一種水煤漿低氮燃燒注汽鍋爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水煤漿低氮燃燒注汽鍋爐。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)新疆油田稠油開采采用常規(guī)燃?xì)庾⑵仩t，隨著天然氣用量受限及價(jià)格上調(diào)兩大不利因素的影響，將現(xiàn)有常規(guī)燃?xì)庾⑵仩t再制造升級(jí)為水煤漿過(guò)熱油田注汽鍋爐是以煤代氣實(shí)現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)型的選擇之一。我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，煤種齊全，發(fā)展和應(yīng)用水煤漿技術(shù)符合國(guó)家以煤代油能源政策，是推廣潔凈煤技術(shù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。水煤漿作為一種石油燃料的替代品具有價(jià)格便宜、低污染、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，但是相比于燃?xì)忮仩t，水煤漿注汽鍋爐在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOx排放及灰渣污染問(wèn)題急需引起重視。由于水煤漿注汽鍋爐是由燃?xì)庾⑵仩t改造而成，其自身結(jié)構(gòu)的缺陷，導(dǎo)致水煤漿注汽鍋爐NOx排放普遍較高。
[0003]水煤漿因含有30%?35%的水份而著火困難，高速噴霧又使?fàn)t膛著火推遲。水煤漿水份蒸發(fā)著火后燃燼過(guò)程又與煤粉相近，但由于水份的存在，使理論燃燒溫度下降。與天然氣相比，水煤漿燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的NOx排放及灰渣污染。水煤漿燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOx主要是燃料型NOx，維持低氧燃燒環(huán)境可以有效抑制燃料型NOx的生成，但如果氧量供應(yīng)不足，將影響燃燒效率，造成能源浪費(fèi)。這些特點(diǎn)要求對(duì)水煤漿在注汽鍋爐中的燃燒結(jié)構(gòu)、布置、燃燒方式及穩(wěn)燃特性等進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型提供一種水煤漿低氮燃燒注汽鍋爐，目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，降低水煤漿燃燒過(guò)程中的NOx排放。
[0005]一種水煤漿低氮燃燒注汽鍋爐，其特征在于:鍋爐本體上部為爐體周圍不安裝水冷壁而安裝絕熱層的絕熱區(qū)，鍋爐本體下部為爐體周圍安裝水冷壁的受熱區(qū)；鍋爐的爐膛頂部安裝燃燒器，燃燒器中心為水煤漿噴口的水煤漿槍，點(diǎn)火器和點(diǎn)火用天然氣槍安裝在水煤漿槍旁邊，水煤漿槍的外圍安裝一次風(fēng)噴口，一次風(fēng)噴口外安裝二次風(fēng)噴口 ；爐膛從上至下分為著火預(yù)燃區(qū)、穩(wěn)燃區(qū)和燃盡區(qū)；穩(wěn)燃區(qū)安裝有穩(wěn)燃區(qū)二次風(fēng)噴口，燃盡區(qū)安裝有SOFA風(fēng)噴口；燃盡區(qū)下方連接渣斗，燃盡區(qū)側(cè)方連接煙氣出口。
[0006]所述一次風(fēng)噴口、二次風(fēng)噴口、穩(wěn)燃區(qū)二次風(fēng)噴口、SOFA風(fēng)噴口分別設(shè)置用于控制風(fēng)的流量的風(fēng)門或風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。
[0007]所述SOFA風(fēng)噴口設(shè)置擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可使SOFA風(fēng)噴口上下、左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)調(diào)節(jié)范圍±30°，左右方向擺動(dòng)調(diào)節(jié)范圍±15°。
[0008]所述SOFA風(fēng)噴口具有兩個(gè)，兩個(gè)SOFA風(fēng)噴口對(duì)沖布置安裝。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0010](I)在注汽鍋爐中燃用水煤漿時(shí)，通過(guò)燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置，以及燃燒過(guò)程中進(jìn)行合理配風(fēng)和低氮燃燒方式，有效控制燃燒過(guò)程中的氧量，實(shí)現(xiàn)NOx排放的控制。
[0011](2)對(duì)于現(xiàn)有注汽鍋爐，只需對(duì)現(xiàn)有鍋爐和燃燒器進(jìn)行局部改造，無(wú)需對(duì)鍋爐本體進(jìn)行大的改動(dòng)。
[0012](3)低氮燃燒方式通過(guò)燃燒過(guò)程中溫度和氧量的控制來(lái)抑制燃料型NOx的生成，無(wú)需任何脫硝藥劑和催化劑，無(wú)需任何額外投入。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型采用低氮燃燒方式的水煤漿注汽鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中標(biāo)號(hào):水煤漿噴口 ；2:—次風(fēng)噴口 ；3:二次風(fēng)噴口 ；4:絕熱區(qū)；5:水冷壁管；6:穩(wěn)燃區(qū)二次風(fēng)噴口 ；7:S0FA風(fēng)噴口 ；8:渣斗；9:著火預(yù)燃區(qū)；10:穩(wěn)燃區(qū)；11:燃盡區(qū)；12:煙氣出口。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖1，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】加以闡述。
[0016]水煤漿注汽鍋爐低氮燃燒方式，包括燃水煤漿低氮燃燒器、適度低氧燃燒技術(shù)、空氣分級(jí)配風(fēng)技術(shù)等。
[0017]水煤漿的著火和穩(wěn)燃需要一定的絕熱區(qū)域以提高區(qū)域內(nèi)的環(huán)境溫度，改造后的水煤漿注汽鍋爐上半部分為安裝絕熱層4的絕熱區(qū)，不布置水冷壁，有利于水煤漿的著火，下半部分為爐體周圍安裝水冷壁管5的受熱區(qū)。爐膛從上至下依次分為著火預(yù)燃區(qū)9、穩(wěn)燃區(qū)10和燃盡區(qū)11，確保了水煤漿的點(diǎn)火、穩(wěn)燃和低氮燃燒。各風(fēng)門配備電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以便于風(fēng)門開度的調(diào)節(jié)。其中，著火預(yù)燃區(qū)9的風(fēng)量、穩(wěn)燃區(qū)10的風(fēng)量以及燃盡區(qū)11的風(fēng)量分別占總風(fēng)量的40%、40%和20%。燃燒產(chǎn)生的煙氣自爐膛底部側(cè)面的煙氣出口 12排出，灰渣自爐膛底部的排渣口排出至渣斗8。
[0018]燃水煤漿低氮燃燒器布置在注汽鍋爐頂部，從內(nèi)至外依次為水煤漿槍作為水煤漿噴口 1、一次風(fēng)噴口 2和二次風(fēng)噴口 3，三者同軸心布置，中心為水煤漿噴口 1，其外圍為旋流一次風(fēng)噴口 2，最外層為旋流二次風(fēng)噴口 3，噴口朝下，噴口區(qū)域形成著火預(yù)燃區(qū)9。高能點(diǎn)火器和點(diǎn)火用天然氣槍布置在水煤漿賠款I(lǐng)旁邊。穩(wěn)燃區(qū)10中心位置布置兩個(gè)直流穩(wěn)燃區(qū)二次風(fēng)噴口 6，前后墻對(duì)沖布置。燃盡區(qū)11側(cè)面的煙氣出口 12側(cè)布置兩個(gè)SOFA風(fēng)噴口7，前后墻對(duì)沖布置，確保水煤漿燃料在爐膛中有足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間，以控制NOx生成，SOFA風(fēng)噴口 7設(shè)置擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以上下、左右擺動(dòng)。上下擺動(dòng)調(diào)節(jié)范圍±30°，左右方向擺動(dòng)調(diào)節(jié)范圍±15°。其中:一次風(fēng)為旋流，旋流強(qiáng)度固定，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門可調(diào)節(jié)風(fēng)量；二次風(fēng)旋流可調(diào)，調(diào)節(jié)方式采用現(xiàn)有可調(diào)旋流結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)旋流強(qiáng)度可調(diào)整火焰長(zhǎng)度，保證燃燒效率；穩(wěn)燃區(qū)二次風(fēng)為直流助燃風(fēng)，阻隔助燃二次風(fēng)與水煤漿的過(guò)早混合，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門可調(diào)節(jié)風(fēng)量。一次風(fēng)、二次風(fēng)各風(fēng)管的噴口出口均設(shè)計(jì)成擴(kuò)口形狀，一次風(fēng)噴口擴(kuò)口角度要大于二次風(fēng)噴口，以合理控制各層風(fēng)的混合和火焰長(zhǎng)度。
[0019]所述一次風(fēng)風(fēng)率為20%，二次風(fēng)率及穩(wěn)燃區(qū)二次風(fēng)風(fēng)率之和為51%，SOFA風(fēng)風(fēng)率為25%，漏風(fēng)率為4%。
[0020]水煤漿燃燒過(guò)程中NOx的生成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，燃料中N元素在燃燒過(guò)程中被氧化生成NOx的同時(shí)也伴有NOx被還原的過(guò)程，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的快慢主要取決于反應(yīng)的溫度和氧濃度，氧濃度越低、溫度越低最終NOx生成量越少。燃燒過(guò)程各階段氧濃度控制得當(dāng)可大幅降低NOx的生成，同時(shí)又不會(huì)對(duì)燃燒產(chǎn)生明顯影響，但控制不當(dāng)可能會(huì)影響鍋爐燃燒效率。適度低氧燃燒技術(shù)是通過(guò)強(qiáng)化著火、空氣分級(jí)、配風(fēng)燃燒等技術(shù)綜合運(yùn)用得到的一個(gè)最佳燃燒狀態(tài)，使得著火預(yù)燃區(qū)9、穩(wěn)燃區(qū)10都處于最佳氧濃度(< 3% )下，燃盡區(qū)的氧濃度為4-6%。同時(shí)使得爐膛溫度分布更加均勻，避免局部高溫；同時(shí)低氧燃燒可提高著火初期火焰溫度，保證燃燒效率。
[0021]本實(shí)用新型所述空氣分級(jí)配風(fēng)技術(shù)，是指將水煤漿燃燒所需的總風(fēng)量分成了多股，包括著火預(yù)燃區(qū)的一次風(fēng)、二次風(fēng)和穩(wěn)燃區(qū)的助燃二次風(fēng)，以及燃盡區(qū)的SOFA風(fēng)，并將各股風(fēng)之間留有合理的間隙，各層風(fēng)噴口設(shè)置風(fēng)門，調(diào)節(jié)各股風(fēng)量，以適應(yīng)水煤漿低氮燃燒的需要。這樣的空氣分級(jí)設(shè)計(jì)可以起到兩方面作用:一是使著火預(yù)燃區(qū)燃燒前期階段總氧量處于最佳氧濃度，實(shí)現(xiàn)燃燒初期NOx生成的抑制；二是在為水煤漿燃燒中期適時(shí)補(bǔ)充氧量，保證燃燒速率不因空氣分級(jí)燃燒而受到影響。在穩(wěn)燃區(qū)所供給的空氣基本消耗掉時(shí)需補(bǔ)入剩余的空氣，而且這股風(fēng)需要與主燃燒器拉開一定距離，所以叫做“分離式火上風(fēng)”即“SOFA”。SOFA風(fēng)的布置位置是此技術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其位置主要考慮水煤漿在欠氧的環(huán)境中的合理停留時(shí)間，保證燃料N在該區(qū)域最大限度地轉(zhuǎn)化為N2，同時(shí)又保證水煤漿的燃燒不受到抑制，此外SOFA風(fēng)噴口到爐膛出口距離要足夠長(zhǎng)以保證焦炭在該區(qū)域充分燃盡?？紤]到以上技術(shù)要求，SOFA風(fēng)噴口設(shè)置擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以上下、左右擺動(dòng)。上下擺動(dòng)調(diào)節(jié)范圍±30°，左右方向擺動(dòng)調(diào)節(jié)范圍±15°。通過(guò)上下擺動(dòng)調(diào)整SOFA噴口可調(diào)整控制SOFA風(fēng)的混入時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的燃燒氧量控制；通過(guò)水平擺動(dòng)調(diào)整SOFA風(fēng)射流切圓大小來(lái)調(diào)整爐膛出口煙氣旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩，進(jìn)而控制爐膛出口煙溫在可調(diào)范圍內(nèi)。
[0022]著火預(yù)燃區(qū)和穩(wěn)燃區(qū)的氧濃度低于3 %，燃盡區(qū)的氧濃度為4-6 %。通過(guò)以上措施有效控制各股風(fēng)與水煤漿的混合，保證水煤漿整個(gè)燃燒過(guò)程都在最佳氧濃度下進(jìn)行，在保證燃燒效率的前提下大幅降低NOx排放。
[0023]本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)是:通過(guò)水煤漿低氮燃燒方式，對(duì)現(xiàn)有注汽鍋爐進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，即可實(shí)現(xiàn)低NOx排放，有效實(shí)現(xiàn)了水煤漿代氣清潔燃燒和節(jié)能減排，對(duì)新疆油田稠油開采具有很好的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水煤漿低氮燃燒注汽鍋爐，其特征在于:鍋爐本體上部為爐體周圍不安裝水冷壁而安裝絕熱層的絕熱區(qū)，鍋爐本體下部為爐體周圍安裝水冷壁的受熱區(qū)；鍋爐的爐膛頂部安裝燃燒器，燃燒器中心為水煤漿噴口的水煤漿槍，點(diǎn)火器和點(diǎn)火用天然氣槍安裝在水煤漿槍旁邊，水煤漿槍的外圍安裝一次風(fēng)噴口，一次風(fēng)噴口外安裝二次風(fēng)噴口；爐膛從上至下分為著火預(yù)燃區(qū)、穩(wěn)燃區(qū)和燃盡區(qū)；穩(wěn)燃區(qū)安裝有穩(wěn)燃區(qū)二次風(fēng)噴口，燃盡區(qū)安裝有SOFA風(fēng)噴口；燃盡區(qū)下方連接渣斗，燃盡區(qū)側(cè)方連接煙氣出口。2.如權(quán)利要求1所述的一種水煤漿低氮燃燒注汽鍋爐，其特征在于:所述一次風(fēng)噴口、二次風(fēng)噴口、穩(wěn)燃區(qū)二次風(fēng)噴口、SOFA風(fēng)噴口分別設(shè)置用于控制風(fēng)的流量的風(fēng)門或風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。3.如權(quán)利要求1所述的一種水煤漿低氮燃燒注汽鍋爐，其特征在于:所述SOFA風(fēng)噴口設(shè)置擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可使SOFA風(fēng)噴口上下、左右擺動(dòng)，上下擺動(dòng)調(diào)節(jié)范圍±30°，左右方向擺動(dòng)調(diào)節(jié)范圍±15°。4.如權(quán)利要求1所述的一種水煤漿低氮燃燒注汽鍋爐，其特征在于:所述SOFA風(fēng)噴口具有兩個(gè)，兩個(gè)SOFA風(fēng)噴口對(duì)沖布置安裝。
【專利摘要】一種水煤漿低氮燃燒注汽鍋爐，其特征在于：鍋爐本體上部為爐體周圍不安裝水冷壁而安裝絕熱層的絕熱區(qū)，鍋爐本體下部為爐體周圍安裝水冷壁的受熱區(qū)；鍋爐的爐膛頂部安裝燃燒器，燃燒器中心為水煤漿噴口的水煤漿槍，點(diǎn)火器和點(diǎn)火用天然氣槍安裝在水煤漿槍旁邊，水煤漿槍的外圍安裝一次風(fēng)噴口，一次風(fēng)噴口外安裝二次風(fēng)噴口；爐膛從上至下分為著火預(yù)燃區(qū)、穩(wěn)燃區(qū)和燃盡區(qū)；穩(wěn)燃區(qū)安裝有穩(wěn)燃區(qū)二次風(fēng)噴口，燃盡區(qū)安裝有SOFA風(fēng)噴口；燃盡區(qū)下方連接渣斗，燃盡區(qū)側(cè)方連接煙氣出口。本實(shí)用新型可降低水煤漿燃燒過(guò)程中的NOx排放。
【IPC分類】F23C7/00
【公開號(hào)】CN204629462
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520317628
【發(fā)明人】周俊虎, 劉茂省, 楊雪峰, 汪慧, 張江林, 潘宏春
【申請(qǐng)人】四川天法科技有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月15日