提升大慶油田某廠聯合站加熱爐節能減排效果的措施

李世良（大慶油田設計院有限公司）

油田聯合站加熱爐是油氣開發生產系統中的重要能耗設備，其能否安全經濟運行將直接影響油田的油氣開發生產[1-2]。同時，隨著生態油田和綠色低碳油田建設發展的需要，作為油田聯合站固定廢氣重點排放源的加熱爐，降低其廢氣排放、提高運行效率、減少能源消耗，已成為一項重要的研究課題[3-4]。以大慶油田某采油廠為例，該采油廠6個聯合站現有1 000 kW以上加熱爐36臺，日開爐數在15臺左右，燃料主要為天然氣，多數加熱爐投入運行時間已超過10年；因此，存在部分加熱爐運行效率低、能耗高、煙氣排放超標等問題。

1 存在問題

經過對某采油廠聯合站在用加熱爐調研分析，發現其在運行中主要存在以下問題：

1）聯合站加熱爐老化嚴重。80%的在用加熱爐投入運行時間已超過10年，使用年限最長的已達到16年。

2）運行效率低。根據加熱爐運行效率測試結果表明，60%的在用加熱爐運行效率未達標，平均系統效率僅有80.5%。

3）空氣過剩系數大。在用加熱爐平均空氣過剩系數達到2.17，最高的達到4.38。

4）排煙溫度過高。因加熱爐排煙溫度過高而導致熱損失大，有10臺加熱爐排煙溫度超過220℃。

5）煙氣排放不達標。部分加熱爐氮氧化物排放濃度指標不符合DB 37/2374—2018《鍋爐大氣污染排放物排放標準》中的有關技術要求［5］。

2 應對措施

針對某采油廠聯合站加熱爐存在的問題，開展問題調研分析，提出最有效的治理對策。采取的措施如下：

1）對老舊加熱爐進行節能技術改造。淘汰高能耗加熱爐，對運行效率低、使用年限較長的10臺加熱爐實施節能技術改造。

2）強化加熱爐運行精細化管理。一是開展加熱爐運行效率現場跟蹤測試與分析[6]。充分利用自身能耗檢測技術優勢，對60%的加熱爐其運行效率未達標、空氣過剩系數大、排煙熱損失大等問題進行分析，提出有針對性的改進治理措施，使每臺加熱爐運行在最佳工作狀態；同時開展現場跟蹤測試，對改進治理措施的實施效果進行評價，確保其有效性。二是降低加熱爐排煙熱損失。通過控制進風量和燃料量，實現進風量和燃料量優化合理配比，可以降低加熱爐排煙熱損失，降低加熱爐排煙溫度，提升加熱爐系統運行效率。

3）推廣應用節能減排新技術。一是采用便攜式加熱爐效率自動測試調節儀，對空氣過剩系數大的加熱爐，實施風門自動調節，合理調節加熱爐進風量與燃料，讓加熱爐的空氣過剩系數控制在1.1～1.6的最佳運行工作區間；二是對NOx排放濃度指標不符合的加熱爐應用低氮燃燒器。加熱爐在燃燒過程中所產生的NOx主要為（NO）和（NO2）。大量實驗結果表明，燃燒裝置排放的NOx主要為NO，平均約占95%，NO2僅占5%左右[7]；三是回收加熱爐煙氣余熱，對煙氣余熱進行開發利用，降低加熱爐煙氣排放溫度，減少加熱爐排煙熱損失。

3 應用情況及綜合效果評價

3.1 應用情況

2019年，某采油廠針對聯合站加熱爐采取節能減排綜合措施，實施措施前后測試數據對比見表1，應用10臺低氮燃燒器前后加熱爐廢氣排放測試數據對比見表2。

3.2 綜合效果評價

1）節能效益顯著。從表1可以看出，采取提升加熱爐節能減排效果的綜合措施后，聯合站加熱爐運行機制質量明顯得到改善，加熱爐平均系統效率提升6.7%，年燃料氣減少消耗207.6×104m3，平均空氣過剩系數下降0.72，加熱爐排煙溫度超過220℃臺數降到0。按天然氣價格2.6元/m3計算，則年產生直接節能效益為539.76萬元。

表1 實施措施前后測試數據對比Tab.1 Comparison of test data before and after the implementation of heating measures in a combined oil production plant

2）減排效益明顯。從表2可以看出，某采油廠采取提升加熱爐節能減排效果的措施后，加熱爐煙氣排放物中的NOx、SO2、CO和煙塵的質量濃度指標均小于50 mg/m3，完全符合DB 37/2374—2018《鍋爐大氣污染排放物排放標準》中的有關技術要求。

表2 應用10臺低氮燃燒器前后加熱爐廢氣排放測試數據對比Tab.2 Comparison of exhaust gas emission test data before and after the implementation of 10 low nitrogen burners in the heating furnace of the combined station of an oil production plant

3）提升加熱爐運行智能化、自動化程度。采用便攜式加熱爐效率自動測試調節儀、低氮燃燒器，開發利用加熱爐煙氣余熱技術，可以智能化控制加熱爐運行的熱效率，降低煙氣中的碳排放量，減少排煙熱損失；應用低氮燃燒器還具有自動控制啟爐功能和調節功能。

4）優化風量與燃料比例。實現加熱爐風門開關度的自動控制，使加熱爐進風量與燃料比更加合理，確保每臺加熱爐空氣過剩系數在最佳合理區間運行，達到加熱爐系統節能降耗的目的。

5）新技術新裝置安全可靠。自加熱爐系統實施節能減排技術改造投入運行以來，系統運行平衡，安全可靠，沒有出現任何運行系統故障，且完全能滿足室外安全運行技術要求，具有良好的性價比。

4 結束語

加強企業生態環境保護，降低加熱爐系統能源消耗和廢氣排放，實施綠色低碳發展戰略，提升油田聯合站加熱爐節能減排效果是一項復雜的系統工程，需要采取多種措施加以綜合運用[8-10]。實踐證明，實施對老舊加熱爐節能技術改造，強化油田加熱爐運行精細化管理，推廣應用便攜式加熱爐效率自動測試調節儀、低氮燃燒器，以及回收利用加熱爐煙氣余熱等節能減排措施，有利于改進和優化加熱爐系統運行生產參數和加熱爐系統運行質量，有利于加熱爐空氣過剩系數調整到最佳區間運行，減少加熱爐熱損失，從而達到提高加熱爐系統運行效率和降低廢氣排放的目的。