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        過(guò)剩空氣系數(shù)控制對(duì)加熱爐燃燒效率的提升

        2017-10-25 02:58:28林墨苑大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠
        石油石化節(jié)能 2017年9期
        關(guān)鍵詞:燃燒熱空氣量熱效率

        林墨苑(大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠)

        過(guò)??諝庀禂?shù)控制對(duì)加熱爐燃燒效率的提升

        林墨苑(大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠)

        原油加熱爐的技術(shù)水平及裝備狀況直接影響到油田地面工程建設(shè)的技術(shù)水平與經(jīng)濟(jì)效益,過(guò)??諝庀禂?shù)與排煙熱損失、氣體不完全燃燒熱損失及加熱爐熱效率有著直接的關(guān)系,通過(guò)理論分析過(guò)??諝庀禂?shù)與排煙熱損失、氣體不完全燃燒熱損失的關(guān)系,研究其對(duì)原油加熱爐熱效率的影響,可得出過(guò)剩空氣系數(shù)實(shí)際應(yīng)用的最佳范圍。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)1.7MW加熱爐,單臺(tái)加熱爐年可節(jié)約用氣4.08×104m3,年可節(jié)約生產(chǎn)投入4.08萬(wàn)元。

        過(guò)??諝庀禂?shù);一體化燃燒器;熱效率;燃燒效率

        隨著我國(guó)油田開(kāi)發(fā)的不斷深入,油田生產(chǎn)中使用的加熱爐數(shù)量越來(lái)越多,加熱爐作為降黏、伴熱等生產(chǎn)與保障系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一,在油田生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。加熱爐的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況,直接影響到生產(chǎn)中能耗投入。燃燒器作為加熱爐的核心,其運(yùn)行狀況是加熱爐安全節(jié)能環(huán)保的基本保障,如果運(yùn)行效率低,不僅造成能源浪費(fèi),還會(huì)導(dǎo)致排放不達(dá)標(biāo)帶來(lái)環(huán)境污染[1]。隨著燃燒器制造技術(shù)、自控技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展,先進(jìn)燃燒器控制及爐效管理技術(shù)逐漸在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用,加熱爐運(yùn)行效率有了較大提高,有效節(jié)約了日常生產(chǎn)中燃?xì)獾南?,降低了油田的生產(chǎn)成本投入。

        1 過(guò)??諝庀禂?shù)與加熱爐運(yùn)行效率關(guān)系

        1.1 過(guò)剩空氣系數(shù)

        加熱爐燃燒使用的燃料與空氣混合燃燒時(shí)存在不均勻性,燃料完全燃燒所需實(shí)際空氣量與理論空氣量的比值為過(guò)??諝庀禂?shù)[2]。

        式中:α——過(guò)??諝庀禂?shù);

        VK——實(shí)際燃燒空氣量,m3;

        V0——理論燃燒空氣量,m3。

        過(guò)??諝庀禂?shù)太大,排煙帶走熱量降低了加熱爐的熱效率。不僅增大熱損失,也會(huì)使煙氣中的含氧量增加,加速爐管的氧化腐蝕。過(guò)??諝庀禂?shù)太小,也會(huì)降低加熱爐的熱效率,同時(shí)造成燃料不完全燃燒,造成資源浪費(fèi)。過(guò)??諝庀禂?shù)不僅影響到加熱爐的熱效率,還影響排煙熱損失[3](圖1)。

        圖1 排煙熱損失與過(guò)剩空氣系數(shù)關(guān)系

        由圖1可見(jiàn),隨著過(guò)剩空氣系數(shù)增大,排煙熱損失也在增大。即大量熱量隨煙氣排放至大氣[4]。圖2為燃?xì)獠煌耆紵龘p失與過(guò)??諝庀禂?shù)關(guān)系曲線。

        圖2 燃料不完全燃燒損失與過(guò)剩空氣系數(shù)關(guān)系

        當(dāng)過(guò)??諝庀禂?shù)小于1.17時(shí),燃?xì)馊紵柩趿坎蛔?,造成了氣體不完全燃燒熱,熱損失增加。當(dāng)過(guò)??諝庀禂?shù)在1.17~1.75燃料燃燒充分[4]。

        1.2 加熱爐熱效率

        向加熱爐提供的能量被有效利用的程度可用加熱爐熱效率η表示,即被加熱流體吸收的有效熱量與燃料燃燒放出的總熱量之比。加熱爐熱效率可由以下公式計(jì)算求得:

        式中:η——熱效率,%;

        q1——排煙熱損失,%;

        q2——不完全燃燒熱損失,%;

        q3——其他熱損失,%。

        其他熱損q3,一般變化不大,可設(shè)為常值。熱效率主要受q1和q2影響,而q1和q2主要受過(guò)??諝庀禂?shù)影響,則??諝庀禂?shù)是熱效率的主要影響因素。加熱爐效率與過(guò)??諝庀禂?shù)關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。當(dāng)過(guò)??諝庀禂?shù)α大于1.16時(shí),隨著過(guò)??諝庀禂?shù)的增大,排煙熱損q1增大,熱效率降低。當(dāng)過(guò)??諝庀禂?shù)α小于1.16時(shí),雖然排煙熱損失q1下降,但是由于不完全燃燒熱損失q2增大,使熱效率有下降的趨勢(shì)。

        圖3 加熱爐效率與過(guò)??諝庀禂?shù)關(guān)系

        可見(jiàn),過(guò)??諝庀禂?shù)的大小是影響加熱爐運(yùn)行熱效率的主要因素之一,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得過(guò)??諝庀禂?shù)每增加0.1,加熱爐運(yùn)行熱效率約降低0.64個(gè)百分點(diǎn)[4],降低過(guò)??諝庀禂?shù)是提高加熱爐運(yùn)行熱效率的非常有效的辦法,即當(dāng)α大于1.1、小于1.3時(shí),加熱爐的熱效率較高。

        2 過(guò)剩空氣系數(shù)影響的因素

        1)煙溫度與氧氣含量。當(dāng)過(guò)剩空氣系數(shù)過(guò)大時(shí),加熱爐運(yùn)行中爐內(nèi)煙氣含氧量會(huì)增加,同時(shí)排煙時(shí)大量過(guò)??諝饬繒?huì)將熱量排入大氣,加熱爐熱效率也隨著熱損失增多而下降。過(guò)??諝馐窃诔隹跓煔鉁囟认屡湃氪髿獾?,煙氣溫度與過(guò)剩空氣系數(shù)及熱損失率關(guān)系見(jiàn)圖4。

        從圖4可看出,排煙溫度越高,熱量隨過(guò)??諝饬魇У靡簿驮蕉?,加熱爐熱效率越低。相同排煙溫度情況下,過(guò)剩空氣系數(shù)越低,熱損失約低,加熱率效率越高。實(shí)驗(yàn)測(cè)得,每當(dāng)排煙溫度增加10℃,加熱爐熱效率降低約0.7個(gè)百分點(diǎn)。綜上可知排煙溫度、煙氣含氧量是檢測(cè)過(guò)??諝庵饕妮o助系數(shù)。

        圖4 加熱爐熱損失與過(guò)??諝庀禂?shù)及排煙溫度的關(guān)系

        2)空氣過(guò)剩系數(shù)與爐膛負(fù)壓的關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得,空氣過(guò)剩系數(shù)隨著加熱爐爐膛負(fù)壓的降低,過(guò)??諝庀禂?shù)也隨之降低,爐膛負(fù)壓的最佳控制范圍應(yīng)為10~12mm水柱。爐膛負(fù)壓值是控制加熱爐過(guò)??諝庀禂?shù)的重要參數(shù)[5]。

        3)送風(fēng)量、燃?xì)饬康呐浔扰c過(guò)??諝庀禂?shù)的關(guān)系。燃?xì)饬渴鞘芗訜釥t負(fù)荷要求的,送風(fēng)量與燃?xì)饬康呐浔仁沁^(guò)??諝庀禂?shù)的決定性參數(shù),也是控制過(guò)??諝庀禂?shù)最主要的參數(shù)。依不同的燃料該系數(shù)也不相同[6]。

        3 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)一體化燃燒器在1.7MW加熱爐上的實(shí)際測(cè)試,燃燒器在使用天然氣負(fù)荷率45.45%的情況下。排煙熱損失13.18%,不完全燃燒熱損失0.001%,節(jié)氣率7.06%,提高熱效率10.62%。

        如果以最低節(jié)氣率5%,加熱爐每天運(yùn)行24h,年運(yùn)行200天,低熱值36MJ/m3,每1MW/h耗氣100m3,燃?xì)鈨r(jià)格1元/m3計(jì)算,則單臺(tái)1.7MW加熱爐節(jié)氣4.08×104m3,年節(jié)約生產(chǎn)投入4.08萬(wàn)元。

        目前,各大油田上使用了大量的加熱爐保證生產(chǎn),如選用可優(yōu)化過(guò)剩空氣系數(shù)的燃燒器,其節(jié)能效果相當(dāng)可觀。

        [1]李利子.關(guān)于低過(guò)??諝庀禂?shù)燃燒控制的節(jié)能效果[J].吉林工學(xué)院學(xué)報(bào),1989(3):50-56.

        [2]張亮軍,陳猛.原油直接式加熱爐過(guò)??諝庀禂?shù)的合理選用[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2009,28(2):50-51.

        [3]傅忠誠(chéng),潘樹(shù)源.過(guò)剩空氣系數(shù)計(jì)算公式的比較[J].煤氣與熱力,2006(5):27-29.

        [4]許康,楊肖曦.過(guò)??諝庀禂?shù)對(duì)原油加熱爐熱效率的影響[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2000,19(12):51-53.

        [5]任建興,鄧萬(wàn)里.過(guò)剩空氣系數(shù)對(duì)多種燃?xì)馊紵郎囟扔绊懙姆治鯷J].節(jié)能,2011,1(21):24-26.

        [6]胡金堂.控制過(guò)剩空氣系數(shù)α的經(jīng)驗(yàn)[J].中國(guó)特種設(shè)備安全,2012(7):51-52.

        10.3969/j.issn.2095-1493.2016.03.004

        林墨苑,工程師,2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院(測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)),從事電氣、自控儀表、通信系統(tǒng)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)工作,E-mail:linmoyuan@petrochina.com.cn,地址:大慶市第二采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所,163414。

        2017-07-13

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