油田注汽锅炉新型燃气燃烧器燃烧技术发展探讨

李明 韩春雨

（1.新疆油田分公司风城油田作业区；2.新疆油田分公司质量管理与节能处）

油田注汽锅炉新型燃气燃烧器燃烧技术发展探讨

李明1韩春雨2

（1.新疆油田分公司风城油田作业区；2.新疆油田分公司质量管理与节能处）

随着新疆油田稠油、超稠油的开发规模不断增大，用于热力采油的油田注汽锅炉经历着技术革新，锅炉上使用的燃烧器技术也在不断发展。以目前使用的两种型号燃烧器为例，对油田注汽锅炉燃气燃烧器燃烧技术发展进行探讨，通过新型燃烧器与北美6131型燃烧器对比，总结新型燃气燃烧器燃烧技术特点，指导今后新型燃烧器选型及技术管理，从而降低锅炉燃料消耗及减少烟气污染物排放。

注汽锅炉 燃烧器 燃烧技术

油田注汽锅炉是为稠油注蒸汽热采专门设计的一种新型工业锅炉，是蒸汽采油的关键设备，其核心部件和技术为燃烧器[1]。燃烧器是一种将燃料转变成火焰产生光和热的机械。为了使燃料燃烧优良，有效地利用热量，必须提高燃料的雾化质量和燃料与空气的充分混合，这就需要借助燃烧器来实现。燃烧器安全、经济运行与否直接影响锅炉的安全性和经济性。燃烧器按照燃料种类分为燃油、燃气、煤粉或煤浆燃烧器。

新疆油田引进注汽锅炉以来，大部分使用的是北美组装式的全自动6131型油气两用燃烧器，该燃烧器技术属于19世纪70年代水平，其技术、安全性能已远远落后于当今技术先进的同类产品。目前在用注汽锅炉除少部分以原油、渣油、煤粉为燃料外，大部分以天然气为燃料。

近年来，随着稠油主力油田进入高轮次吞吐、汽驱后期开发阶段和特超稠油的逐步开发以及政府对烟气污染物排放指标严格控制，对产生的蒸汽品质要求越来越高，注汽锅炉污染物排放指标越来越低，对燃烧产生的热量以及燃烧火焰参数要求更加严格，稠油开采能耗和成本越来越高。为降低稠油开采能耗水平，确保注汽锅炉烟气排放指标达标，需在注汽锅炉安全运行前提下进一步提高锅炉热效率。这就要求必须采用燃烧效率高、安全、可靠性好、高精度自动化控制的新型燃烧器。

目前注汽锅炉使用的新型燃烧器有德国扎克、意大利利雅路、安诺基等品牌。文中以目前使用的安诺基EBR9MNV型、扎克SG-180型两种型号燃烧器为例，对油田注汽锅炉燃气燃烧器燃烧技术发展进行探讨。

1 新型燃烧器燃烧技术

燃烧器燃烧工况对锅炉运行效率起着决定性作用。燃气燃烧器以天然气为燃料，该种燃料具有与空气混合效果好、燃烧发热量高、灰分少、流量易控、较为洁净等诸多优点。如何更充分燃烧天然气，更多地获得燃烧热值，燃烧器厂家在增加天然气与空气混合程度方面做出了诸多尝试。为了增加燃烧器的燃烧效率，近年来燃烧器设计大多采用在风道中增加一个钝体的方式，其作用主要是影响供风的流动性，提高天然气与空气的混合效果，见图1[2]。

当燃烧器供风通过钝体时，由于钝体的阻挡，空气绕过钝体，并向钝体四周扩散。在钝体后面，越靠近钝体的区域风压越低，根据流动特性，空气会逐渐向负压区回流，因此钝体后部的低压区也是一个涡流区。一般的燃气出口都设在钝体附近，燃气直接进入涡流区与空气进行混合，大大提高空气与天然气混合效果，提高燃烧效率。但是这种燃烧方式要求严格控制空气流速，当空气流速过低时，火焰旋转度降低，造成燃烧效果下降；当空气流速过高时，则又容易造成脱火现象。

2 现场应用

目前风城油田注汽锅炉上使用的安诺基EBR9MNV型燃烧器和扎克SG-180型燃烧器均属于非预混式燃烧。两种燃烧器燃料与氧化剂混合所使用的时间得到有效缩短，且小于燃料进行化学反应所需时间。因此这两种燃烧器工作时，受到燃料扩散影响较小，影响燃烧工况的最主要因素是天然气与空气的混合程度。

现场使用的安诺基EBR9MNV型燃烧器，其燃气—空气混合方式为高速交叉式混合，稳焰盘在风道中充当钝体的作用。鼓风机产生的高速风流在通过导流叶片进入风道后，在风道中发生螺旋形旋流。燃气进气环则紧贴稳焰盘布置，高速风流与风道径向天然气流交叉混合后进入涡流燃烧区，沿风道轴向喷出的少量天然气与通过稳焰盘中心的空气混合燃烧，以稳定主火焰。

此种燃烧配比方式在火型的控制上具有较大的优势，当导流叶片开度增大时，空气流动时沿风道截面切向速度减小，但是沿风道轴向速度增大，因此气流通过钝体时，涡流区边界向风道中心压缩，火焰旋转度降低，火焰直径减小但是长度增加。安诺基燃烧器的风道设计较长，因此空气流能很好地在风道中形成旋流，这对火焰控制也是很有帮助的。同时在天然气进气道的设计上，气环所供天然气是在进入燃烧器后分为3条等距进气线均匀供气。因此在正常工况下观察，火焰情况为：有明显焰尖，火焰根部边界较模糊，火焰根部有明显呈等边三角形布置的3个焰心，可明显观测到火焰旋转情况。

扎克SG-180型燃烧器在天然气和空气混合上比安诺基燃烧器更加复杂。其燃气配风分为一次配风和三次配风（二次配风为燃油时候使用），燃气分为一次燃气和二次燃气。燃烧器燃烧火焰分为两部分，其中内焰为二次燃气与三次配风混合燃烧产生的火焰，外焰部分为一次燃气与一次配风混合燃烧产生的。内焰与外焰的燃烧混合方式各不相同，燃烧器三次配风出口设计了一个三角钝体，二次燃气从钝体四周的4个喷嘴中喷出，与空气混合后，通过稳焰盘在钝体后燃烧形成内火焰。

3 结论

通过对比新型燃烧器与广泛应用的老式北美6131型燃烧器，总结出新型燃气燃烧器燃烧技术的特点如下：

1）天然气与空气混合方式控制逐渐精细化、多元化。混合方式变化后，天然气的燃烧过程更为剧烈，燃烧器输出热量也有所提高，可以有效降低燃料消耗，提高燃烧效率，减少烟气污染物排放量。

2）配风流体流动控制更为精细。天然气与空气的充分混合除了在进气方向上改进外，燃烧器在设计上进一步考虑的是配风及火焰的旋转。与6131系列燃烧器相比，其他燃烧器均不同程度地增加了使空气旋转的部件，目的就是为了更好地使空气与天然气混合，获得火焰旋转的效果。

3）提高了火焰形态、参数随不同需求工况的可调性和可控性。安诺基EBR9MNV型燃烧器实现了各档位不同火焰长度、直径的可调性。燃烧火焰的颜色也逐渐由以前的根部蓝色、尖部黄色优化到火焰整体蓝色，且火焰根部边界也逐渐变得模糊。在其他类型锅炉燃烧器预混式燃烧中，观察到火焰呈蓝紫色，且无明显火焰边界。现在由于燃气与空气混合方式的变化，油田注汽锅炉燃烧器也逐渐向预混式燃烧方式转变，扎克SG-180型燃烧器的混合方式及火道的布置已经接近预混式燃烧。

综上所述，由于燃气燃烧器的工况控制相对其他燃料燃烧器的工况控制简单，因此其燃烧方式的可提升空间有限。新型燃气燃烧器燃烧方式主要发展方向为对天然气和空气更精细的控制，确保燃气和空气充分混合，改善燃烧工况，提高燃烧效率。这也是燃烧器使用上降低锅炉燃料消耗及减少烟气污染物排放量的关键控制点。

[1]武占.油田注汽锅炉[M].上海：上海交通大学出版社,2008.

[2]杨肖曦.工程燃烧原理[M].山东：中国石油大学出版社,2007.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.01.005

李明，2005年毕业于中国石油大学（华东），工程师，从事稠油热采注汽锅炉技术管理工作，E-mail：lim688@petrochina.com.cn，地址：新疆克拉玛依市风城油田作业区供汽联合站，834000。

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