專利名稱：重油鍋爐的燃燒系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種用于重油鍋爐的燃燒系統及方法。
背景技術：
重油是一種液態化石燃料，與常規煤粉相比，燃燒凈熱值高；與天然氣等氣體燃料相比，系統更為簡單安全、易于儲存且不受地域限制，與輕油相比，由于制作工藝的區別更為經濟便宜。近年來，隨著優質燃油和天然氣的價格不斷上漲，重油在中東等產油國家作為替代動力燃料越來越受到的重視。在中東等重油儲量較大的國家，以重油為主燃料的鍋爐更是新建電站的首選，因此燃油機組在一些產油國家還有相當大的市場。目前，電站鍋爐主要使用的是石油制品中的重油或渣油，它是原油經過加熱精煉 后分餾出汽油、煤油和柴油后剩下的殘留物，其著火和燃盡特性比煤粉容易，但是現有的重油鍋爐在燃燒中容易產生高氮氧化物(NOx)等污染物排放，氮氧化物的排放往往達到800mg/Nm3，因為在燃料的燃燒過程中，氮氧化物的生成是燃燒反應的一部分，燃燒生成的氮氧化物主要是NO和N02，統稱為NOx。在鍋爐燃料的燃燒過程中生成的NOx，其生成方式主要有三個熱力型、快速型和燃料型。燃燒時，空氣中氮在高溫下氧化產生，其中的生成過程是一個不分支連鎖反應，其生成機理稱為擴大的捷里多維奇機理，隨著反應溫度T的升高，其反應速率按指數規律增加。當T〈1500° C時，NO的生成量很少，而當T>1500° C時，T每增加100° C，反應速率增大6-7倍。溫度對熱力NOx的影響是非常明顯的，除此之外，過剩空氣系數、停留時間、壓力等對熱力型有一定影響，一般油燃燒過程中熱力型NOx生成量最多，占總量的70%-80%。快速型
1971年費尼莫爾提出了快速型NOx的生成反應機理。碳氫化合物燃料燃燒時，如果碳氫化合物的濃度較高，快速型NOx會在反應區域附近迅速生成，NO快速型NOx多產生于氧氣濃度較低的富燃料燃燒情況，同時快速型NOx對溫度的依賴性較弱，僅在低溫時才考慮，它占總量的15%-20%。；高溫時熱力型NOx較多，快速型可以忽略不計。燃料型氮氧化物所占比例較少。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術存在的上述不足，提供一種重油鍋爐的燃燒系統及方法，它能大幅降低重油燃燒產生的氮氧化物，滿足日益提高的環保要求，具有更廣的市場前景。為達到上述目的，本發明的一種重油鍋爐的燃燒系統，包括進風管、空氣風機、置于爐膛外側的一個以上的風箱、設于每個風箱上的燃盡風噴口、位于燃盡風噴口下方的數個燃燒器及點火器，每個燃燒器均包括由內到外套設的霧化油槍、一次風管和二次風管，霧化油槍包括相連的油管和噴嘴，在一次風管內的前端設有穩燃器，在二次風管內設有旋流器，其特征在于在噴嘴的前端面上同心的設有兩圈噴孔，每圈噴孔均包括等間距設置的數個噴孔，兩圈噴孔在圓周上間隔排列，且外圈噴孔的孔徑和噴射角度均較內圈噴孔的為大；鍋爐的省煤器出口還通過煙氣循環管與進風管相連，在煙氣循環管上設有循環風機。使用上述燃燒系統的方法為通過煙氣循環管和循環風機，從省煤器出口抽取5%-20%煙氣與空氣混合均勻后再送入爐膛外側的一個以上的風箱，混合氣的氧濃度控制在13-20%;通過設置流通截面積，控制混合氣風量的65%-90%進入各燃燒器，在各燃燒器內霧化油槍的油管中通入重油，經油槍前端的噴嘴形成數股按內、外圈同心排列的且內淡外濃的噴霧，外圈噴霧的噴射角度大于內圈，并將內、外圈的噴霧在圓周上間隔設置，經點火器點燃后形成數股分割燃燒的火焰，且內圈的火焰小，外圈的火焰大，混合氣由內到外圍繞各燃燒器的油槍形成平流的一次風和旋流的二次風；控制混合氣風量的10%-35%進入燃燒器上方的燃盡風噴口，燃盡風在1350-1500°C的溫度段處向爐膛內吹入。采用上述方法，煙氣循環風與燃燒用空氣均勻混合后，煙氣再循環的利用，降低了燃燒用空氣的氧濃度，其氧濃度控制在13 20%，燃燒區溫度在1600-1700°C，這已比正常的燃燒區溫度更低，其過剩空氣系數較低，可大幅降低熱力型的；在圓周上間隔設置的內、外圈的噴霧及噴射角度的不同，形成分割燃燒的數股火焰，可避免互相點火升溫，又由于火焰小，火焰散熱表面積增大，冷卻條件改善，從而使火焰溫度降低，另一方面，分股燃燒縮短·了 N和O等氣體在火焰中的停留時間，使得NOx生成量進一步降低；一次風為平流，二次風為旋流，內淡外濃的噴霧，形成內部低氧少油、外圍富氧多油的燃燒狀態，均可抑制快速型氮氧化物的生成；同時小火焰角度小，粒度細，能夠形成穩定燃燒的火焰，不增加煙塵濃度和不完全燃燒損失；燃盡風位置為1350-1500°C的溫度段，既可使得燃料燃燒完全，降低煙塵濃度，又可避免生產新的氮氧化物；
作為本發明的進一步改進，在二次風管外還套設有三次風管，在三次風管內也設有旋流器，該旋流器的葉片角度比二次風管內的為大；使用時，在各燃燒器的二次風外還形成旋流的三次風，且三次風的旋流強度大于二次風；小油孔出來的粒徑細，而且細油粒能夠只能進入一、二次風，從而能夠形成穩定燃燒的火焰，大角度的油孔出來的粒徑粗，能夠穿透至三次風從而進一步促成形成分離火焰；增設三次風，可實現階段性供氧，達到燃燒器區域中心欠氧、外圍富氧的效果，能保證濃、淡兩部分煙氣離開爐膛前能完全混合，以防止產生不完全燃燒損失；三次風的旋流強度大于二次風，可推遲二、三次風的摻混，使得二次風內低氧燃燒的時間延長，燃燒溫度更低，有利于抑制氮氧化物的生成；
作為本發明的進一步改進，所述外圈噴孔的噴射角度為80-100°，內圈噴孔的噴射角度為60-80° ;該角度內圈火焰既能進入二次風，煙氣混合均勻，又能實現內、外圈火焰分害I]，進一步降低火焰溫度；
作為本發明的進一步改進，所述煙氣循環管與進風管通過靜態混合器相連，靜態混合器包括數塊間隔設于進風管相對兩側壁上的導流板，其中進風管一部側壁位于煙氣循環管內，在該部側壁相鄰兩導流板之間開有數個煙氣入口 ；可實現煙氣和空氣的均勻混合；
作為本發明的進一步改進，在一次風管的前端管口設有向外彎折的火焰分割環；火焰分割環改變二次風在通過火焰分割環時的送入方向，可推遲二次風與火焰的混合時間，即將火焰在直徑方向分割為兩部分，更好的實現火焰分割；
作為本發明的進一步改進，還設有連接鍋爐底部和煙氣循環管的助燃風管，在助燃風管上和進風管前的煙氣循環管上均設有調壓閥；可將從省煤器出口抽取的煙氣一部分從鍋爐底部送入爐膛助燃，可達到更佳的燃燒狀態，又便于調節燃燒時的氧濃度；
綜上所述，本發明能大幅降低重油燃燒產生的氮氧化物，滿足日益提高的環保要求，具有更廣的市場前景。
圖I為本發明重油鍋爐的燃燒系統實施例的結構示意圖。圖2為圖I中燃燒器的結構簡圖。圖3為圖2中霧化油槍噴嘴的端面視圖。圖4為霧化油槍噴嘴噴射角度的示意圖。圖5為靜態混合器的局部剖立體結構簡圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。如圖I至圖5所示，該重油鍋爐的燃燒系統，包括進風管I、空氣風機2、置于爐膛3外側相對設置的兩個風箱4、設于每個風箱4上的燃盡風噴口 5、位于燃盡風噴口 5下方的數個燃燒器6及點火器17，兩風箱4上的燃盡風噴口 5、數個燃燒器6對沖設置，每個燃燒器6均包括由內到外套設的霧化油槍7、一次風管8、二次風管9和三次風管10，相鄰的風管之間通過連桿相連，霧化油槍7包括相連的油管71和噴嘴72，在一次風管8內的前端設有穩燃器11，在一次風管8的前端管口設有向外彎折的火焰分割環12，在二次風管9和三次風管10內均設有旋流器13或14，三次風管10內旋流器14的葉片角度比二次風管9內的為大，在噴嘴72的前端面上同心的設有兩圈噴孔，每圈噴孔均包括等間距設置的三個噴孔15或16，兩圈噴孔在圓周上間隔排列，且外圈噴孔15的孔徑較內圈噴孔16的為大，所述外圈噴孔15的噴射角度b為80-100°，內圈噴孔16的噴射角度a為60-80° ;鍋爐省煤器18的出口還通過煙氣循環管19與進風管I相連，在煙氣循環管19上設有循環風機20，在煙氣循環管19與進風管I的連接處設有靜態混合器21，靜態混合器21包括數塊間隔設于進風管I相對兩側壁上的導流板22，其中進風管I 一部側壁位于煙氣循環管19內，在該部側壁相鄰兩導流板22之間開有數個煙氣入口 23 ;鍋爐底部通過助燃風管24與煙氣循環管19相連，在助燃風管24上和進風管I前的煙氣循環管19上均設有調壓閥25。使用上述燃燒系統的方法為1)通過煙氣循環管19和循環風機20，從省煤器18的出口抽取5%-20%煙氣，經靜態混合器20與空氣混合均勻后再送入爐膛外側的兩個風箱4，混合氣的氧濃度控制在13-20% ;通過設置風箱4內的流通截面積，控制混合氣風量的65%-90%進入各燃燒器6，混合氣風量的10%-35%進入燃燒器6上方的燃盡風噴口 5，在各燃燒器內霧化油槍7的油管71中通入重油，經油槍前端噴嘴72上兩圈排列的六個大、小噴孔15或16，形成六股按內、外圈同心排列的且內淡外濃的噴霧，外圈噴霧的噴射角度為80-100°，內圈噴霧的噴射角度為60-80°，內、外圈的噴霧在圓周上間隔設置，經點火器17點燃后形成六股分割燃燒的火焰，由于孔徑不同，內圈的火焰小，外圈的火焰大，混合氣由內到外圍繞各燃燒器6的油槍形成平流的一次風和旋流的二次風和三次風，由于三次風管10內旋流器14的葉片角度比二次風管9內的為大，三次風的旋流強度大于二次風；燃盡風噴口 5噴出的燃盡風在1350-1500°C的溫度段處向爐膛內吹入，通過助燃風管24將從省煤器出口抽取的煙氣一部分從鍋爐底部送入爐膛助燃。采用上述方法，對沖設置的燃盡風噴口 5和數個燃燒器6，具有良好的燃料、空氣分布，對沖燃燒由于火焰不需要在爐膛形成旋轉火球，可以避免因此而帶來的煙溫偏差，而且氣流沖刷水冷壁的機會較少，能夠避免燃燒器區域產生結渣和腐蝕；煙氣循環抽風口布置于省煤器18的出口，此處煙氣溫度為350-380°C，較為合適，如抽取口溫度過高將會使得風機無法耐受，溫度過低的話又極易造成風機的腐蝕，同時對鍋爐爐內溫度影響過大，煙氣循環抽風量比例控制在5%-20%，其比例過小對降低NOx作用不明顯，其比例過大，在增加再循環風機20的能耗的同時對鍋爐尾部受熱面影響過大；
煙氣循環風與燃燒用空氣均勻混合，煙氣再循環的利用，降低了燃燒用空氣的氧濃度，其氧濃度控制在13 20%，燃燒區溫度在1600-1700°C，這已比正常的燃燒區溫度更低，其過剩空氣系數較低，可大幅降低熱力型的；在圓周上間隔設置的內、外圈的噴霧及噴射角度的不同，形成分割燃燒的數股火焰，火焰分割環12改變二次風在通過火焰分割環12時的送入方向，可推遲二次風與火焰的混合時間，即將火焰在直徑方向分割為兩部分，更好的實現火焰分割，火焰分割可避免互相點火升溫，又由于火焰小，火焰散熱表面積增大，冷卻條件 改善，從而使火焰溫度降低，另一方面，分股燃燒縮短了 N和O等氣體在火焰中的停留時間，使得NOx生成量進一步降低；一次風為平流，二、三次風為旋流，內淡外濃的噴霧，形成內部低氧少油、外圍富氧多油的燃燒狀態，均可抑制快速型氮氧化物的生成；小油孔出來的粒徑細，而且細油粒能夠只能進入一、二次風，同時小火焰角度小，從而能夠形成穩定燃燒的火焰，不增加煙塵濃度和不完全燃燒損失，穩燃器11在一次風管8中的占空比為50%-80%，可提高穩燃效果；大角度的噴孔15出來的粒徑粗，能夠穿透至三次風從而進一步促成形成分離火焰；二、三次風的形成還可實現階段性供氧，達到燃燒區域中心欠氧、外圍富氧的效果，能保證濃、淡兩部分煙氣離開爐膛前能完全混合，以防止產生不完全燃燒損失；三次風的旋流強度大于二次風，可推遲二、三次風的摻混，使得二次風內低氧燃燒的時間延長，燃燒溫度更低，有利于抑制氮氧化物的生成；外圈噴孔15的噴射角度為80-100°，內圈噴孔16的噴射角度為60-80°，該角度內圈火焰既能進入二次風，煙氣混合均勻，又能實現內、外圈火焰分割，進一步降低火焰溫度；燃盡風位置為1350-1500°C的溫度段，既可使得燃料燃燒完全，降低煙塵濃度，又可避免生產新的氮氧化物；助燃風管24將從省煤器出口抽取的煙氣一部分從鍋爐底部送入爐膛助燃，可達到更佳的燃燒狀態，又便于調節燃燒時的氧濃度，控制氮氧化物的生成；通過該發明的采用，能夠使得NOx排放下降至250mg/Nm3以下，遠低于早期油燃燒系統800mg/Nm3以上的氮氧化物排放量。
權利要求
1.一種重油鍋爐的燃燒系統，包括進風管、空氣風機、置于爐膛外側的一個以上的風箱、設于每個風箱上的燃盡風噴口、數個燃燒器及點火器，每個燃燒器均包括由內到外套設的霧化油槍、一次風管和二次風管，霧化油槍包括相連的油管和噴嘴，在一次風管內的前端設有穩燃器，在二次風管內設有旋流器，其特征在于在噴嘴的前端面上同心的設有兩圈噴孔，每圈噴孔均包括等間距設置的數個噴孔，兩圈噴孔在圓周上間隔排列，且外圈噴孔的孔徑和噴射角度均較內圈噴孔的為大；鍋爐的省煤器出口還通過煙氣循環管與進風管相連，在煙氣循環管上設有循環風機。
2.如權利要求I所述的重油鍋爐的燃燒系統，其特征在于在二次風管外還套設有三次風管，在三次風管內也設有旋流器，該旋流器的葉片角度比二次風管內的為大。
3.如權利要求2所述的重油鍋爐的燃燒系統，其特征在于所述外圈噴孔的噴射角度為80-100°，內圈噴孔的噴射角度為60-80°。
4.如權利要求I至3任一所述的重油鍋爐的燃燒系統，其特征在于所述煙氣循環管與進風管通過靜態混合器相連，靜態混合器包括數塊間隔設于進風管相對兩側壁上的導流板，其中進風管一部側壁位于煙氣循環管內，在該部側壁相鄰兩導流板之間開有數個煙氣入口。
5.如權利要求4所述的重油鍋爐的燃燒系統，其特征在于在一次風管的前端管口設有向外彎折的火焰分割環。
6.如權利要求5所述的重油鍋爐的燃燒系統，其特征在于還設有連接鍋爐底部和煙氣循環管的助燃風管，在助燃風管上和進風管前的煙氣循環管上均設有調壓閥。
7.一種重油鍋爐的燃燒方法，其特征在于從省煤器出口抽取5%-20%煙氣與空氣混合均勻后再送入爐膛外側的一個以上的風箱，混合氣的氧濃度控制在13-20% ;控制混合氣風量的65%-90%進入各燃燒器，在各燃燒器內霧化油槍的油管中通入重油，經油槍前端的噴嘴形成數股按內、外圈同心排列的且內淡外濃的噴霧，外圈噴霧的噴射角度大于內圈，并將內、外圈的噴霧在圓周上間隔設置，經點火器點燃后形成數股分割燃燒的火焰，且內圈的火焰小，外圈的火焰大，混合氣由內到外圍繞各燃燒器的油槍形成平流的一次風和旋流的二次風；控制混合氣風量的10%-35%進入燃燒器上方的燃盡風噴口，燃盡風在1350-1500°C的溫度段處向爐膛內吹入。
8.如權利要求7所述的重油鍋爐的燃燒方法，其特征在于在各燃燒器的二次風外還形成旋流的三次風，且三次風的旋流強度大于二次風。
9.如權利要求7或8所述的重油鍋爐的燃燒方法，其特征在于在燃燒器的一、二次風之間設置火焰分割環，改變二次風在通過火焰分割環時的送入方向，可推遲二次風與火焰的混合時間。
10.如權利要求9所述的重油鍋爐的燃燒方法，其特征在于將從省煤器出口抽取的煙氣一部分從鍋爐底部送入爐膛助燃。
全文摘要
本發明公開了一種重油鍋爐的燃燒系統及方法，燃燒系統包括進風管、空氣風機、置于爐膛外側的一個以上的風箱、設于每個風箱上的燃盡風噴口、數個燃燒器及點火器，每個燃燒器均包括由內到外套設的霧化油槍、一次風管和二次風管，霧化油槍包括相連的油管和噴嘴，在一次風管內的前端設有穩燃器，在二次風管內設有旋流器，在噴嘴的前端面上同心的設有兩圈噴孔，每圈噴孔均包括等間距設置的數個噴孔，兩圈噴孔在圓周上間隔排列，且外圈噴孔的孔徑和噴射角度均較內圈噴孔的為大；鍋爐的省煤器出口還通過煙氣循環管與進風管相連，在煙氣循環管上設有循環風機。使用該燃燒系統及方法，能大幅降低氮氧化物的產生，滿足日益提高的環保要求，具有更廣的市場前景。
文檔編號F23C7/00GK102927561SQ20121048947
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者陳燦, 張定海, 謝佳, 王軍, 劉泰生, 葉恩清, 莫春鴻, 張山鷹, 陳陽, 李亞鵬, 吉彥鵬, 徐磊, 李家全, 倪剛 申請人:東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司