CN102927561A - 重油锅炉的燃烧系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重油锅炉的燃烧系统及方法，燃烧系统包括进风管、空气风机、置于炉膛外侧的一个以上的风箱、设于每个风箱上的燃尽风喷口、数个燃烧器及点火器，每个燃烧器均包括由内到外套设的雾化油枪、一次风管和二次风管，雾化油枪包括相连的油管和喷嘴，在一次风管内的前端设有稳燃器，在二次风管内设有旋流器，在喷嘴的前端面上同心的设有两圈喷孔，每圈喷孔均包括等间距设置的数个喷孔，两圈喷孔在圆周上间隔排列，且外圈喷孔的孔径和喷射角度均较内圈喷孔的为大；锅炉的省煤器出口还通过烟气循环管与进风管相连，在烟气循环管上设有循环风机。使用该燃烧系统及方法，能大幅降低氮氧化物的产生，满足日益提高的环保要求，具有更广的市场前景。

Description

重油锅炉的燃烧系统及方法

技术领域

   本发明涉及一种用于重油锅炉的燃烧系统及方法。

背景技术

重油是一种液态化石燃料，与常规煤粉相比，燃烧净热值高；与天然气等气体燃料相比，系统更为简单安全、易于储存且不受地域限制，与轻油相比，由于制作工艺的区别更为经济便宜。近年来，随着优质燃油和天然气的价格不断上涨，重油在中东等产油国家作为替代动力燃料越来越受到的重视。在中东等重油储量较大的国家，以重油为主燃料的锅炉更是新建电站的首选，因此燃油机组在一些产油国家还有相当大的市场。

目前，电站锅炉主要使用的是石油制品中的重油或渣油，它是原油经过加热精炼后分馏出汽油、煤油和柴油后剩下的残留物，其着火和燃尽特性比煤粉容易，但是现有的重油锅炉在燃烧中容易产生高氮氧化物（NOx）等污染物排放，氮氧化物的排放往往达到800mg/Nm³，因为在燃料的燃烧过程中，氮氧化物的生成是燃烧反应的一部分，燃烧生成的氮氧化物主要是NO和NO2，统称为NOx。在锅炉燃料的燃烧过程中生成的NOx，其生成方式主要有三个：热力型、快速型和燃料型。 

燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应,其生成机理称为扩大的捷里多维奇机理,随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1500°C时，NO的生成量很少，而当T>1500°C时，T每增加100°C，反应速率增大6-7倍。温度对热力NOx的影响是非常明显的，除此之外，过剩空气系数、停留时间、压力等对热力型有一定影响，一般油燃烧过程中热力型NOx生成量最多,占总量的70%-80%。

快速型

1971 年费尼莫尔提出了快速型NOx的生成反应机理。碳氢化合物燃料燃烧时，如果碳氢化合物的浓度较高，快速型NOx会在反应区域附近迅速生成， NO快速型NOx 多产生于氧气浓度较低的富燃料燃烧情况，同时快速型NOx对温度的依赖性较弱，仅在低温时才考虑，它占总量的15%-20%。；高温时热力型NOx较多，快速型可以忽略不计。燃料型氮氧化物所占比例较少。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述不足，提供一种重油锅炉的燃烧系统及方法，它能大幅降低重油燃烧产生的氮氧化物，满足日益提高的环保要求，具有更广的市场前景。

为达到上述目的，本发明的一种重油锅炉的燃烧系统，包括进风管、空气风机、置于炉膛外侧的一个以上的风箱、设于每个风箱上的燃尽风喷口、位于燃尽风喷口下方的数个燃烧器及点火器，每个燃烧器均包括由内到外套设的雾化油枪、一次风管和二次风管，雾化油枪包括相连的油管和喷嘴，在一次风管内的前端设有稳燃器，在二次风管内设有旋流器，其特征在于在喷嘴的前端面上同心的设有两圈喷孔，每圈喷孔均包括等间距设置的数个喷孔，两圈喷孔在圆周上间隔排列，且外圈喷孔的孔径和喷射角度均较内圈喷孔的为大；锅炉的省煤器出口还通过烟气循环管与进风管相连，在烟气循环管上设有循环风机。

使用上述燃烧系统的方法为：通过烟气循环管和循环风机，从省煤器出口抽取5%-20%烟气与空气混合均匀后再送入炉膛外侧的一个以上的风箱，混合气的氧浓度控制在13-20％；通过设置流通截面积，控制混合气风量的65%-90%进入各燃烧器，在各燃烧器内雾化油枪的油管中通入重油，经油枪前端的喷嘴形成数股按内、外圈同心排列的且内淡外浓的喷雾，外圈喷雾的喷射角度大于内圈，并将内、外圈的喷雾在圆周上间隔设置，经点火器点燃后形成数股分割燃烧的火焰，且内圈的火焰小，外圈的火焰大，混合气由内到外围绕各燃烧器的油枪形成平流的一次风和旋流的二次风；控制混合气风量的10%-35%进入燃烧器上方的燃尽风喷口，燃尽风在1350-1500℃的温度段处向炉膛内吹入。

采用上述方法，烟气循环风与燃烧用空气均匀混合后，烟气再循环的利用，降低了燃烧用空气的氧浓度，其氧浓度控制在13～20％，燃烧区温度在1600-1700℃，这已比正常的燃烧区温度更低，其过剩空气系数较低，可大幅降低热力型的；在圆周上间隔设置的内、外圈的喷雾及喷射角度的不同，形成分割燃烧的数股火焰，可避免互相点火升温，又由于火焰小，火焰散热表面积增大，冷却条件改善，从而使火焰温度降低，另一方面，分股燃烧缩短了N和O等气体在火焰中的停留时间，使得NOx生成量进一步降低；一次风为平流，二次风为旋流，内淡外浓的喷雾，形成内部低氧少油、外围富氧多油的燃烧状态，均可抑制快速型氮氧化物的生成；同时小火焰角度小，粒度细，能够形成稳定燃烧的火焰，不增加烟尘浓度和不完全燃烧损失；燃尽风位置为1350-1500℃的温度段，既可使得燃料燃烧完全，降低烟尘浓度，又可避免生产新的氮氧化物；

作为本发明的进一步改进，在二次风管外还套设有三次风管，在三次风管内也设有旋流器，该旋流器的叶片角度比二次风管内的为大；使用时，在各燃烧器的二次风外还形成旋流的三次风，且三次风的旋流强度大于二次风；小油孔出来的粒径细，而且细油粒能够只能进入一、二次风，从而能够形成稳定燃烧的火焰，大角度的油孔出来的粒径粗，能够穿透至三次风从而进一步促成形成分离火焰；增设三次风，可实现阶段性供氧，达到燃烧器区域中心欠氧、外围富氧的效果，能保证浓、淡两部分烟气离开炉膛前能完全混合，以防止产生不完全燃烧损失；三次风的旋流强度大于二次风，可推迟二、三次风的掺混，使得二次风内低氧燃烧的时间延长，燃烧温度更低，有利于抑制氮氧化物的生成；

作为本发明的进一步改进，所述外圈喷孔的喷射角度为80-100°，内圈喷孔的喷射角度为60-80°；该角度内圈火焰既能进入二次风，烟气混合均匀，又能实现内、外圈火焰分割，进一步降低火焰温度；

作为本发明的进一步改进，所述烟气循环管与进风管通过静态混合器相连，静态混合器包括数块间隔设于进风管相对两侧壁上的导流板，其中进风管一部侧壁位于烟气循环管内，在该部侧壁相邻两导流板之间开有数个烟气入口；可实现烟气和空气的均匀混合；

作为本发明的进一步改进，在一次风管的前端管口设有向外弯折的火焰分割环；火焰分割环改变二次风在通过火焰分割环时的送入方向，可推迟二次风与火焰的混合时间，即将火焰在直径方向分割为两部分，更好的实现火焰分割；

作为本发明的进一步改进，还设有连接锅炉底部和烟气循环管的助燃风管，在助燃风管上和进风管前的烟气循环管上均设有调压阀；可将从省煤器出口抽取的烟气一部分从锅炉底部送入炉膛助燃，可达到更佳的燃烧状态，又便于调节燃烧时的氧浓度；

综上所述，本发明能大幅降低重油燃烧产生的氮氧化物，满足日益提高的环保要求，具有更广的市场前景。

附图说明

图1为本发明重油锅炉的燃烧系统实施例的结构示意图。

图2为图1中燃烧器的结构简图。

图3为图2中雾化油枪喷嘴的端面视图。

图4为雾化油枪喷嘴喷射角度的示意图。

图5为静态混合器的局部剖立体结构简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图5所示，该重油锅炉的燃烧系统，包括进风管1、空气风机2、置于炉膛3外侧相对设置的两个风箱4、设于每个风箱4上的燃尽风喷口5、位于燃尽风喷口5下方的数个燃烧器6及点火器17，两风箱4上的燃尽风喷口5、数个燃烧器6对冲设置，每个燃烧器6均包括由内到外套设的雾化油枪7、一次风管8、二次风管9和三次风管10，相邻的风管之间通过连杆相连，雾化油枪7包括相连的油管71和喷嘴72，在一次风管8内的前端设有稳燃器11，在一次风管8的前端管口设有向外弯折的火焰分割环12，在二次风管9和三次风管10内均设有旋流器13或14，三次风管10内旋流器14的叶片角度比二次风管9内的为大，在喷嘴72的前端面上同心的设有两圈喷孔，每圈喷孔均包括等间距设置的三个喷孔15或16，两圈喷孔在圆周上间隔排列，且外圈喷孔15的孔径较内圈喷孔16的为大，所述外圈喷孔15的喷射角度b为80-100°，内圈喷孔16的喷射角度a为60-80°；锅炉省煤器18的出口还通过烟气循环管19与进风管1相连，在烟气循环管19上设有循环风机20，在烟气循环管19与进风管1的连接处设有静态混合器21，静态混合器21包括数块间隔设于进风管1相对两侧壁上的导流板22，其中进风管1一部侧壁位于烟气循环管19内，在该部侧壁相邻两导流板22之间开有数个烟气入口23；锅炉底部通过助燃风管24与烟气循环管19相连，在助燃风管24上和进风管1前的烟气循环管19上均设有调压阀25。

使用上述燃烧系统的方法为：1）通过烟气循环管19和循环风机20，从省煤器18的出口抽取5%-20%烟气，经静态混合器20与空气混合均匀后再送入炉膛外侧的两个风箱4，混合气的氧浓度控制在13-20％；通过设置风箱4内的流通截面积，控制混合气风量的65%-90%进入各燃烧器6，混合气风量的10%-35%进入燃烧器6上方的燃尽风喷口5，在各燃烧器内雾化油枪7的油管71中通入重油，经油枪前端喷嘴72上两圈排列的六个大、小喷孔15或16，形成六股按内、外圈同心排列的且内淡外浓的喷雾，外圈喷雾的喷射角度为80-100°，内圈喷雾的喷射角度为60-80°，内、外圈的喷雾在圆周上间隔设置，经点火器17点燃后形成六股分割燃烧的火焰，由于孔径不同，内圈的火焰小，外圈的火焰大，混合气由内到外围绕各燃烧器6的油枪形成平流的一次风和旋流的二次风和三次风，由于三次风管10内旋流器14的叶片角度比二次风管9内的为大，三次风的旋流强度大于二次风；燃尽风喷口5喷出的燃尽风在1350-1500℃的温度段处向炉膛内吹入，通过助燃风管24将从省煤器出口抽取的烟气一部分从锅炉底部送入炉膛助燃。

采用上述方法，对冲设置的燃尽风喷口5和数个燃烧器6，具有良好的燃料、空气分布，对冲燃烧由于火焰不需要在炉膛形成旋转火球，可以避免因此而带来的烟温偏差，而且气流冲刷水冷壁的机会较少，能够避免燃烧器区域产生结渣和腐蚀；烟气循环抽风口布置于省煤器18的出口，此处烟气温度为350-380℃，较为合适，如抽取口温度过高将会使得风机无法耐受，温度过低的话又极易造成风机的腐蚀，同时对锅炉炉内温度影响过大，烟气循环抽风量比例控制在5%-20%，其比例过小对降低NOx作用不明显，其比例过大，在增加再循环风机20的能耗的同时对锅炉尾部受热面影响过大；

烟气循环风与燃烧用空气均匀混合，烟气再循环的利用，降低了燃烧用空气的氧浓度，其氧浓度控制在13～20％，燃烧区温度在1600-1700℃，这已比正常的燃烧区温度更低，其过剩空气系数较低，可大幅降低热力型的；在圆周上间隔设置的内、外圈的喷雾及喷射角度的不同，形成分割燃烧的数股火焰，火焰分割环12改变二次风在通过火焰分割环12时的送入方向，可推迟二次风与火焰的混合时间，即将火焰在直径方向分割为两部分，更好的实现火焰分割，火焰分割可避免互相点火升温，又由于火焰小，火焰散热表面积增大，冷却条件改善，从而使火焰温度降低，另一方面，分股燃烧缩短了N和O等气体在火焰中的停留时间，使得NOx生成量进一步降低；一次风为平流，二、三次风为旋流，内淡外浓的喷雾，形成内部低氧少油、外围富氧多油的燃烧状态，均可抑制快速型氮氧化物的生成；小油孔出来的粒径细，而且细油粒能够只能进入一、二次风，同时小火焰角度小，从而能够形成稳定燃烧的火焰，不增加烟尘浓度和不完全燃烧损失，稳燃器11在一次风管8中的占空比为50%-80%，可提高稳燃效果；大角度的喷孔15出来的粒径粗，能够穿透至三次风从而进一步促成形成分离火焰；二、三次风的形成还可实现阶段性供氧，达到燃烧区域中心欠氧、外围富氧的效果，能保证浓、淡两部分烟气离开炉膛前能完全混合，以防止产生不完全燃烧损失；三次风的旋流强度大于二次风，可推迟二、三次风的掺混，使得二次风内低氧燃烧的时间延长，燃烧温度更低，有利于抑制氮氧化物的生成；外圈喷孔15的喷射角度为80-100°，内圈喷孔16的喷射角度为60-80°，该角度内圈火焰既能进入二次风，烟气混合均匀，又能实现内、外圈火焰分割，进一步降低火焰温度；燃尽风位置为1350-1500℃的温度段，既可使得燃料燃烧完全，降低烟尘浓度，又可避免生产新的氮氧化物；助燃风管24将从省煤器出口抽取的烟气一部分从锅炉底部送入炉膛助燃，可达到更佳的燃烧状态，又便于调节燃烧时的氧浓度，控制氮氧化物的生成；通过该发明的采用，能够使得NOx排放下降至250mg/Nm³以下，远低于早期油燃烧系统800mg/Nm³以上的氮氧化物排放量。 

Claims (10)

1.一种重油锅炉的燃烧系统，包括进风管、空气风机、置于炉膛外侧的一个以上的风箱、设于每个风箱上的燃尽风喷口、数个燃烧器及点火器，每个燃烧器均包括由内到外套设的雾化油枪、一次风管和二次风管，雾化油枪包括相连的油管和喷嘴，在一次风管内的前端设有稳燃器，在二次风管内设有旋流器，其特征在于在喷嘴的前端面上同心的设有两圈喷孔，每圈喷孔均包括等间距设置的数个喷孔，两圈喷孔在圆周上间隔排列，且外圈喷孔的孔径和喷射角度均较内圈喷孔的为大；锅炉的省煤器出口还通过烟气循环管与进风管相连，在烟气循环管上设有循环风机。

2.如权利要求1所述的重油锅炉的燃烧系统，其特征在于在二次风管外还套设有三次风管，在三次风管内也设有旋流器，该旋流器的叶片角度比二次风管内的为大。

3.如权利要求2所述的重油锅炉的燃烧系统，其特征在于所述外圈喷孔的喷射角度为80-100°，内圈喷孔的喷射角度为60-80°。

4.如权利要求1至3任一所述的重油锅炉的燃烧系统，其特征在于所述烟气循环管与进风管通过静态混合器相连，静态混合器包括数块间隔设于进风管相对两侧壁上的导流板，其中进风管一部侧壁位于烟气循环管内，在该部侧壁相邻两导流板之间开有数个烟气入口。

5.如权利要求4所述的重油锅炉的燃烧系统，其特征在于在一次风管的前端管口设有向外弯折的火焰分割环。

6.如权利要求5所述的重油锅炉的燃烧系统，其特征在于还设有连接锅炉底部和烟气循环管的助燃风管，在助燃风管上和进风管前的烟气循环管上均设有调压阀。

7.一种重油锅炉的燃烧方法，其特征在于：从省煤器出口抽取5%-20%烟气与空气混合均匀后再送入炉膛外侧的一个以上的风箱，混合气的氧浓度控制在13-20％；控制混合气风量的65%-90%进入各燃烧器，在各燃烧器内雾化油枪的油管中通入重油，经油枪前端的喷嘴形成数股按内、外圈同心排列的且内淡外浓的喷雾，外圈喷雾的喷射角度大于内圈，并将内、外圈的喷雾在圆周上间隔设置，经点火器点燃后形成数股分割燃烧的火焰，且内圈的火焰小，外圈的火焰大，混合气由内到外围绕各燃烧器的油枪形成平流的一次风和旋流的二次风；控制混合气风量的10%-35%进入燃烧器上方的燃尽风喷口，燃尽风在1350-1500℃的温度段处向炉膛内吹入。

8.如权利要求7所述的重油锅炉的燃烧方法，其特征在于在各燃烧器的二次风外还形成旋流的三次风，且三次风的旋流强度大于二次风。

9.如权利要求7或8所述的重油锅炉的燃烧方法，其特征在于在燃烧器的一、二次风之间设置火焰分割环，改变二次风在通过火焰分割环时的送入方向，可推迟二次风与火焰的混合时间。

10.如权利要求9所述的重油锅炉的燃烧方法，其特征在于将从省煤器出口抽取的烟气一部分从锅炉底部送入炉膛助燃。

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