與燃料量和進風量的調節呈連續控制。當某一變量發生微小變化時，整套系統都會在自動狀態下做同步微量調整，使過剩空氣系數穩定控制在1.05～1.20之間，穩定了工況參數的同時節約了燃料用量，又減少了散熱損失。

2）控制準確

兩段火控制將參數控制在兩點值范圍內，而無級連續控制則是將參數控制在一點值內，使爐窯不受外界干擾，始終保持在最佳的運行狀態。

2、具有程序點火、檢漏、熄火保護等大型燃燒器所具有的所有功能，即點火前的吹掃、自動關風門、自動點火、探火、送助燃風，如點火不著則發出熄火報警、停車。在吹掃的同時，自動檢測燃料電磁閥和調節閥是否泄漏，如有其中一個閥泄漏，則發出閥漏報警、停車，從根本上避免點火爆膛事故的發生。

3、火焰布置專門為加熱爐設計，保證加熱爐爐膛處于受熱均勻狀態，火焰不與燃燒室碰撞和直接沖刷爐管。

4、可實現加熱爐進、出口低差壓保護，即：當加熱爐系統來液出現停泵現象，造成加熱爐進出、口壓差低于正常值時，plc可運算輸出開關量，令燃燒系統停車，并發出報警。同時可實現高差壓保護，即：當爐體盤管出現穿孔，造成進出、口壓差高于正常值時，發出停爐命令并報警提示。

5、節約電能

目前，市售的燃燒器都是通過控制風擋來實現的，即在電機的全速運行狀態下，利用安裝在風門中的風擋開度控制進風量。數字變頻控制技術是通過控制電機的轉速來實現風量的調節。當負荷減少時，電機的速度相應減少，其耗電量也隨之降低，由此可使電機的節電率達30%以上。

6、整套控制系統屬安全型產品，只有當所有控制點源都處于正常狀態時才能進行下步工作，否則系統將處于停機狀態下的安全保護狀態。

（三）燃燒器運行過程

燃料油經過總控閥，經過過濾器過濾后，由齒輪泵加壓，再經過燃油閥進入主燃燒器燃燒，從燃料油入口管線，接出回油管線，利用回油調節閥來調節燃料供應量。

合上電源，啟動燃油泵，按動“啟動按鈕”，風機開始進入90秒鐘吹掃過程，吹掃過程前5秒鐘，檢查火探器是否短路，若短路則“報警”，進入后吹掃100秒鐘，此時可按消音按鈕，再按“燃燒停止”按鈕復位，后吹掃結束后，再按“燃燒啟動”按鈕重新開車;若不短路繼續吹掃，90秒鐘后，吹掃結束，風機制動30秒鐘，125秒鐘開始點火，點火指示燈亮，點火器帶電后，由中央控制器發出指令，燃油閥打開，10秒鐘后如果不能探測到火焰則報警停車，如果10秒鐘火焰探測器探測到火焰，則點火成功，進入正常運行狀態，這時“火焰調節”燈點亮。火焰調節具備“手動”和“自動”兩種狀態，在手動狀態點火成功后主火焰不能自動開啟，靠人為約定運行，這樣保證用戶在烘爐時或運行中隨意調節火焰大小。自動是指自動點火成功后，自動點燃主火焰，并根據鍋爐出入口溫度自動調節主火焰大小。在停爐時，按動“燃燒停止”按鈕，總控閥關閉，掃線球閥打開，啟動掃線系統，掃線20秒鐘后，齒輪泵停止，燃油閥、燃油調節閥關閉，進入待機狀態。

二、變頻燃燒器在加熱爐上的運行效果

2021年1月，在錦州采油廠熱注作業一區2臺1.163MW燃油加熱爐上安裝了該變頻燃燒器，并由遼河油田監測站進行監測，其中部分監測結果見表1所示。從表中可以看出：

（1）經過監測，變頻燃燒器有效調節范圍為加熱爐額定負荷的32.9%～104.5%，能夠滿足現場常用的運行熱負荷要求。

（2）在有效的調節范圍內，能夠把過剩空氣系數控制在1.05～1.20之間。

（3）自動點火成功率達99%，遠距離操作安全，運行噪音小。

三、經濟效益分析

應用變頻燃燒技術后，節油率按照10%計算，年運行按照8000小時，年可以節約燃料油60噸，節約燃料費用7.07萬元。風機由原來的18.5 kW，更換為現在的3.0 kW，年節約電量39525 kWh，費用1.68萬元。單臺總投資按照8萬元計算，不到一年即可收回成本。

參考文獻

[1]聶海光，王新河。油氣田熱注作業手冊（m） ?北京：石油工業出版社，2002.02

[2]萬仁薄. ?注氣工程手冊（m） ?北京：石油工業出版社，2000.08

（中國石油天然氣總公司遼河油田分公司錦州采油廠熱注作業一區 ?遼寧 ?錦州 ?121209）