低氮燃燒器技術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生產過程中的重要生產設備[1-2]，其產生的煙氣是油田生產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，由于部分設備現場生產工藝參數設置不合理、設備老化、天然氣含硫等諸多因素影響，經現場定期檢測，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）中的相關技術要求，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領先發展的工作要求，也不利于打造世界一流清潔能源企業的愿景目標的實現[3-6]。為此，在調查研究的基礎上，提出將低氮燃燒器技術應用在油田井口加熱爐上這一攻關應用課題，并收到良好的技術攻關和現場應用效果。

根據《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271—2014）技術要求[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。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，滿足綠色低碳油田的建設要求[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。燃燒器是工業加熱爐的重要設備，它保證燃料穩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，降低工業加熱爐氮氧物的排放，達到節能減排和改善作業環境的目的。該低氮燃燒器采用自身再循環燃燒器是把部分煙氣直接在燃燒器內進入再循環，并加入燃燒過程，此種燃燒器有抑制氧化氮和節能雙重效果。

3 技術特點

低氮氧化物燃燒器技術主要具有以下幾個方面特點：

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

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

3）智能控制系統自動化程度高。采用智能化在線控制和范圍更大的調節比使調節更為精確，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 現場應用情況

該技術于2019年8月在某海油陸采平臺加熱爐上進行試驗應用。試驗應用結果表明，該低氮燃燒器技術性能良好，2#加熱爐低氮燃燒器技術應用前后測試數據見表1。

表1 2#加熱爐低氮燃燒器技術應用前后測試數據

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

2020年，該技術在前期試驗應用的基礎上，在某采油廠采油管理一區推廣應用低氮燃燒器技術45臺，對經檢測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為采油管理一區加熱爐低氮燃燒器技術應用前后測試數據對比。

表2 采油管理一區熱爐低氮燃燒器技術應用前后測試數據對比

井口加熱爐爐效得到普遍提升，節能效果明顯。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后，加熱爐系統效率分別提高了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，這充分說明該技術具有良好的CO排放減排效果。

5 結束語

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