FPSO鍋爐節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用研究

楊軼[1] 梁光山[2] 刁?？3]

【1】、【2】中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津市塘沽區(qū)渤海石油新村582信箱，郵編 300452

【3】中油管道機(jī)械制造有限公司，河北省廊坊市和平路17#，065000

FPSO鍋爐節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用研究

楊軼[1] 梁光山[2] 刁福俊[3]

【1】、【2】中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津市塘沽區(qū)渤海石油新村582信箱，郵編 300452

【3】中油管道機(jī)械制造有限公司，河北省廊坊市和平路17#，065000

本文系統(tǒng)分析了海洋石油111號(hào)FPSO鍋爐工藝改造及利用鍋爐尾氣實(shí)現(xiàn)惰氣系統(tǒng)煙道氣模式的可行性,應(yīng)用這種節(jié)能減排技術(shù)，提高鍋爐燃燒效果、實(shí)現(xiàn)鍋爐尾氣再利用，運(yùn)行結(jié)果表明，節(jié)能減排效果顯著，經(jīng)濟(jì)性非常好。

FPSO鍋爐尾氣改造節(jié)能減排

FPSO由于具有海域適應(yīng)性好、經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高和可重復(fù)利用的特點(diǎn)，目前，已支撐著我國(guó)海洋石油開發(fā)70%以上的產(chǎn)能【1】，設(shè)計(jì)壽命一般在20-30年，在百年一遇環(huán)境條件下，可以不解脫、不進(jìn)塢維修，正逐步成為海上油（氣）田生產(chǎn)、處理、儲(chǔ)運(yùn)和外輸?shù)闹髁髟O(shè)施。熱介質(zhì)鍋爐作為FPSO關(guān)鍵設(shè)備，為貨油艙、分離器、重油柜等熱能消耗設(shè)備源源不斷提供熱能供應(yīng)，鍋爐續(xù)燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯优磐髿?，一方面造成熱能的巨大浪費(fèi)，另一方面煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質(zhì)，未經(jīng)凈化時(shí)其排放指標(biāo)可達(dá)國(guó)家環(huán)境排放許可指標(biāo)的幾倍到數(shù)十倍，造成環(huán)境污染，因此，應(yīng)用鍋爐節(jié)能減排技術(shù)，提高鍋爐燃燒效果、回收利用高溫?zé)煔夂陀酂?，具有很大的社?huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

提高鍋爐燃燒效率的技能技術(shù)改造

海洋石油111FPSO自投產(chǎn)以來，為最大限度確保鍋爐的燃燒效果，減少排煙粉塵，現(xiàn)場(chǎng)多次對(duì)鍋爐進(jìn)行了改造：包括對(duì)鍋爐油嘴/風(fēng)門開度的燃燒配風(fēng)比優(yōu)化，調(diào)整二次風(fēng)導(dǎo)風(fēng)板，獲得最適宜與空氣接觸的“杯狀”霧化噴射形態(tài)、油霧最終充分燃燒等。為盡可能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，在進(jìn)行充分調(diào)研后，對(duì)B爐進(jìn)行了以下改造。

熱介質(zhì)鍋爐原設(shè)計(jì)燃油供油方式為：重油儲(chǔ)罐的重質(zhì)油－供油泵－重油泵A/B－重油加熱器－壓力三通閥進(jìn)行選擇（大于壓力設(shè)定點(diǎn)的部分從出口2流回重油儲(chǔ)罐，小于壓力設(shè)定點(diǎn)的部分從出口3提供給鍋爐進(jìn)行噴射霧化，圖中所示的供油進(jìn)出口連通閥V1保持常關(guān)狀態(tài)。其目的是通過換熱把燃油的溫度提高，降低燃油霧化前的粘度，但從實(shí)際運(yùn)行效果來看，原設(shè)計(jì)的換熱器換熱量偏小，不能迅速加熱燃油，使其溫度不能在短時(shí)間內(nèi)大幅度提升，當(dāng)熱介質(zhì)鍋爐大負(fù)荷燃燒時(shí)，燃油在燃燒前，換熱效果并不理想，往往是還沒有充分換熱，就開始燃燒，這樣導(dǎo)致燃油霧化效果不理想，針對(duì)此問題，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了如下改造：

圖1、改造前燃油供油方式

圖2、改造后燃油供給方式

將重油泵A旁通短接，將供油泵更換成大排量泵，鍋爐供油方式轉(zhuǎn)換為：重油儲(chǔ)罐的重質(zhì)油－大排量供油泵－－壓力三通閥進(jìn)行選擇，供油進(jìn)出口連通閥V1由常閉狀態(tài)調(diào)整到始終保持一定開度，改造后，通過壓力三通閥的自選擇和供油進(jìn)出口連同閥V1閥的一定開度，加強(qiáng)重油儲(chǔ)罐重質(zhì)油的流動(dòng)循環(huán)，大大降低了儲(chǔ)罐重質(zhì)油的粘度，同時(shí)，把儲(chǔ)罐的油溫提升并傳遞到鍋爐油噴嘴端。改造后，燃油的使用好比在一個(gè)高速循環(huán)的閉環(huán)回路上不斷提取，始終能獲得回路上粘度低的部分燃油，監(jiān)測(cè)一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)，供油泵換成排量較大泵以后，燃油循環(huán)量增加，燃油霧化充分、燃燒效果很理想，燃燒效能大幅度提高，減少重油消耗的同時(shí)，排放的尾氣中，粉塵（灰）大大減少，另外，改造后的供油方式擺脫了油換熱器故障、熱交換慢、換熱效率不理想和燃油泄漏的困擾。

B鍋爐改造后，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，鍋爐各方面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示狀態(tài)良好，節(jié)能減排效果顯著，現(xiàn)場(chǎng)后來陸續(xù)對(duì)A爐和C爐也進(jìn)行了類似改造。

在線監(jiān)控及電子式風(fēng)油控制裝置的應(yīng)用

鍋爐燃燒是否充分與配風(fēng)（空氣與燃料的混合比）有很大關(guān)系，理論上，可以通過對(duì)煙氣成分進(jìn)行分析來判斷，但FPSO上安裝的鍋爐沒有這樣的監(jiān)測(cè)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)只能通過火焰的顏色或者煙氣的顏色判斷，受個(gè)人經(jīng)驗(yàn)影響較大。氧量微調(diào)控制技術(shù)在FPSO鍋爐上得到了很好的應(yīng)用，該裝置對(duì)燃料組分變化有自動(dòng)適應(yīng)能力，能使煙氣含氧量控制在3%～5%之間，當(dāng)燃料熱值發(fā)生變化時(shí)，煙氣的含氧量會(huì)偏離正常值，氧量過低會(huì)使燃料氣因缺氧而燃燒不充分，氧量過高則會(huì)提高排煙溫度，這兩種情況都會(huì)降低鍋爐的熱效率【2】。運(yùn)行時(shí)，含氧分析儀將信息反饋到控制盤，通過PLC預(yù)設(shè)程序進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，氧量微調(diào)控制系統(tǒng)會(huì)調(diào)節(jié)助燃空氣及燃料的伺服馬達(dá)開度大小，及時(shí)修正助燃風(fēng)和燃料氣的配比，提高了鍋爐的燃燒性能，減少了燃油消耗。

鍋爐與惰氣發(fā)生器的聯(lián)合優(yōu)化改造

FPSO在原油外輸時(shí)，惰氣系統(tǒng)產(chǎn)生大量惰氣為貨油艙補(bǔ)充惰氣，每次外輸大約需要補(bǔ)氣20～30個(gè)h，惰氣發(fā)生器的運(yùn)轉(zhuǎn)消耗大量柴油。將鍋爐的尾氣利用起來（經(jīng)過處理后，各項(xiàng)指標(biāo)符合惰性氣體標(biāo)準(zhǔn)）用于原油外輸期間的惰性氣體補(bǔ)充，既減少惰氣發(fā)生器的柴油消耗，又減少鍋爐的煙氣排放，進(jìn)行了鍋爐與惰氣發(fā)生器的聯(lián)合優(yōu)化改造。

改造前，鍋爐去惰氣管路的關(guān)斷閥、惰氣入口管路關(guān)斷閥、預(yù)冷器海水入口管路關(guān)斷閥，無法自動(dòng)開啟。經(jīng)過技術(shù)分析和安全評(píng)估后，將三個(gè)關(guān)斷閥信號(hào)線路改造，跳過控制信號(hào)的約束，當(dāng)閥門打開，啟動(dòng)“模式”后，鍋爐煙氣順利進(jìn)入惰氣預(yù)冷器，經(jīng)過預(yù)冷器冷卻、惰氣滌氣裝置過濾，出口氣體的含氧量控制在5.3%，完全滿足原油艙惰封的要求。當(dāng)出口含氧量高于6%時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并關(guān)閉惰氣出口下艙閥，自動(dòng)打開放空閥放空。改造后工藝流程圖見圖3。

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，對(duì)鍋爐B的壓力控制閥開度和惰氣出口含氧量監(jiān)測(cè)如下：

（見表一）

惰氣發(fā)生器的煙道氣模式用于原油外輸作業(yè)，系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

鍋爐B－壓力控制閥開度：20度

鍋爐B－油嘴開度：100%（大火燃燒）

惰氣出口含氧量：2.8%-3.2%

惰氣出口 壓力：2900mmWG

表一

節(jié)能減排效果分析

改造前后鍋爐適用及燃料消耗情況如表二：

表二

改造前，必須同時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)鍋爐才能滿足原油艙貨油溫度保持70℃的要求，改造后，僅需1臺(tái)鍋爐運(yùn)行就能達(dá)到同樣的要求，燃油消耗平均每天減少5方左右，每年平均減少燃油消耗1800方；使用“鍋爐B的尾氣運(yùn)轉(zhuǎn)主惰發(fā)生器的煙道氣模式”后，減少柴油消耗340方（每次原油外輸作業(yè)惰氣系統(tǒng)消耗柴油約7方，按平均每月外輸4次計(jì)），另外，大大減少了鍋爐的尾氣排放。

【1】海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油裝置（FPSO）及其在中國(guó)海域的應(yīng)用范模中海油研究中心。

【2】油田熱采鍋爐燃燒監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用任旭虎郭曙光（石油大學(xué)山東東營(yíng)257061）