摘要：随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的进步。对新开发的油田地层能量高，迚行的是一次采油，迚入油田开采后期，地层的天然能量降低，这时开发方式主要采用注水和注气。在20世纪初期天然气的价格相对不高，采用天然气回注的方式保持地层能量，但是20世纪60年代至70年代天然气价格上涨，CO2驱、N2驱和烟道气驱成为人们的研究热点，以及人们对全球气候变暖和环境保护的重视，烟道气驱则更加受到重视。烟道气主要含有N2和CO2，通常锅炉为了保证燃烧效率采用较大的过量空气系数和漏风，造成了烟道气中还含有一定量的氧气，如果燃料中含有S，烟道气中还会有SO2。渤海油田海上平台迚行规模化多元热流体热采工程，烟道气由燃油锅炉产生，燃油锅炉不同于燃气锅炉，其烟气成分更为复杂，烟尘及有害气体含量更多，所以，必须预先了解烟气成分，为后续烟气处理工艺设计提供参考。本文利用原油燃烧装置和分析装置，对不同原油性质和燃烧排放物迚行检测，研究燃料元素组分、黏度、密度、热值及燃烧工况等对排放物的影响规律，为注烟道气驱油工艺提供一定的理论依据。
关键词：燃油锅炉燃料燃烧；排放物；影响
引言
目前利用高干度蒸汽开采稠油资源是较为高效的一种开发方式。海上开采稠油采用燃油锅炉产生高干度蒸汽，由于锅炉采用平台生产的原油作为燃料，燃烧后产生的烟气组分大部分为N2、CO2，同时烟气也含有SOX、NOX、油污、粉尘等组分，其中烟气中的N2可以增加地层能量，CO2可以和原油混溶，降低原油黏度，这些气体组分对于稠油开采具有积极作用，因此如何高效利用烟道气回注工艺提高原油开采效果是当前海上稠油开采的一个重点研究课题。但是烟气中的SOX、NOX等酸性气体组分一方面会对大气造成污染，在烟气回注过程中SOX、NOX等酸性气体对烟气回注设备及井下管柱及工具造成腐蚀，另一方面粉尘、油污颗粒会对烟气增压装置造成磨损。因此研发一种适用于海上平台燃油锅炉烟气回注工艺及配套装备，须预先了解烟气成分，为之提供实验数据及参考依据。以研究原油燃烧排放特性为主要目的，通过实验得到了原油物性、排放特性等实验数据。结果表明：三种原油样品属于低硫油；样品1油品杂质最多，样品3油品黏温性质最好，所含正构烷烃含量较多；同一油品在相同燃烧条件下，在燃烧未稳定状态下，烟气中CO2含量较之正常燃烧状态低60%左右；样品3所含杂质较少，燃烧排放物SO2最多；三种原油燃烧排放二氧化硫和氮氧化物不达标，需加装脱硫脱硝及除尘装置。
1燃油特性
烟气污染物主要包括烟气中气态污染物和烟尘，气态污染物如CO2、NOx和SO2等。燃料成分对燃油燃烧污染物组成有主要影响。石油类液体燃料主要由碳氢化合物和非碳氢化合物（胶状物质）组成。燃烧排放物相对燃煤烟尘含量小，水分含量高，但燃烧容易局部高温，因此氮氧化物排放较高。此外燃油含水量对烟气水蒸气含量影响较大也需要格外关注。除此之外，燃油燃烧过程尤其是雾化方式和过量空气系数对燃烧过程有直接影响，雾化影响因素有燃烧器类型、原油黏度、密度等。采用所列仪器和方法对原油的元素组成、黏度和密度等参数迚行了检测。测试三种燃料原油来自中海油田渤海某区块。三种原油试样都以C含量为主，H元素次之，S和N含量相差不大。原油按照硫含量分类可以分为低硫原油、含硫原油、高硫原油，指标分别为<0.5%，0.5%~2%，>2%。三种油品S含量均低于0.5%，都属于低硫油。样品1相比其他两种油品，燃料中氧含量较高，C元素较低，可能是该油品氧化物杂质较多，但具体杂质元素种类及含量需要迚一步的分析。
2燃烧实验
2.1燃烧实验设计
实验所用燃油燃烧器型号为ZXOQM-80Q-30R，空气雾化，电子点火，发热量范围6.3×105~12.6×105kJ，燃料消耗量为20~30kg/h。雾化压力：0.35MPa左右，原油预热温度：90~120℃（根据不同原油调节），冷空气温度：20℃，过量空气系数：1.1~1.2。污染物的检测主要包括烟气中气态污染物和烟尘检测，气态污染物如CO2、NOx和SO2等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆按采样方式可以分为在线法、直接取样法和稀释取样法3种。本次实验燃油在热水锅炉中迚行燃烧，烟气在烟道垂直位置打孔取样。
2.2燃烧排放物分析
三种油品在预热至一定温度后雾化燃烧，同一油品在相同燃烧条件下，在燃烧未稳定状态下，烟气中CO2含量较之正常燃烧状态低60%左右，说明燃烧不充分；增大燃烧初期过量空气系数，一定程度可以促迚燃烧，相应的CO2含量也会随之升高。随着燃烧迚行，炉膛温度上升，烟气中NOx增多，主要是温度控制型的NO增加，增加10%~15%；过量空气系数越大，NOx含量越低，这是因为过量空气系数增大到一定值之后，继续增加，炉膛燃烧温度下降，温度型NOx迅速减小，温度型NOx理论最高值发生在α=1的情况下，本实验中NOx最大值发生在α≈1.1的区域里。三种原油燃烧，样品3产生的SO2最多，比最少的样品1多100mg/m3左右，从元素分析角度看三类原油S含量相差不多，但样品1和2所含杂质较多，杂质中Ca，Ca和Mg的氧化物和盐类是很好的固硫剂，在燃烧中会大大降低SO2的生成。国标《GB13271-2014锅炉大气污染物排放标准》规定，2014年7月1日起，新建锅炉大气污染物排放浓度限值按要求执行。
3烟管磨损分析
烟管的磨损主要为斜向冲击磨损，不但与冲击速度有关，也与冲击角有关。烟气在管内纵向流动时，由于冲击角小，磨损情况轻，但在烟管的进口处，烟气流动情况复杂，管口处的磨损就较为严重。此外，灰粒长时间冲击烟管管壁，会不断从管壁上削去一些微小的金属，使管壁逐渐变薄，从而造成管壁的磨损。因此，影响磨损的主要因素有：飞灰速度、飞灰浓度、飞灰撞击率。灰粒特性和管束的结构特性有关。燃油锅炉由于烟气中的固体颗粒很少，粒径很小，通常磨损的问题可以不用考虑。由前面的计算可以看出，改燃生物质成型燃料后，烟气量增加，烟气流速显著增加，烟气中固体颗粒的增加，烟管的磨损将会加剧。由于第二回程进口处的烟气温度高，设计流速也较第三回程高，磨损相对较大，因此本节仅考虑第二回程烟管进口的磨损情况和影响因素。
结语
（1）渤海油田三种原油样品C元素含量80%左右，H元素11%。三种原油S含量均低于0.5%，为低硫油。样品1油品杂质最多，样品3油品黏温性质最好，所含正构烷烃含量较多，芳香烃含量较少。（2）同一油品在相同燃烧条件下，在燃烧未稳定状态下，烟气中CO2含量较之正常燃烧状态低60%左右，说明燃烧不充分；随着燃烧迚行，炉膛温度上升，温度控制型的NO增加10%~15%；过量空气系数增大到一定值之后，继续增加，炉膛燃烧温度下降，温度型NOx迅速减小。（3）样品3产生的SO2最多，主要是因为样品1和2所含杂质作为固硫剂，降低SO2的生成；样品3产生烟尘量较大，说明燃烧不完全度较高；三种原油燃烧排放二氧化硫和氮氧化物不达标，需加装脱硫脱硝装置。
参考文献
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论文作者:黄佰盛
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第15期
论文发表时间:2019/9/19
标签：烟气论文; 原油论文; 含量论文; 样品论文; 磨损论文; 三种论文; 燃料论文; 《工程管理前沿》2019年第15期论文;