论文部分内容阅读
摘 要：产生蒸汽的设备为注汽锅炉，是随着稠油热力开采而发展起来的一种高压直流工业锅炉，是稠油热采的关键设备。文章对节能环保型燃烧器技术特点进行讨论。
关键词：节能环保；燃烧器；技术特点
注汽锅炉的核心部件是燃烧器，是将燃料和空气按规定的比例、速度和混合方式送人炉膛进行高效、清洁燃烧的装置，其安全、经济运行与否直接影响锅炉的安全性和经济性。但原有的燃烧器技术已远远不能满足安全、环保、节能的运行要求，因此近年来国内各稠油油田逐步引进国外各种新型燃烧器技术。经过试验，部分新型燃烧器已逐步推广应用，取得了一定的效果。
一、燃烧器的结构与技术指标
燃烧器一般根据使用燃料种类分为燃油（包括重油、其它燃料油等）燃烧器、燃气燃烧器、煤粉或煤浆燃烧器等。目前所用的工业油气两用燃烧器基本由燃料系统、送风系统、点火系统、监测系统、电控系统组成。各部分功能为：燃料系统一保证燃烧时所需的燃料；送风系统一向燃烧室里送入一定风速和风量的空气；点火系统一点燃空气与燃料的混合物；监测系统一保证燃烧器安全运行；电控系统是以上各系统的指挥中心和联络中心。为适应锅炉内燃烧过程的需要，确保锅炉等设备安全可靠、高效经济和低污染排放下运行，燃烧器应具有的主要技术性能包括：燃烧效率高，配风合理，保证燃料燃烧稳定、完全，烟气污染物排放指标达标。燃烧火焰形状及长度应与炉膛相适应，火焰充满度好，火焰温度与输出功率应符合锅炉的要求。调节性能好。燃烧器应能适应锅炉负荷的调节需要，即在锅炉最低至最高负荷保持稳定工作，不发生回火和脱火。点火和运行调节等操作方便，运行安全可靠；结构简单、紧凑；自动化程度高，维修方便。调风装置阻力小，运行噪声小。如果燃烧器的运行性能不好，将影响锅炉的燃烧工况，表现为：燃烧不完全，污染锅炉尾部受热面、排烟温度上升，甚至造成二次燃烧。可燃气体（或固体）未完全燃烧，热损失增加。油燃烧器出口或炉膛中结焦。出现熄火、回火甚至炉膛爆炸等事故。
二、燃烧器使用现状
从20世纪80年代初稠油热采引进高压注汽锅炉至今，稠油热采供热站使用北美6131型组合式全自动油气两用燃烧器长达二十多年，该燃烧器技术属于20世纪70年代水平，其技术、安全性能已远远落后于当今同类产品。目前，北美燃烧器主要存在以下问题：锅炉引燃系统与燃气系统存在偏差，炉体本质安全得不到保证，点炉时可能发生爆炉事故。空气与燃料配比是通过气动执行机构调节风门连杆及风门开度来完成的，运行一段时间后就会产生较大误差，因此，必须定期对其进行调整、校正。由于长时间运行，燃烧器（烧油）配风板会出现结焦，造成配风不均匀，火焰焰形不全、偏火等现象。气动执行器采用压缩空气为动力，运行维护不方便。点炉操作复杂，必须由两名操作员工共同完成。烟气含O2或CO值偏高，锅炉燃烧效率偏低，并且容易发生CO中毒事故。综上所述，北美燃烧器由于设计年代远，技术规范、控制方式落后，欠缺安全保护，导致燃烧器操作复杂，存在许多安全隐患。同时在节能和环保方面已达不到GB / T19839-2005《工业燃油燃气燃烧器通用技术条件》、GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》等标准要求。因此需要在油田注汽锅炉上引进具有先进技术的新型燃烧器。
三、新型节能燃烧器性能特点
近年来，国内稠油热采注汽锅炉应用的新型燃烧器主要有德国扎克、威索、芬兰奥林、意大利利雅路、安诺基等品牌，尽管品牌众多，但其结构原理、性能特点基本相同，所用的启动过程的时间顺序要求、进入运行阶段的功率调节、火焰监测等均已达到国际化标准，具有燃烧效率高、节能环保、工作安全可靠、自动控制水平高等特点[2]。文章以扎克SG-A-148燃气燃烧器的实际应用为例。
3.1 燃烧效率高，节能环保
采用气环式燃烧器，燃烧方式为混合扩散式。燃气经安全调节阀、气体调节阀，进入调风器内的集成气体分配器，4个可调的二次天然气气体喷嘴保证火焰的稳定性。燃气流和空气流在炉口混合，一次燃料与空气垂直混合，二次燃料与空气平行混合。燃烧空气由中央空气箱分为二个部分即一二次风，配有二次风导叶环，火焰形状（长度、直径）可调节，保证充分燃烧，火焰稳定性好。此种分段燃烧的方式可降低燃烧过程中氮、氧化物的产生，燃气混合更为充分，火焰不裂解不发红，并呈透明状，可大大减少燃料的消耗量。
3.2 燃烧控制理念先进合理
燃烧程序控制器为电子负荷调节型控制器，风门和气门的开度由相应的位置传感器通过电阻信号反馈给控制器，同时对进炉空气进行温度补偿，控制器接收输入的反馈信号后，将信号与存人的曲线设定值相比较，经运算处理后，输出220V的脉冲电压给风门和气门的伺服电机，调节风门和气门的开度，使风量、气量与设定值相一致，同时在调节过程中采用符合燃烧原理的风追气、气追风策略方式。此种调节方式的优点是精确，静态和动态位置气体与空气混合完全，燃烧充分火焰稳定性好，不易发生脱火和回火。
3.3 动态在线检测各组件，运行安全可靠
燃烧器的调节方式为电子负荷调节，通过程序控制器ETAMATIC可实现动态在线自检。双CPU表决器，在运行状态给各个电气部件通5mA电流，进行在线检测，一旦发现问题立即关闭阀组、切断燃烧器，符合国际电工委员会关于故障安全控制器的标准和应用于燃烧控制系统中的硬件及软件的安全规定。具有故障记录功能，可通过窗口显示故障代码，便于运行管理人员及时发现问题，并快速排除故障。燃烧器的火焰检测系统包括火焰扫描器和火焰放大板，由两个火焰探测器构成了双回路冗余检测，通过其底部的玻璃球接收火焰光进行光波波段检测，更安全可靠。
3.4 燃料供应系统安全可靠
燃料供应管路上双重电磁阀具有快速打开和快速关断的特性，电磁阀上端有燃气调节螺栓，通过调节螺栓的高度可调节阀门的开启度，改变燃气的流量。当电磁阀通电时，通过磁力将阀打开同时压紧弹簧，断电后通过弹簧的弹力使阀迅速复位。在双重电磁阀之间装有天然气检漏压力开关，经程控器检测双重电磁阀是否密封严密，比较直接、准确，安全性高，实现故障定位，避免了因阀组漏气在点火时出现爆燃现象，并且方便检修。同时配备具有高低压切断功能的调压阀，调压范围大，调压阀后安装有自动放散装置，可以防止回火的发生。气路采用柔性连接，提高了安全性。
3.5 变频及氧量调节技术的电子联动型燃烧管理模式
以数字化燃烧控制为基础的电子联动方式与传统的机械联动方式相比较，具有高精度、高可靠性和低成本的优点。燃料和空气量的变化经闭合总线由数字式燃烧管理器进行精确控制。通过对燃烧器风机的变频控制，可以降低电耗，并在非满负荷时降低燃烧器的运行噪声水平。氧量调节模块通过对烟气中氧含量的监测，将信号及时反馈到燃烧管理器，并由燃烧管理器发出指令来修正进风量，从而在保证燃烧充分的前提下，保持过量空气系数处于低水平的目的。由于减少了过量空气，使得整个锅炉系统的效率提升，达到节能目的。
结束语
新型节能燃烧器技术的应用保证了稠油热采高压注汽锅炉的本质安全和节能环保运行，引进了先进的控制和管理理念，为管理和改进现有工艺提供了依据和参考。应通过对比分析目前应用的各种品牌燃烧器在注汽锅炉上的运行效果，按燃料种类优选最适合油田稠油热采开发的节能燃烧器技术，指导今后新建锅炉的燃烧器选型，提高注汽锅炉热效率，降低稠油开采能耗及成本。■
参考文献
[1] 衣怀峰. 稠油热采注汽锅炉烟气控制节能技术研究. 石油石化节能，2011（2）.
[2] 徐鑫，王述洋. 国内燃气燃烧机现状及发展趋势[J].林业机械与木工设备，2007，35.
关键词：节能环保；燃烧器；技术特点
注汽锅炉的核心部件是燃烧器，是将燃料和空气按规定的比例、速度和混合方式送人炉膛进行高效、清洁燃烧的装置，其安全、经济运行与否直接影响锅炉的安全性和经济性。但原有的燃烧器技术已远远不能满足安全、环保、节能的运行要求，因此近年来国内各稠油油田逐步引进国外各种新型燃烧器技术。经过试验，部分新型燃烧器已逐步推广应用，取得了一定的效果。
一、燃烧器的结构与技术指标
燃烧器一般根据使用燃料种类分为燃油（包括重油、其它燃料油等）燃烧器、燃气燃烧器、煤粉或煤浆燃烧器等。目前所用的工业油气两用燃烧器基本由燃料系统、送风系统、点火系统、监测系统、电控系统组成。各部分功能为：燃料系统一保证燃烧时所需的燃料；送风系统一向燃烧室里送入一定风速和风量的空气；点火系统一点燃空气与燃料的混合物；监测系统一保证燃烧器安全运行；电控系统是以上各系统的指挥中心和联络中心。为适应锅炉内燃烧过程的需要，确保锅炉等设备安全可靠、高效经济和低污染排放下运行，燃烧器应具有的主要技术性能包括：燃烧效率高，配风合理，保证燃料燃烧稳定、完全，烟气污染物排放指标达标。燃烧火焰形状及长度应与炉膛相适应，火焰充满度好，火焰温度与输出功率应符合锅炉的要求。调节性能好。燃烧器应能适应锅炉负荷的调节需要，即在锅炉最低至最高负荷保持稳定工作，不发生回火和脱火。点火和运行调节等操作方便，运行安全可靠；结构简单、紧凑；自动化程度高，维修方便。调风装置阻力小，运行噪声小。如果燃烧器的运行性能不好，将影响锅炉的燃烧工况，表现为：燃烧不完全，污染锅炉尾部受热面、排烟温度上升，甚至造成二次燃烧。可燃气体（或固体）未完全燃烧，热损失增加。油燃烧器出口或炉膛中结焦。出现熄火、回火甚至炉膛爆炸等事故。
二、燃烧器使用现状
从20世纪80年代初稠油热采引进高压注汽锅炉至今，稠油热采供热站使用北美6131型组合式全自动油气两用燃烧器长达二十多年，该燃烧器技术属于20世纪70年代水平，其技术、安全性能已远远落后于当今同类产品。目前，北美燃烧器主要存在以下问题：锅炉引燃系统与燃气系统存在偏差，炉体本质安全得不到保证，点炉时可能发生爆炉事故。空气与燃料配比是通过气动执行机构调节风门连杆及风门开度来完成的，运行一段时间后就会产生较大误差，因此，必须定期对其进行调整、校正。由于长时间运行，燃烧器（烧油）配风板会出现结焦，造成配风不均匀，火焰焰形不全、偏火等现象。气动执行器采用压缩空气为动力，运行维护不方便。点炉操作复杂，必须由两名操作员工共同完成。烟气含O2或CO值偏高，锅炉燃烧效率偏低，并且容易发生CO中毒事故。综上所述，北美燃烧器由于设计年代远，技术规范、控制方式落后，欠缺安全保护，导致燃烧器操作复杂，存在许多安全隐患。同时在节能和环保方面已达不到GB / T19839-2005《工业燃油燃气燃烧器通用技术条件》、GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》等标准要求。因此需要在油田注汽锅炉上引进具有先进技术的新型燃烧器。
三、新型节能燃烧器性能特点
近年来，国内稠油热采注汽锅炉应用的新型燃烧器主要有德国扎克、威索、芬兰奥林、意大利利雅路、安诺基等品牌，尽管品牌众多，但其结构原理、性能特点基本相同，所用的启动过程的时间顺序要求、进入运行阶段的功率调节、火焰监测等均已达到国际化标准，具有燃烧效率高、节能环保、工作安全可靠、自动控制水平高等特点[2]。文章以扎克SG-A-148燃气燃烧器的实际应用为例。
3.1 燃烧效率高，节能环保
采用气环式燃烧器，燃烧方式为混合扩散式。燃气经安全调节阀、气体调节阀，进入调风器内的集成气体分配器，4个可调的二次天然气气体喷嘴保证火焰的稳定性。燃气流和空气流在炉口混合，一次燃料与空气垂直混合，二次燃料与空气平行混合。燃烧空气由中央空气箱分为二个部分即一二次风，配有二次风导叶环，火焰形状（长度、直径）可调节，保证充分燃烧，火焰稳定性好。此种分段燃烧的方式可降低燃烧过程中氮、氧化物的产生，燃气混合更为充分，火焰不裂解不发红，并呈透明状，可大大减少燃料的消耗量。
3.2 燃烧控制理念先进合理
燃烧程序控制器为电子负荷调节型控制器，风门和气门的开度由相应的位置传感器通过电阻信号反馈给控制器，同时对进炉空气进行温度补偿，控制器接收输入的反馈信号后，将信号与存人的曲线设定值相比较，经运算处理后，输出220V的脉冲电压给风门和气门的伺服电机，调节风门和气门的开度，使风量、气量与设定值相一致，同时在调节过程中采用符合燃烧原理的风追气、气追风策略方式。此种调节方式的优点是精确，静态和动态位置气体与空气混合完全，燃烧充分火焰稳定性好，不易发生脱火和回火。
3.3 动态在线检测各组件，运行安全可靠
燃烧器的调节方式为电子负荷调节，通过程序控制器ETAMATIC可实现动态在线自检。双CPU表决器，在运行状态给各个电气部件通5mA电流，进行在线检测，一旦发现问题立即关闭阀组、切断燃烧器，符合国际电工委员会关于故障安全控制器的标准和应用于燃烧控制系统中的硬件及软件的安全规定。具有故障记录功能，可通过窗口显示故障代码，便于运行管理人员及时发现问题，并快速排除故障。燃烧器的火焰检测系统包括火焰扫描器和火焰放大板，由两个火焰探测器构成了双回路冗余检测，通过其底部的玻璃球接收火焰光进行光波波段检测，更安全可靠。
3.4 燃料供应系统安全可靠
燃料供应管路上双重电磁阀具有快速打开和快速关断的特性，电磁阀上端有燃气调节螺栓，通过调节螺栓的高度可调节阀门的开启度，改变燃气的流量。当电磁阀通电时，通过磁力将阀打开同时压紧弹簧，断电后通过弹簧的弹力使阀迅速复位。在双重电磁阀之间装有天然气检漏压力开关，经程控器检测双重电磁阀是否密封严密，比较直接、准确，安全性高，实现故障定位，避免了因阀组漏气在点火时出现爆燃现象，并且方便检修。同时配备具有高低压切断功能的调压阀，调压范围大，调压阀后安装有自动放散装置，可以防止回火的发生。气路采用柔性连接，提高了安全性。
3.5 变频及氧量调节技术的电子联动型燃烧管理模式
以数字化燃烧控制为基础的电子联动方式与传统的机械联动方式相比较，具有高精度、高可靠性和低成本的优点。燃料和空气量的变化经闭合总线由数字式燃烧管理器进行精确控制。通过对燃烧器风机的变频控制，可以降低电耗，并在非满负荷时降低燃烧器的运行噪声水平。氧量调节模块通过对烟气中氧含量的监测，将信号及时反馈到燃烧管理器，并由燃烧管理器发出指令来修正进风量，从而在保证燃烧充分的前提下，保持过量空气系数处于低水平的目的。由于减少了过量空气，使得整个锅炉系统的效率提升，达到节能目的。
结束语
新型节能燃烧器技术的应用保证了稠油热采高压注汽锅炉的本质安全和节能环保运行，引进了先进的控制和管理理念，为管理和改进现有工艺提供了依据和参考。应通过对比分析目前应用的各种品牌燃烧器在注汽锅炉上的运行效果，按燃料种类优选最适合油田稠油热采开发的节能燃烧器技术，指导今后新建锅炉的燃烧器选型，提高注汽锅炉热效率，降低稠油开采能耗及成本。■
参考文献
[1] 衣怀峰. 稠油热采注汽锅炉烟气控制节能技术研究. 石油石化节能，2011（2）.
[2] 徐鑫，王述洋. 国内燃气燃烧机现状及发展趋势[J].林业机械与木工设备，2007，35.