油田注汽鍋爐新型燃?xì)馊紵魅紵夹g(shù)發(fā)展探討

李明 韓春雨

（1.新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)；2.新疆油田分公司質(zhì)量管理與節(jié)能處）

油田注汽鍋爐新型燃?xì)馊紵魅紵夹g(shù)發(fā)展探討

李明1韓春雨2

（1.新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)；2.新疆油田分公司質(zhì)量管理與節(jié)能處）

隨著新疆油田稠油、超稠油的開發(fā)規(guī)模不斷增大，用于熱力采油的油田注汽鍋爐經(jīng)歷著技術(shù)革新，鍋爐上使用的燃燒器技術(shù)也在不斷發(fā)展。以目前使用的兩種型號燃燒器為例，對油田注汽鍋爐燃?xì)馊紵魅紵夹g(shù)發(fā)展進(jìn)行探討，通過新型燃燒器與北美6131型燃燒器對比，總結(jié)新型燃?xì)馊紵魅紵夹g(shù)特點，指導(dǎo)今后新型燃燒器選型及技術(shù)管理，從而降低鍋爐燃料消耗及減少煙氣污染物排放。

注汽鍋爐 燃燒器 燃燒技術(shù)

油田注汽鍋爐是為稠油注蒸汽熱采專門設(shè)計的一種新型工業(yè)鍋爐，是蒸汽采油的關(guān)鍵設(shè)備，其核心部件和技術(shù)為燃燒器[1]。燃燒器是一種將燃料轉(zhuǎn)變成火焰產(chǎn)生光和熱的機(jī)械。為了使燃料燃燒優(yōu)良，有效地利用熱量，必須提高燃料的霧化質(zhì)量和燃料與空氣的充分混合，這就需要借助燃燒器來實現(xiàn)。燃燒器安全、經(jīng)濟(jì)運行與否直接影響鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。燃燒器按照燃料種類分為燃油、燃?xì)狻⒚悍刍蛎簼{燃燒器。

新疆油田引進(jìn)注汽鍋爐以來，大部分使用的是北美組裝式的全自動6131型油氣兩用燃燒器，該燃燒器技術(shù)屬于19世紀(jì)70年代水平，其技術(shù)、安全性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)今技術(shù)先進(jìn)的同類產(chǎn)品。目前在用注汽鍋爐除少部分以原油、渣油、煤粉為燃料外，大部分以天然氣為燃料。

近年來，隨著稠油主力油田進(jìn)入高輪次吞吐、汽驅(qū)后期開發(fā)階段和特超稠油的逐步開發(fā)以及政府對煙氣污染物排放指標(biāo)嚴(yán)格控制，對產(chǎn)生的蒸汽品質(zhì)要求越來越高，注汽鍋爐污染物排放指標(biāo)越來越低，對燃燒產(chǎn)生的熱量以及燃燒火焰參數(shù)要求更加嚴(yán)格，稠油開采能耗和成本越來越高。為降低稠油開采能耗水平，確保注汽鍋爐煙氣排放指標(biāo)達(dá)標(biāo)，需在注汽鍋爐安全運行前提下進(jìn)一步提高鍋爐熱效率。這就要求必須采用燃燒效率高、安全、可靠性好、高精度自動化控制的新型燃燒器。

目前注汽鍋爐使用的新型燃燒器有德國扎克、意大利利雅路、安諾基等品牌。文中以目前使用的安諾基EBR9MNV型、扎克SG-180型兩種型號燃燒器為例，對油田注汽鍋爐燃?xì)馊紵魅紵夹g(shù)發(fā)展進(jìn)行探討。

1 新型燃燒器燃燒技術(shù)

燃燒器燃燒工況對鍋爐運行效率起著決定性作用。燃?xì)馊紵饕蕴烊粴鉃槿剂?，該種燃料具有與空氣混合效果好、燃燒發(fā)熱量高、灰分少、流量易控、較為潔凈等諸多優(yōu)點。如何更充分燃燒天然氣，更多地獲得燃燒熱值，燃燒器廠家在增加天然氣與空氣混合程度方面做出了諸多嘗試。為了增加燃燒器的燃燒效率，近年來燃燒器設(shè)計大多采用在風(fēng)道中增加一個鈍體的方式，其作用主要是影響供風(fēng)的流動性，提高天然氣與空氣的混合效果，見圖1[2]。

當(dāng)燃燒器供風(fēng)通過鈍體時，由于鈍體的阻擋，空氣繞過鈍體，并向鈍體四周擴(kuò)散。在鈍體后面，越靠近鈍體的區(qū)域風(fēng)壓越低，根據(jù)流動特性，空氣會逐漸向負(fù)壓區(qū)回流，因此鈍體后部的低壓區(qū)也是一個渦流區(qū)。一般的燃?xì)獬隹诙荚O(shè)在鈍體附近，燃?xì)庵苯舆M(jìn)入渦流區(qū)與空氣進(jìn)行混合，大大提高空氣與天然氣混合效果，提高燃燒效率。但是這種燃燒方式要求嚴(yán)格控制空氣流速，當(dāng)空氣流速過低時，火焰旋轉(zhuǎn)度降低，造成燃燒效果下降；當(dāng)空氣流速過高時，則又容易造成脫火現(xiàn)象。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

目前風(fēng)城油田注汽鍋爐上使用的安諾基EBR9MNV型燃燒器和扎克SG-180型燃燒器均屬于非預(yù)混式燃燒。兩種燃燒器燃料與氧化劑混合所使用的時間得到有效縮短，且小于燃料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需時間。因此這兩種燃燒器工作時，受到燃料擴(kuò)散影響較小，影響燃燒工況的最主要因素是天然氣與空氣的混合程度。

現(xiàn)場使用的安諾基EBR9MNV型燃燒器，其燃?xì)狻諝饣旌戏绞綖楦咚俳徊媸交旌希€(wěn)焰盤在風(fēng)道中充當(dāng)鈍體的作用。鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速風(fēng)流在通過導(dǎo)流葉片進(jìn)入風(fēng)道后，在風(fēng)道中發(fā)生螺旋形旋流。燃?xì)膺M(jìn)氣環(huán)則緊貼穩(wěn)焰盤布置，高速風(fēng)流與風(fēng)道徑向天然氣流交叉混合后進(jìn)入渦流燃燒區(qū)，沿風(fēng)道軸向噴出的少量天然氣與通過穩(wěn)焰盤中心的空氣混合燃燒，以穩(wěn)定主火焰。

此種燃燒配比方式在火型的控制上具有較大的優(yōu)勢，當(dāng)導(dǎo)流葉片開度增大時，空氣流動時沿風(fēng)道截面切向速度減小，但是沿風(fēng)道軸向速度增大，因此氣流通過鈍體時，渦流區(qū)邊界向風(fēng)道中心壓縮，火焰旋轉(zhuǎn)度降低，火焰直徑減小但是長度增加。安諾基燃燒器的風(fēng)道設(shè)計較長，因此空氣流能很好地在風(fēng)道中形成旋流，這對火焰控制也是很有幫助的。同時在天然氣進(jìn)氣道的設(shè)計上，氣環(huán)所供天然氣是在進(jìn)入燃燒器后分為3條等距進(jìn)氣線均勻供氣。因此在正常工況下觀察，火焰情況為：有明顯焰尖，火焰根部邊界較模糊，火焰根部有明顯呈等邊三角形布置的3個焰心，可明顯觀測到火焰旋轉(zhuǎn)情況。

扎克SG-180型燃燒器在天然氣和空氣混合上比安諾基燃燒器更加復(fù)雜。其燃?xì)馀滹L(fēng)分為一次配風(fēng)和三次配風(fēng)（二次配風(fēng)為燃油時候使用），燃?xì)夥譃橐淮稳細(xì)夂投稳細(xì)?。燃燒器燃燒火焰分為兩部分，其中?nèi)焰為二次燃?xì)馀c三次配風(fēng)混合燃燒產(chǎn)生的火焰，外焰部分為一次燃?xì)馀c一次配風(fēng)混合燃燒產(chǎn)生的。內(nèi)焰與外焰的燃燒混合方式各不相同，燃燒器三次配風(fēng)出口設(shè)計了一個三角鈍體，二次燃?xì)鈴拟g體四周的4個噴嘴中噴出，與空氣混合后，通過穩(wěn)焰盤在鈍體后燃燒形成內(nèi)火焰。

3 結(jié)論

通過對比新型燃燒器與廣泛應(yīng)用的老式北美6131型燃燒器，總結(jié)出新型燃?xì)馊紵魅紵夹g(shù)的特點如下：

1）天然氣與空氣混合方式控制逐漸精細(xì)化、多元化?；旌戏绞阶兓螅烊粴獾娜紵^程更為劇烈，燃燒器輸出熱量也有所提高，可以有效降低燃料消耗，提高燃燒效率，減少煙氣污染物排放量。

2）配風(fēng)流體流動控制更為精細(xì)。天然氣與空氣的充分混合除了在進(jìn)氣方向上改進(jìn)外，燃燒器在設(shè)計上進(jìn)一步考慮的是配風(fēng)及火焰的旋轉(zhuǎn)。與6131系列燃燒器相比，其他燃燒器均不同程度地增加了使空氣旋轉(zhuǎn)的部件，目的就是為了更好地使空氣與天然氣混合，獲得火焰旋轉(zhuǎn)的效果。

3）提高了火焰形態(tài)、參數(shù)隨不同需求工況的可調(diào)性和可控性。安諾基EBR9MNV型燃燒器實現(xiàn)了各檔位不同火焰長度、直徑的可調(diào)性。燃燒火焰的顏色也逐漸由以前的根部藍(lán)色、尖部黃色優(yōu)化到火焰整體藍(lán)色，且火焰根部邊界也逐漸變得模糊。在其他類型鍋爐燃燒器預(yù)混式燃燒中，觀察到火焰呈藍(lán)紫色，且無明顯火焰邊界?，F(xiàn)在由于燃?xì)馀c空氣混合方式的變化，油田注汽鍋爐燃燒器也逐漸向預(yù)混式燃燒方式轉(zhuǎn)變，扎克SG-180型燃燒器的混合方式及火道的布置已經(jīng)接近預(yù)混式燃燒。

綜上所述，由于燃?xì)馊紵鞯墓r控制相對其他燃料燃燒器的工況控制簡單，因此其燃燒方式的可提升空間有限。新型燃?xì)馊紵魅紵绞街饕l(fā)展方向為對天然氣和空氣更精細(xì)的控制，確保燃?xì)夂涂諝獬浞只旌希纳迫紵r，提高燃燒效率。這也是燃燒器使用上降低鍋爐燃料消耗及減少煙氣污染物排放量的關(guān)鍵控制點。

[1]武占.油田注汽鍋爐[M].上海：上海交通大學(xué)出版社,2008.

[2]楊肖曦.工程燃燒原理[M].山東：中國石油大學(xué)出版社,2007.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.01.005

李明，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東），工程師，從事稠油熱采注汽鍋爐技術(shù)管理工作，E-mail：lim688@petrochina.com.cn，地址：新疆克拉瑪依市風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)供汽聯(lián)合站，834000。

2011-11-13)