加熱爐空氣系數優化技術效果分析

孫立波 張建軍（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

加熱爐空氣系數優化技術效果分析

孫立波 張建軍（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

加熱爐空氣系數直接影響其運行效率，對于采用負壓燃燒方式的加熱爐，空氣系數與加熱爐負壓有一定關系，負壓是其經濟高效運行的主要控制參數。負壓加熱爐通過安裝擋板調節裝置、負壓表、排煙溫度表，可以隨時調節負壓，檢測負壓及排煙溫度，實現對空氣系數的控制。喇嘛甸油田負壓爐通過應用空氣系數優化調節技術，優化了加熱爐空氣系數，降低排煙量，減少排煙熱損失，加熱爐運行效率提高4.1個百分點，年節氣57.39×104m3，有效降低轉油站生產運行成本。

空氣系數；負壓；優化；加熱爐；熱效率

截至2015年底，喇嘛甸油田建有7座聯合站，46座轉油站，安裝加熱爐303臺,其中負壓加熱爐248臺，占總數的81.9%。目前負壓加熱爐空氣系數、負壓過大，導致加熱爐運行效率降低。大慶油田公司各單位要進一步提高天然氣開發利用效益，將天然氣產量變成銷售量、銷售量變成效益，各級生產單位要牢固樹立節氣意識，合理利用天然氣資源，進一步提高天然氣開發利用效益。喇嘛甸油田積極開展加熱爐空氣系數優化工作，提高加熱爐運行效率，降低天然氣消耗。

1 空氣系數對熱效率的影響分析

空氣系數是反映天然氣和空氣配合的一項參數，是衡量燃燒配風的尺度。空氣系數過大，表示加熱爐供給空氣量過多，導致煙氣量增加，引起排煙熱損失增加，加熱爐效率降低。空氣系數太小，會出現不完全燃燒，空氣系數對加熱爐的燃燒和經濟運行有很大的影響。加熱爐熱效率公式[1]如下：

式中：q2——排煙熱損失；

q3——不完全燃燒損失；

q4——散熱損失（q2、q3、q4為各項損失占總供給能量的比值）。

q2＝（3.5×αPY+0.5）×（tpy-tlk）×100%（2）式中：αPY——空氣系數；

tpy——排煙溫度，℃；

tlk——入爐空氣溫度，℃。

燃氣加熱爐運行時，化學不完全燃燒損失q3最大為0.1；額定負荷時q4為2.9。熱效率公式簡化為

分析加熱爐空氣系數與效率關系。假定條件加熱爐排煙溫度為200℃（符合節能標準），當αpy由1.65變化為1.485時（降低10%），環境溫度為20℃，即tlk為20℃。

依據公式（3）求得：

當αPY為1.65時，η＝97－0.035×1.65（200－20）=86.61%；

當αPY為1.485時，η＝97－0.035×1.485（200－20）=87.65%。

因此，當加熱爐空氣系數由1.65降低至1.485時（即降低10%時），熱效率提升1.04個百分點。

2 負壓對空氣系數的影響分析

目前喇嘛甸油田有負壓加熱爐248臺，占總數的81.8%。加熱爐排煙溫度高，其密度比空氣小，向上流動后形成了加熱爐的負壓。天然氣需要有一定量的空氣存在才能燃燒，只有保持一定的負壓，才能使爐外空氣進入加熱爐爐內，合理的負壓決定了空氣系數的大小。負壓值大，過剩空氣量大，排煙熱損失大，效率低，過多的空氣進入爐膛，造成爐管氧化剝皮現象，縮短爐管使用壽命；負壓很小時，爐內吸入的空氣量就很小，燃料燃燒不完全，爐熱效率下降，煙囪冒黑煙，爐膛不明亮，會影響加熱爐的操作。高效爐合理負壓應該保持在30～50 Pa之間[2]。負壓一旦發生相應變化，加熱爐空氣系數也發生變化，負壓是加熱爐影響加熱爐空氣系數的重要因素。

3 開展空氣系數優化現場試驗

煙道擋板的作用是調整進出加熱爐空氣量，以此調整爐內負壓，達到調節火焰燃燒情況的目的。爐膛壓力時保證燃料良好燃燒的主要控制參數，一般通過調節煙道擋板開度控制爐膛壓力[3]。負壓加熱爐由于煙道擋板位置，距離地面4～5 m，不易調節。目前在喇4003加熱爐研究應用負壓檢測調節技術，開展負壓與空氣系數、效率關系研究現場試驗。加熱爐負壓調節裝置由橫搖臂、減速器、豎搖臂組成。加熱爐負壓調節裝置示意圖見圖1，加熱爐負壓調節機構見圖2，負壓表見圖3。

圖1 加熱爐負壓調節裝置示意圖

圖2 加熱爐負壓調節裝置

圖3 加熱爐負壓表

負壓檢測調節裝置可以調節、檢測加熱爐負壓。加熱爐熱效率測試數據見表1。

表1 喇4003加熱爐效率測試數據

通過測試數據可以看出，隨著加熱爐負壓值的升高，空氣系數、排煙溫度均升高，加熱爐效率下降。調節前，煙道擋板在65°位置時，負壓為60 Pa，效率為75.4%。調節后，擋板位置在50°時，負壓為46 Pa，負壓比較合理，效率達到79.5%，與調節前比較，效率提升4.1個百分點。

4 應用效果

通過調節煙道擋板可以控制加熱爐的負壓，調整加熱爐的進入空氣量，降低空氣系數，減少排煙熱損失。喇4004加熱爐、喇1-1聯合站3#加熱爐等16臺加熱爐應用煙道負壓調節技術后，年節氣57.39×104m3。

5 結論

1）加熱爐負壓與空氣系數有一定關系，控制負壓可以優化空氣系數，提高加熱爐運行效率。

2）加熱爐應用煙道負壓調節技術后，實現加熱爐的高效、安全運行，降低生產運行成本。

[1]油氣田及長輸管道能量平衡編輯組.油氣田及長輸管道能量平衡[M].北京:石油工業出版社,1981:290.

[2]中國石油天然氣集團公司職業技能鑒定指導中心.集輸工[M].北京:石油工業出版社,2011:103.

[3]錢家麟，于遵宏，李文輝，等.管式加熱爐[M].2版.北京：中國石化出版社,2013：588.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.006

2016-05-28

（編輯 李珊梅）

孫立波，工程師，1999年畢業于大慶石油學院，從事集輸系統節能工作E-mail:sunlibo1@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責任公司第六采油廠規劃設計研究所，163114。