CN103090370A - 一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构及配风方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构及配风方法，其结构包括布置在辐射段的上部的蒸汽-空气换热器，其外管连引风管路和热空气分配器进口管路，内管连引蒸汽管路和回水管路，引蒸汽管路连蒸汽取样分离器，回水管路连柱塞泵，引风管路连风机出口，热空气分配器进口管路连热空气分配器入口，空气分配器的出口通过第二级配风管路和辐射段尾部连接；方法为：经风机加压后第二级配风在蒸汽-空气换热器内加热后由热空气分配器分为三路，流量相同的三路热空气以切圆送风的方式喷入辐射段尾部；第二级配风提高了辐射段尾部的含氧量，促进燃油的进一步燃烧，同时形成旋风，将烟气中的泥沙分离出来，降低下游对流段烟气中飞灰浓度，减少对流管束的积灰。
Description
技术领域
本发明涉及燃油注汽锅炉技术领域，具体涉及一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构及配风方法。
背景技术
注汽锅炉是开采稠油的重要设备，锅炉将产生的高温高压饱和蒸汽注入油井，使稠油温度升高，粘度降低，易于开采。注汽锅炉由辐射段、过渡段、对流段、水-水换热器及连接管路组成。注汽锅炉以燃油作燃料，但从经济方面考虑，通常选用重油作为主要燃料。重油是石油精炼过程中最后剩余的低挥发性产品，高沸点高分子的碳氢化合物所占比重很大，原油中的泥沙等杂质大部分或全部滞留在重油中，重油粘度高，挥发性低，燃烧困难，而且很难燃尽。重油中含有较多的胶质沥青质，重油雾化难度增加，使用传统的燃油燃烧器，所有空气全部与重油混合，会导致辐射段火焰尾部处空气中含氧量严重不足，重油很难燃烧充分，会产生大量絮状焦壳类烟尘，由于缺少氧气，重油蒸汽中碳氢化合物热解产生炭黑粒子，产生炭黑类烟尘。重油很难燃燃烧完全，燃烧效率低，导致重油的能量利用有限，能量利用率低，不符合国家节能减排的要求，而且重油燃烧后的烟气中含大量焦壳类灰尘、炭黑、泥灰，长时间运行后，对流管束会出现严重的粘结性积灰，严重影响对流段传热效果，降低注汽锅炉热效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构及配风方法，通过本发明配风结构能够将第二级配风以切圆方式喷入注汽锅炉卧式辐射段尾部1/4处，增加辐射段尾部空气中的含氧量，促进燃油的燃烧，减少炭黑的生成，使燃烧过程中生成的焦壳类灰尘再次燃烧，利于燃油的充分燃烧，提高注汽锅炉燃烧效率；同时第二级配风喷入辐射段会产生旋风，使烟气旋转运动，烟气中的沙粒、泥灰因质量大而被旋转分离出来，沉积在辐射段下部。采用这种配风结构及配风方法，极大地提高锅炉燃烧效率，减少了烟气中焦壳类灰尘、炭黑粒子的浓度，并且在辐射段尾部形成旋风，将大颗粒泥灰从烟气中分离出来，有效降低对流管束的结渣、积灰。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构，包括布置在注汽锅炉辐射段17的上部的蒸汽-空气换热器4，所述蒸汽-空气换热器4为套管式换热器，其外管连接引风管路3和热空气分配器进口管路5，其内管连接引蒸汽管路1和回水管路2，所述引蒸汽管路1连接注汽锅炉蒸汽取样分离器14，回水管路2连接注汽锅炉柱塞泵15，引风管路3连接注汽锅炉风机16出口，热空气分配器进口管路5连接热空气分配器6的入口，空气分配器6的三个出口通过三路第二级配风管路7和注汽锅炉的辐射段17尾部连接，在所述引风管路3上设置有空气流量调节阀9，在所述引蒸汽管路1上设置有蒸汽流量调节阀10，在所述三路第二级配风管路7均设置有第二级配风调节阀8。
所述每个第二级配风管路7的末端连接有喷口13，三个第二级配风管路7的三个喷口13位于辐射段17同一圆形纵剖面上，在圆形纵剖面上每隔120°布置，其中一个喷口位于纵剖面的顶部，所述纵剖面位于辐射段尾部1/4处，所述喷口13为渐缩喷口。
所述喷口13长为100mm，末端外径为40mm，壁厚为5mm。
还包括紧贴辐射段17辐射管圈内侧设置的挡灰板12。
所述挡灰板12是厚度为40mm的环形保温层，其宽度为300mm。
所述热空气分配器6是外径为400mm、壳厚度为12mm的球壳，一个入口和三个出口均布于球心所在的水平轴面上。
所述蒸汽-空气换热器4的内管采用外径为60~70mm的20G碳钢管，外管采用外径为110~120mm的20G碳钢管，所述回水管路2和引蒸汽管路1采用外径为60~70mm的20G碳钢管，所述引风管路3和热空气分配器进口管路5采用外径为60~70mm的20G碳钢管。
上述所述提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构的配风方法，取锅炉过量空气系数为1.17，经注汽锅炉风机16加压后的空气中，通过空气流量调节阀9的调节把量为αB的空气作为第一级配风，直接通入注汽锅炉燃烧器18与雾化燃油混合，剩余0.17αB的空气作为第二级配风，其中α为每千克燃油的理论空气量，B为燃料消耗量；第二级配风通过引风管路3引入蒸汽-空气换热器4的外管，空气流量由安装在引风管路3上的空气流量调节阀9调整；同时，加热空气的蒸汽来自于蒸汽取样分离器14，由引蒸汽管路1引入蒸汽-空气换热器4的内管用于加热第二级配风，蒸汽流量由安装在引蒸汽管路1上的蒸汽流量调节阀10调节，第二级配风在蒸汽-空气换热器4内加热后由热空气分配器6分为三路，三路第二级配风通过三个第二级配风管路7的三个喷口13以切圆方式喷入注汽锅炉的辐射段17尾部，三路第二级配风流量由安装在第二级配风管路7上的第二级配风调节阀8调整。
正常运行情况下，通过调整第二级配风调节阀8使三路第二级配风流量相同，确保切圆圆心与辐射段轴线重合；同时，每隔4小时进行9分钟的第二级配风变流量脉冲调整操作，即调节第二级配风管路上的第二级配风调节阀8使第一路空气流量增大，则第二路和第三路空气流量减少，并且调节第二级配风调节阀8确保第二路和第三路流量相同，在此状态下运行3分钟；接下来调节第二级配风调节阀8使第二路空气流量增大，第一路和第三路空气流量减少，但流量相同，运行3分钟；然后使第三路空气流量增大，第一路和第二路流量减少，但流量相同，运行3分钟。
所述第二级配风调节阀8采用电动调节阀。
所述回水管路2将蒸汽冷凝产生的冷凝水引入注汽锅炉柱塞泵15，作为锅炉给水。
本发明采用两级配风，并且将第二级配风加热后以切圆方式喷入辐射段尾部，改善燃油的燃烧，增大辐射段尾部烟气的含氧量，促进燃油的充分燃烧，减少炭黑粒子和焦壳类灰尘的生成，更有效地利用燃油的能量，极大地提高注汽锅炉的燃烧效率，符合国家节能减排的发展方向。燃烧效率的提高，使烟气中因燃油未燃烧充分而产生的焦壳类灰尘、炭黑粒子的浓度极大地降低，而且第二级配风以切圆方式喷入辐射段，在辐射段尾部形成旋风，能将烟气中大颗粒的泥灰分离出来，极大地降低了对流段烟气中灰尘的浓度，有效降低了对流管束的结渣、积灰，提高注汽锅炉的热效率。
附图说明
图1为应用了本发明一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构和配风方式的注汽锅炉的流程图。
图2为应用了本发明一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构和配风方式的注汽锅炉的俯视图。
图3为本发明一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构和配风方式中蒸汽-空气换热器结构图。
图4为本发明一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构和配风方式中热空气分配器主视图。
图5为本发明一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构和配风方式中热空气分配器俯视图。
图6为本发明一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构和配风方式中喷口布置及理想切圆位置图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明结构进行详细说明。
如图1和图2所示，本发明一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构，包括布置在注汽锅炉辐射段17上部的蒸汽-空气换热器4，所述蒸汽-空气换热器4为套管式换热器，其外管连接引风管路3和热空气分配器进口管路5，其内管连接引蒸汽管路1和回水管路2，所述引蒸汽管路1连接注汽锅炉蒸汽取样分离器14，回水管路2连接注汽锅炉柱塞泵15，引风管路3连接注汽锅炉风机16出口，热空气分配器进口管路5连接热空气分配器6的入口，空气分配器6的三个出口通过三路第二级配风管路7和注汽锅炉的辐射段17尾部连接，在所述引风管路3上设置有空气流量调节阀9，在所述引蒸汽管路1上设置有蒸汽流量调节阀10，在所述三路第二级配风管路7均设置有第二级配风调节阀8。
引蒸汽管路1入口连接注汽锅炉蒸汽取样分离器14，将锅炉终端蒸汽通过引蒸汽管路1引入蒸汽-空气换热器4用于加热第二级配风，蒸汽流量通过安装在引蒸汽管路1上的蒸汽流量调节阀10调节，蒸汽在蒸汽-空气换热器中放热后的冷凝水，含盐量极少，水质良好，符合注汽锅炉的给水要求，将其通过回水管路2引入注汽锅炉柱塞泵15作为注汽锅炉给水，引蒸汽管路1和回水管路2所用20G碳钢管在尺寸和材料上都与蒸汽-空气换热器4内管一致。引风管路3入口在注汽锅炉风机出口，将经风机加压后的第二级配风引入蒸汽-空气换热器4的外管，第二级配风的流量由引风管路上的设置添加的空气流量调节阀9调节。
如图3所示，蒸汽-空气换热器4是一种套管式换热器，采用六回程结构，为减少蒸汽-空气换热器4的散热损失，内管通蒸汽，外管通空气，内管选用外径为60~70mm的20G碳钢管，外管选用外径为110~120mm的20G碳钢管。蒸汽-空气换热器4布置在注汽锅炉辐射段17的上方，通过支撑架11固定在辐射段17上。
如图4和图5所示，热空气分配器6是外径为400mm、壳厚度为12mm的球壳，热空气分配器6有一个入口，三个出口，四个端口布置在热空气分配器6球心所在的水平轴面上，每隔90°布置一个端口。入口端连接热空气分配器入口管路5，每个出口端都连接有第二级配风管路7，热空气分配器将加热后的第二级配风分为三路，每路的流量由安装在第二级配风管路上的第二级配风调节阀8调整。第二级配风管路7使用外径为60mm的20G碳钢管，第二级配风管路将三路第二级配风引入锅炉辐射段，为确保正常运行情况下三路风的流量相同，在每个第二级配风管路上都加装第二级配风调节阀8，第二级配风调节阀采用电动调节阀。
如图6所示，三个第二级配风管路7末端均连接喷口13，三个喷口13位于同一辐射段17纵剖面上，在圆形纵剖面上每隔120°布置一个喷口，其中一个喷口位于纵剖面的顶部，纵剖面位于辐射段尾部1/4处；喷口为渐缩喷口，喷口长为100mm，末端外径为40mm，壁厚为5mm。三路第二级配风通过喷口13加速后以切圆方式喷入辐射段17，理想切圆直径为辐射段外壁直径的1/10，理想切圆圆心与辐射段轴线重合。挡灰板12布置在第二级配风冲墙处，挡灰板是厚度为40mm的环形保温层，紧贴辐射管圈内侧，宽度为300mm。
如图1所示，本发明提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构的配风方法，取锅炉过量空气系数为1.17，经注汽锅炉风机16加压后的空气中，通过空气流量调节阀9的调节把量为αB的空气作为第一级配风，直接通入注汽锅炉燃烧器18与雾化燃油混合，剩余0.17αB的空气作为第二级配风，其中α为每千克燃油的理论空气量，B为燃料消耗量。第二级配风通过引风管路3引入蒸汽-空气换热器4的外管；同时，加热空气的蒸汽来自于蒸汽取样分离器14，由引蒸汽管路1引入蒸汽-空气换热器4的内管用于加热第二级配风，蒸汽流量由安装在引蒸汽管路1上的蒸汽流量调节阀10调节，第二级配风在蒸汽-空气换热器4内加热后由热空气分配器6分为三路，如图6所示，三路第二级配风通过三个第二级配风管路7引入辐射段17，由第二级配风管路末端连接的三个喷口13以切圆方式喷入注汽锅炉的辐射段17尾部，第二级配风流量由安装在第二级配风管路7上的第二级配风调节阀8调整，确保理想切圆圆心与辐射段轴线重合。
注汽锅炉采用两级配风方式，能够有效改善辐射段的燃烧条件，利于燃油充分燃烧，提高注汽锅炉的燃烧效率，同时降低烟气中飞灰的浓度。第一级配风是将流量为αB的空气直接通入注汽锅炉燃烧器18与雾化燃油混合，然后进入注汽锅炉的辐射段17，此时辐射段17入口处空气量较少，燃油空气混合物温度较高，而且燃料浓度较高，利于着火；第二级配风是将流量为0.17αB的空气在蒸汽-空气换热器4内加热后，由热空气分配器6分为三路，再由第二级配风管路7引入卧式辐射段，通过喷口13将其以切圆方式喷入辐射段尾部，弥补辐射段尾部空气中含氧量不足的缺点，并且由于喷入的是热空气防止辐射段尾部烟温的急剧降低，保证燃烧的继续进行。第二级配风的通入，增大了辐射段尾部烟气的含氧量，减少炭黑粒子的生成，使生成的焦壳类灰尘重新燃烧，充分利用燃油的能量，提高锅炉燃料利用率，有效减少烟气中未燃成分的浓度，极大地提高注汽锅炉的燃烧效率。第二级配风在辐射段17尾部产生旋风，具有旋风分离的效果，烟气中的大颗粒沙粒、泥灰会从烟气中分离出来。由于第二级配风由喷口13加速风速较高，为防止第二级配风冲墙，造成锅炉辐射管圈磨损、结渣，在第二级配风冲墙处添加挡灰板12，挡灰板12为厚度为40mm的环形保温层，紧贴辐射管圈内侧，挡灰板宽度为300mm，切圆配风分离出的大颗粒泥沙、泥灰沉积在挡灰板12上，有效保护辐射管圈。正常运行情况下，通过调整第二级配风调节阀8使三路第二级配风流量相同，确保切圆圆心与辐射段轴线重合。同时，每隔4小时进行9分钟的第二级配风变流量脉冲调整操作，即调节第二级配风管路上的第二级配风调节阀8使第一路空气流量，由于第二级配风的总量相同，第一路流量增大必然导致另两路空气流量减少，并且调节第二级配风调节阀8确保第二路、第三路流量相同，在此状态下运行3分钟；然后调节第二级配风调节阀8使第二路流量增大，第一、三路空气流量减少，但流量相同，在此状态下运行3分钟；最后使第三路流量增大，第一、二路流量减少，但流量相同，在此状态下运行3分钟。变流量操作的效果是再次增大辐射段17尾部局部的氧含量，更利于燃油的充分燃烧，同时起到吹扫的目的，吹扫沉积在挡灰板12上的积灰，使其落在辐射段17底部，防止挡灰板12上积灰过多。采用两级配风，并且将第二级配风加热后以切圆方式喷入辐射段17尾部，改善燃油的燃烧，增大辐射段17尾部烟气的含氧量，促进燃油的充分燃烧，减少炭黑粒子和焦壳类灰尘的生成，更有效地利用燃油的能量，极大地提高注汽锅炉的燃烧效率，符合国家节能减排的发展方向。燃烧效率的提高，使烟气中因燃油未燃烧充分而产生的焦壳类灰尘、炭黑粒子的浓度极大地降低，而且第二级配风以切圆方式喷入辐射段，在辐射段尾部形成旋风，能将烟气中大颗粒的泥灰分离出来，极大地降低了对流段烟气中灰尘的浓度，有效降低了对流管束的结渣、积灰，提高注汽锅炉的热效率。
Claims (10)
1.一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构，其特征在于：包括布置在注汽锅炉辐射段（17）的上部的蒸汽-空气换热器（4），所述蒸汽-空气换热器（4）为套管式换热器，其外管连接引风管路（3）和热空气分配器进口管路（5），其内管连接引蒸汽管路（1）和回水管路（2），所述引蒸汽管路（1）连接注汽锅炉蒸汽取样分离器（14），回水管路（2）连接注汽锅炉柱塞泵（15），引风管路（3）连接注汽锅炉风机（16）出口，热空气分配器进口管路（5）连接热空气分配器（6）的入口，空气分配器（6）的三个出口通过三路第二级配风管路（7）和注汽锅炉的辐射段（17）尾部连接，在所述引风管路（3）上设置有空气流量调节阀（9），在所述引蒸汽管路（1）上设置有蒸汽流量调节阀（10），在所述三路第二级配风管路（7）均设置有第二级配风调节阀（8）。
2.根据权利要求1所述的一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构，其特征在于：所述每个第二级配风管路（7）的末端连接有喷口（13），三个第二级配风管路（7）的三个喷口（13）位于辐射段（17）同一圆形纵剖面上，在圆形纵剖面上每隔120°布置，其中一个喷口位于纵剖面的顶部，所述纵剖面位于辐射段尾部1/4处，所述喷口（13）为渐缩喷口。
3.根据权利要求2所述的一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构，其特征在于：所述喷口（13）长为100mm，末端外径为40mm，壁厚为5mm。
4.根据权利要求1所述的一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构，其特征在于：还包括紧贴辐射段（17）辐射管圈内侧设置的挡灰板（12）。
5.根据权利要求4所述的一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构，其特征在于：所述挡灰板（12）是厚度为40mm的环形保温层，其宽度为300mm。
6.根据权利要求1所述的一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构，其特征在于：所述热空气分配器（6）是外径为400mm、壳厚度为12mm的球壳，一个入口和三个出口均布于球心所在的水平轴面上。
7.根据权利要求1所述的一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构，其特征在于：所述蒸汽-空气换热器（4）的内管采用外径为60~70mm的20G碳钢管，外管采用外径为110~120mm的20G碳钢管，所述回水管路（2）和引蒸汽管路（1）采用外径为60~70mm的20G碳钢管，所述引风管路（3）和热空气分配器进口管路（5）采用外径为60~70mm的20G碳钢管。
8.权利要求1至7任一项所述的一种提高燃油注汽锅炉燃烧效率的配风结构的配风方法，其特征在于：取锅炉过量空气系数为1.17，经注汽锅炉风机（16）加压后的空气中，通过空气流量调节阀（9）的调节把流量为αB的空气作为第一级配风，直接通入注汽锅炉燃烧器（18）与雾化燃油混合，剩余0.17αB的空气作为第二级配风，其中α为每千克燃油的理论空气量，B为燃料消耗量；第二级配风通过引风管路（3）引入蒸汽-空气换热器（4）的外管，空气流量由安装在引风管路（3）上的空气流量调节阀（9）调整；同时，加热空气的蒸汽来自于蒸汽取样分离器（14），由引蒸汽管路（1）引入蒸汽-空气换热器（4）的内管用于加热第二级配风，蒸汽流量由安装在引蒸汽管路（1）上的蒸汽流量调节阀（10）调节，第二级配风在蒸汽-空气换热器（4）内加热后由热空气分配器（6）分为三路，三路第二级配风通过三个第二级配风管路（7）的三个喷口（13）以切圆方式喷入注汽锅炉的辐射段（17）尾部，三路第二级配风的流量由安装在第二级配风管路（7）上的第二级配风调节阀（8）调整。
9.根据权利要求8所述的配风方法，其特征在于：正常运行情况下，通过调整第二级配风调节阀（8）使三路第二级配风流量相同，确保切圆圆心与辐射段轴线重合；同时，每隔4小时进行9分钟的第二级配风变流量脉冲调整操作，即调节第二级配风管路上的第二级配风调节阀（8）使第一路空气流量增大，则第二路和第三路空气流量减少，并且调节第二级配风调节阀（8）确保第二路和第三路流量相同，在此状态下运行3分钟；接下来调节第二级配风调节阀（8）使第二路空气流量增大，第一路和第三路空气流量减少，但流量相同，运行3分钟；然后使第三路空气流量增大，第一路和第二路流量减少，但流量相同，运行3分钟。
10.根据权利要求8所述的配风方法，其特征在于：所述回水管路（2）将蒸汽冷凝产生的冷凝水引入注汽锅炉柱塞泵（15），作为锅炉给水。
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