提升大庆油田某厂联合站加热炉节能减排效果的措施

李世良（大庆油田设计院有限公司）

油田联合站加热炉是油气开发生产系统中的重要能耗设备，其能否安全经济运行将直接影响油田的油气开发生产[1-2]。同时，随着生态油田和绿色低碳油田建设发展的需要，作为油田联合站固定废气重点排放源的加热炉，降低其废气排放、提高运行效率、减少能源消耗，已成为一项重要的研究课题[3-4]。以大庆油田某采油厂为例，该采油厂6个联合站现有1 000 kW以上加热炉36台，日开炉数在15台左右，燃料主要为天然气，多数加热炉投入运行时间已超过10年；因此，存在部分加热炉运行效率低、能耗高、烟气排放超标等问题。

1 存在问题

经过对某采油厂联合站在用加热炉调研分析，发现其在运行中主要存在以下问题：

1）联合站加热炉老化严重。80%的在用加热炉投入运行时间已超过10年，使用年限最长的已达到16年。

2）运行效率低。根据加热炉运行效率测试结果表明，60%的在用加热炉运行效率未达标，平均系统效率仅有80.5%。

3）空气过剩系数大。在用加热炉平均空气过剩系数达到2.17，最高的达到4.38。

4）排烟温度过高。因加热炉排烟温度过高而导致热损失大，有10台加热炉排烟温度超过220℃。

5）烟气排放不达标。部分加热炉氮氧化物排放浓度指标不符合DB 37/2374—2018《锅炉大气污染排放物排放标准》中的有关技术要求［5］。

2 应对措施

针对某采油厂联合站加热炉存在的问题，开展问题调研分析，提出最有效的治理对策。采取的措施如下：

1）对老旧加热炉进行节能技术改造。淘汰高能耗加热炉，对运行效率低、使用年限较长的10台加热炉实施节能技术改造。

2）强化加热炉运行精细化管理。一是开展加热炉运行效率现场跟踪测试与分析[6]。充分利用自身能耗检测技术优势，对60%的加热炉其运行效率未达标、空气过剩系数大、排烟热损失大等问题进行分析，提出有针对性的改进治理措施，使每台加热炉运行在最佳工作状态；同时开展现场跟踪测试，对改进治理措施的实施效果进行评价，确保其有效性。二是降低加热炉排烟热损失。通过控制进风量和燃料量，实现进风量和燃料量优化合理配比，可以降低加热炉排烟热损失，降低加热炉排烟温度，提升加热炉系统运行效率。

3）推广应用节能减排新技术。一是采用便携式加热炉效率自动测试调节仪，对空气过剩系数大的加热炉，实施风门自动调节，合理调节加热炉进风量与燃料，让加热炉的空气过剩系数控制在1.1～1.6的最佳运行工作区间；二是对NOx排放浓度指标不符合的加热炉应用低氮燃烧器。加热炉在燃烧过程中所产生的NOx主要为（NO）和（NO2）。大量实验结果表明，燃烧装置排放的NOx主要为NO，平均约占95%，NO2仅占5%左右[7]；三是回收加热炉烟气余热，对烟气余热进行开发利用，降低加热炉烟气排放温度，减少加热炉排烟热损失。

3 应用情况及综合效果评价

3.1 应用情况

2019年，某采油厂针对联合站加热炉采取节能减排综合措施，实施措施前后测试数据对比见表1，应用10台低氮燃烧器前后加热炉废气排放测试数据对比见表2。

3.2 综合效果评价

1）节能效益显著。从表1可以看出，采取提升加热炉节能减排效果的综合措施后，联合站加热炉运行机制质量明显得到改善，加热炉平均系统效率提升6.7%，年燃料气减少消耗207.6×104m3，平均空气过剩系数下降0.72，加热炉排烟温度超过220℃台数降到0。按天然气价格2.6元/m3计算，则年产生直接节能效益为539.76万元。

表1 实施措施前后测试数据对比Tab.1 Comparison of test data before and after the implementation of heating measures in a combined oil production plant

2）减排效益明显。从表2可以看出，某采油厂采取提升加热炉节能减排效果的措施后，加热炉烟气排放物中的NOx、SO2、CO和烟尘的质量浓度指标均小于50 mg/m3，完全符合DB 37/2374—2018《锅炉大气污染排放物排放标准》中的有关技术要求。

表2 应用10台低氮燃烧器前后加热炉废气排放测试数据对比Tab.2 Comparison of exhaust gas emission test data before and after the implementation of 10 low nitrogen burners in the heating furnace of the combined station of an oil production plant

3）提升加热炉运行智能化、自动化程度。采用便携式加热炉效率自动测试调节仪、低氮燃烧器，开发利用加热炉烟气余热技术，可以智能化控制加热炉运行的热效率，降低烟气中的碳排放量，减少排烟热损失；应用低氮燃烧器还具有自动控制启炉功能和调节功能。

4）优化风量与燃料比例。实现加热炉风门开关度的自动控制，使加热炉进风量与燃料比更加合理，确保每台加热炉空气过剩系数在最佳合理区间运行，达到加热炉系统节能降耗的目的。

5）新技术新装置安全可靠。自加热炉系统实施节能减排技术改造投入运行以来，系统运行平衡，安全可靠，没有出现任何运行系统故障，且完全能满足室外安全运行技术要求，具有良好的性价比。

4 结束语

加强企业生态环境保护，降低加热炉系统能源消耗和废气排放，实施绿色低碳发展战略，提升油田联合站加热炉节能减排效果是一项复杂的系统工程，需要采取多种措施加以综合运用[8-10]。实践证明，实施对老旧加热炉节能技术改造，强化油田加热炉运行精细化管理，推广应用便携式加热炉效率自动测试调节仪、低氮燃烧器，以及回收利用加热炉烟气余热等节能减排措施，有利于改进和优化加热炉系统运行生产参数和加热炉系统运行质量，有利于加热炉空气过剩系数调整到最佳区间运行，减少加热炉热损失，从而达到提高加热炉系统运行效率和降低废气排放的目的。