FPSO锅炉节能减排技术应用研究

杨轶[1] 梁光山[2] 刁福俊[3]

【1】、【2】中海油能源发展采油服务公司，天津市塘沽区渤海石油新村582信箱，邮编 300452

【3】中油管道机械制造有限公司，河北省廊坊市和平路17#，065000

FPSO锅炉节能减排技术应用研究

杨轶[1] 梁光山[2] 刁福俊[3]

【1】、【2】中海油能源发展采油服务公司，天津市塘沽区渤海石油新村582信箱，邮编 300452

【3】中油管道机械制造有限公司，河北省廊坊市和平路17#，065000

本文系统分析了海洋石油111号FPSO锅炉工艺改造及利用锅炉尾气实现惰气系统烟道气模式的可行性,应用这种节能减排技术，提高锅炉燃烧效果、实现锅炉尾气再利用，运行结果表明，节能减排效果显著，经济性非常好。

FPSO锅炉尾气改造节能减排

FPSO由于具有海域适应性好、经济性好、可靠性高和可重复利用的特点，目前，已支撑着我国海洋石油开发70%以上的产能【1】，设计寿命一般在20-30年，在百年一遇环境条件下，可以不解脱、不进坞维修，正逐步成为海上油（气）田生产、处理、储运和外输的主流设施。热介质锅炉作为FPSO关键设备，为货油舱、分离器、重油柜等热能消耗设备源源不断提供热能供应，锅炉续燃烧后产生的高温烟气直接排往大气，一方面造成热能的巨大浪费，另一方面烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质，未经净化时其排放指标可达国家环境排放许可指标的几倍到数十倍，造成环境污染，因此，应用锅炉节能减排技术，提高锅炉燃烧效果、回收利用高温烟气和余热，具有很大的社会、环境和经济效益。

提高锅炉燃烧效率的技能技术改造

海洋石油111FPSO自投产以来，为最大限度确保锅炉的燃烧效果，减少排烟粉尘，现场多次对锅炉进行了改造：包括对锅炉油嘴/风门开度的燃烧配风比优化，调整二次风导风板，获得最适宜与空气接触的“杯状”雾化喷射形态、油雾最终充分燃烧等。为尽可能实现节能减排目标，在进行充分调研后，对B炉进行了以下改造。

热介质锅炉原设计燃油供油方式为：重油储罐的重质油－供油泵－重油泵A/B－重油加热器－压力三通阀进行选择（大于压力设定点的部分从出口2流回重油储罐，小于压力设定点的部分从出口3提供给锅炉进行喷射雾化，图中所示的供油进出口连通阀V1保持常关状态。其目的是通过换热把燃油的温度提高，降低燃油雾化前的粘度，但从实际运行效果来看，原设计的换热器换热量偏小，不能迅速加热燃油，使其温度不能在短时间内大幅度提升，当热介质锅炉大负荷燃烧时，燃油在燃烧前，换热效果并不理想，往往是还没有充分换热，就开始燃烧，这样导致燃油雾化效果不理想，针对此问题，现场进行了如下改造：

图1、改造前燃油供油方式

图2、改造后燃油供给方式

将重油泵A旁通短接，将供油泵更换成大排量泵，锅炉供油方式转换为：重油储罐的重质油－大排量供油泵－－压力三通阀进行选择，供油进出口连通阀V1由常闭状态调整到始终保持一定开度，改造后，通过压力三通阀的自选择和供油进出口连同阀V1阀的一定开度，加强重油储罐重质油的流动循环，大大降低了储罐重质油的粘度，同时，把储罐的油温提升并传递到锅炉油喷嘴端。改造后，燃油的使用好比在一个高速循环的闭环回路上不断提取，始终能获得回路上粘度低的部分燃油，监测一段时间发现，供油泵换成排量较大泵以后，燃油循环量增加，燃油雾化充分、燃烧效果很理想，燃烧效能大幅度提高，减少重油消耗的同时，排放的尾气中，粉尘（灰）大大减少，另外，改造后的供油方式摆脱了油换热器故障、热交换慢、换热效率不理想和燃油泄漏的困扰。

B锅炉改造后，经过一段时间的运行，锅炉各方面监测数据显示状态良好，节能减排效果显著，现场后来陆续对A炉和C炉也进行了类似改造。

在线监控及电子式风油控制装置的应用

锅炉燃烧是否充分与配风（空气与燃料的混合比）有很大关系，理论上，可以通过对烟气成分进行分析来判断，但FPSO上安装的锅炉没有这样的监测设备，现场只能通过火焰的颜色或者烟气的颜色判断，受个人经验影响较大。氧量微调控制技术在FPSO锅炉上得到了很好的应用，该装置对燃料组分变化有自动适应能力，能使烟气含氧量控制在3%～5%之间，当燃料热值发生变化时，烟气的含氧量会偏离正常值，氧量过低会使燃料气因缺氧而燃烧不充分，氧量过高则会提高排烟温度，这两种情况都会降低锅炉的热效率【2】。运行时，含氧分析仪将信息反馈到控制盘，通过PLC预设程序进行自动调节，氧量微调控制系统会调节助燃空气及燃料的伺服马达开度大小，及时修正助燃风和燃料气的配比，提高了锅炉的燃烧性能，减少了燃油消耗。

锅炉与惰气发生器的联合优化改造

FPSO在原油外输时，惰气系统产生大量惰气为货油舱补充惰气，每次外输大约需要补气20～30个h，惰气发生器的运转消耗大量柴油。将锅炉的尾气利用起来（经过处理后，各项指标符合惰性气体标准）用于原油外输期间的惰性气体补充，既减少惰气发生器的柴油消耗，又减少锅炉的烟气排放，进行了锅炉与惰气发生器的联合优化改造。

改造前，锅炉去惰气管路的关断阀、惰气入口管路关断阀、预冷器海水入口管路关断阀，无法自动开启。经过技术分析和安全评估后，将三个关断阀信号线路改造，跳过控制信号的约束，当阀门打开，启动“模式”后，锅炉烟气顺利进入惰气预冷器，经过预冷器冷却、惰气涤气装置过滤，出口气体的含氧量控制在5.3%，完全满足原油舱惰封的要求。当出口含氧量高于6%时，系统自动报警并关闭惰气出口下舱阀，自动打开放空阀放空。改造后工艺流程图见图3。

经过长时间运行，对锅炉B的压力控制阀开度和惰气出口含氧量监测如下：

（见表一）

惰气发生器的烟道气模式用于原油外输作业，系统测试数据如下：

锅炉B－压力控制阀开度：20度

锅炉B－油嘴开度：100%（大火燃烧）

惰气出口含氧量：2.8%-3.2%

惰气出口 压力：2900mmWG

表一

节能减排效果分析

改造前后锅炉适用及燃料消耗情况如表二：

表二

改造前，必须同时运行两台锅炉才能满足原油舱货油温度保持70℃的要求，改造后，仅需1台锅炉运行就能达到同样的要求，燃油消耗平均每天减少5方左右，每年平均减少燃油消耗1800方；使用“锅炉B的尾气运转主惰发生器的烟道气模式”后，减少柴油消耗340方（每次原油外输作业惰气系统消耗柴油约7方，按平均每月外输4次计），另外，大大减少了锅炉的尾气排放。

【1】海上浮式生产储油装置（FPSO）及其在中国海域的应用范模中海油研究中心。

【2】油田热采锅炉燃烧监测控制系统的研究与应用任旭虎郭曙光（石油大学山东东营257061）