CN105222123A - 一种高温富氧式过热注汽锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种稠油开采用的高温富氧式过热注汽锅炉，包括炉体、辐射段、过热段和富氧空气预热段，所述的辐射段和过热段设置在炉体内腔，富氧空气预热段设置在炉体外侧；锅炉还包括给水泵、混合器、汽水分离器、集联箱和燃烧器。本发明省去现有锅炉给水预热器和对流段的使用；在富氧空气预热段，高温烟气流经蓄热体时，将热量传递给蓄热体之后，通过蓄热体的连续转动再将热量传递给空气，使富氧空气变为高温富氧空气。如此不断循环，实现对注汽锅炉内的连续供应高温富氧空气，实现高温富氧燃烧，保证炉内火焰的稳定性，从而使炉内工况不易波动。这种燃烧方式节约燃料，增加产汽率，拉长火焰长度，使炉内的温度分布均匀，降低氮氧化物的排放浓度。

Description

一种高温富氧式过热注汽锅炉

技术领域

本发明涉及一种油田注汽锅炉，特别涉及一种稠油开采用高温富氧式过热注汽锅炉。

背景技术

随着CO₂的捕集、封存和利用研究的不断深入，CO₂驱油日渐受到重视。同时以蒸汽驱油的热力采油设备注汽锅炉也被广泛应用。由此众多研究人员将富氧燃烧技术应用在注汽锅炉上捕集CO₂，实现产品资源化利用的多联产。富氧燃烧是采用比空气中含氧量高的空气来助燃。目前富氧燃烧技术尤其是局部增氧技术已成功推广应用到燃油、燃气注汽锅炉上，并取得显著的经济效益和社会效益，节能率4%以上，CO下降80%以上。虽然富氧燃烧在节能率上具有显著效果，但其NO_x排放浓度优势并不突出。

高温空气燃烧技术即蓄热燃烧技术，它采用蓄热体“极限”回收烟气余热。烟气和空气轮流流过蓄热体来实现传热，当烟气流经蓄热体时，将蓄热体加热。当空气流经蓄热体时，蓄热体被冷却，空气被加热，空气温度可升高到1000℃以上。预热后的空气进入炉膛后，由于高速喷射，形成一低压区，抽引周围低速或静止的燃烧产物形成一股含氧体积浓度大大低于21%的贫氧高温气流。气体燃料(或雾化液体燃料)经喷嘴喷入炉内后，与此高温低氧气流扩散混合，发生与传统燃烧完全不同的高温低氧燃烧，但其在提高空气燃烧质量和降低单位燃料的排烟量方面存在严重缺陷。

另外目前注汽锅炉各个管线由于腐蚀造成的爆管事故频繁发生，而腐蚀直接与炉内的温度水平有关。注汽锅炉不同部位的温度不同会产生温差腐蚀。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种高温富氧式过热注汽锅炉，解决了现有技术中不能同时满足高效、节能及污染物排放低的问题。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高温富氧式过热注汽锅炉，包括炉体、辐射段、过热段和富氧空气预热段，所述的辐射段和过热段设置在炉体内腔，所述富氧空气预热段设置在炉体外侧；锅炉系统还包括给水泵、混合器、汽水分离器、集联箱和燃烧器；混合器分别与给水泵、辐射段及集联箱连通，汽水分离器分别与辐射段、过热段及集联箱连通，燃烧器分别与炉体和富氧空气预热段连通。

所述的富氧空气预热段为蓄热式空气预热器，蓄热式空气预热器布置在过热段上方。

所述的蓄热式空气预热器连接有烟气排出管道和富氧空气入口管道。

所述的辐射段的壳体为卧式圆筒结构；过热段的壳体为立式方箱结构，辐射段的壳体与过热段的壳体在空间上相互垂直。

所述的汽水分离器和集联箱布置在炉体外侧。

所述的集联箱连接有排污阀。

所述的集联箱与混合器之间饱和水管道III上设置有止回阀。

所述富氧空气预热段采用的助燃剂为富氧空气或常规空气。

本发明的优点在于：将高温空气燃烧技术和富氧燃烧技术结合在一起，形成高温富氧燃烧技术，并将其应用在注汽锅炉上，高温富氧空气采用蓄热式空气预热器产生，可实现对炉内的连续供应高温富氧空气，保证了炉内火焰的稳定性，从而保证炉内工况的稳定性，弥补了切换式蓄热燃烧系统的不足，充分地利用烟气的余热，提高了燃料的有效利用率，燃料利用率比常规注汽锅炉提高20%以上，产汽率提高10%以上，污染物排放降低，可使烟气中NO_X的排放减少40%以上，大幅度节约能源，同时燃料使用可以多样化，既能使用液体燃料、气体燃料也可使用固体燃料。在能源消费和能源污染日益紧张的今天，此项发明具有十分可观的发展前景。

附图说明

图1为高温富氧式过热注汽锅炉系统的示意图。

图中：1为经过处理的带压软化除氧水，2为给水泵，3为混合器，4为辐射段，5为管道I，6为汽水分离器，7为集联箱，8为排污阀，9为管道II，10为过热段，11为过热蒸汽出口，12为管道III，13为止回阀，14为燃料入口管道，15为燃烧器，16为烟道，17为蓄热式空气预热器，18为烟气排出管道，19为富氧空气入口管道，20为管道IV。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，本发明高温富氧式过热注汽锅炉系统包括炉体、辐射段4、过热段10和富氧空气预热段，所述的辐射段4和过热段10设置在炉体内腔，所述富氧空气预热段设置在炉体外侧，富氧空气预热段为蓄热式空气预热器17，蓄热式空气预热器17布置在过热段10上方，蓄热式空气预热器17连接有烟气排出管道18和富氧空气入口管道19；锅炉还包括给水泵2、混合器3、汽水分离器6、集联箱7和燃烧器15；汽水分离器6和集联箱7布置在炉体外侧；经过处理的带压软化除氧水1进入给水泵2，混合器3分别与给水泵2、辐射段4及集联箱7连通，汽水分离器6分别与辐射段4、过热段10及集联箱7连通，燃烧器15分别与燃料入口管道14、炉体和富氧空气预热段连通。

所述的辐射段的壳体为卧式圆筒结构；过热段的壳体为立式方箱结构，辐射段的壳体与过热段的壳体在空间上相互垂直。

锅炉的水流程为：经过处理的带压软化除氧水1经过给水泵2升压后，由混合器3给水入口端进入混合器3后，进入所述锅炉的辐射段4被加热成为饱和湿蒸汽，饱和湿蒸汽通过管道I由汽水分离器6的湿蒸汽入口端进入汽水分离器6进行汽水分离，饱和蒸汽由汽水分离器6顶部蒸汽出口端流出通过管道II进入所述锅炉的过热段10加热成为过热蒸汽，过热蒸汽由过热蒸汽出口11通过相应管道注入地下采油；由汽水分离器6分离出的饱和水由汽水分离器6底部饱和水出口端流出，由集联箱7顶部饱和水入口端进入集联箱7，饱和水由集联箱7饱和水出口端流出通过管道III至混合器3饱和水入口端进入混合器3，与锅炉给水混合，提高锅炉给水温度；集联箱7底部排污口设置排污阀8，当无机盐类达到一定浓度时进行排污；在集联箱7与混合器3之间饱和水管道III上设置止回阀13，以防止饱和水倒流。

锅炉的烟气流程为：烟气依次通过所述锅炉的辐射段4、过热段10后，通过烟道16由蓄热式空气预热器17烟气入口端流入蓄热式空气预热器17，将自身热量传递给蓄热体后由蓄热式空气预热器17烟气出口端通过烟气排出管道18流出，温度可以降低至110~150℃，最后通过所述锅炉的烟囱排入大气中。

锅炉的空气流程：通过膜法、深冷分离法和变压吸附法等方法制取的富氧空气通过鼓风机增压后通过富氧空气入口管道19由蓄热式空气预热器17入口端进入蓄热式空气预热器17，吸收蓄热体的热量后被加热成为高温富氧空气，富氧空气温度可达到1000℃以上，由蓄热式空气预热器17空气出口端流出，通过管道IV进入燃烧器15，最后通过燃烧器15与燃料在炉体内混合燃烧。

高温富氧燃烧技术的实现过程：通过膜法、深冷分离法和变压吸附法等方法制取的富氧空气进入蓄热式空气预热器，将其加热成为高温富氧空气。高温烟气流过蓄热体时，将热量传递给蓄热体之后通过蓄热体的连续转动再将热量传递给富氧空气，从而达到预热富氧空气的目的。如此不断循环，可实现对注汽锅炉内的连续供应高温富氧空气，保证了炉内火焰的稳定性，从而使炉内工况不易波动。

本发明将高温空气燃烧技术和富氧燃烧技术结合在一起，形成高温富氧燃烧，助燃剂采用富氧空气；高温富氧空气由蓄热式空气预热器产生，利用蓄热体的旋转实现高温烟气和富氧空气的换热，富氧空气加热为高温富氧空气后送入燃烧器，与燃料进行混合燃烧，实现高温富氧燃烧。省去现有注汽锅炉的对流段和给水换热器，增设过热段和富氧空气预热段。可实现对注汽锅炉内的连续供应高温空气，保证了炉内火焰的稳定性，从而使炉内工况不易波动，弥补了切换式蓄热燃烧系统的不足。同时，混合器实现由汽水分离器分离出的饱和水与锅炉给水的直接混合，提高锅炉给水的温度。另外，本发明应用燃料多样化，既可以应用在燃油、燃气注汽锅炉上，也可应用在燃煤注汽锅炉上。本发明降低不同部位的温差，保持炉内的温度尽量均匀，降低腐蚀。

本发明的富氧空气预热段亦适用于常规空气预热段，即，本发明的助燃剂采用富氧空气，也可以为空气等其他助燃剂，以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高温富氧式过热注汽锅炉，其特征在于包括炉体、辐射段、过热段和富氧空气预热段，所述的辐射段和过热段设置在炉体内腔，所述富氧空气预热段设置在炉体外侧；锅炉还包括给水泵、混合器、汽水分离器、集联箱和燃烧器；混合器分别与给水泵、辐射段及集联箱连通，汽水分离器分别与辐射段、过热段及集联箱连通，燃烧器分别与炉体和富氧空气预热段连通。

2.根据权利要求1所述的一种高温富氧式过热注汽锅炉，其特征在于所述的富氧空气预热段为蓄热式空气预热器，蓄热式空气预热器布置在过热段上方。

3.根据权利要求2所述的一种高温富氧式过热注汽锅炉，其特征在于所述的蓄热式空气预热器连接有烟气排出管道和富氧空气入口管道。

4.根据权利要求1所述的一种高温富氧式过热注汽锅炉，其特征在于所述的辐射段的壳体为卧式圆筒结构；过热段的壳体为立式方箱结构，辐射段的壳体与过热段的壳体在空间上相互垂直。

5.根据权利要求1所述的一种高温富氧式过热注汽锅炉，其特征在于所述的汽水分离器和集联箱布置在炉体外侧。

6.根据权利要求1所述的一种高温富氧式过热注汽锅炉，其特征在于所述的集联箱连接有排污阀。

7.根据权利要求1所述的一种高温富氧式过热注汽锅炉，其特征在于所述的集联箱与混合器之间饱和水管道III上设置有止回阀。

8.根据权利要求1所述的一种高温富氧式过热注汽锅炉，其特征在于所述富氧空气预热段采用的助燃剂为富氧空气或常规空气。