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1、(10)申请公布号 CN 102927561 A (43)申请公布日 2013.02.13 CN 102927561 A *CN102927561A* (21)申请号 201210489472.9 (22)申请日 2012.11.27 F23C 5/08(2006.01) F23C 7/00(2006.01) F23C 9/08(2006.01) (71)申请人 东方电气集团东方锅炉股份有限公 司 地址 643001 四川省自贡市五星街黄桷坪路 150 号 (72)发明人 陈灿 张定海 谢佳 王军 刘泰生 叶恩清 莫春鸿 张山鹰 陈阳 李亚鹏 吉彦鹏 徐磊 李家全 倪刚 (74)专利代理机构 。
2、泰和泰律师事务所 51219 代理人 王荣 伍姝茜 (54) 发明名称 重油锅炉的燃烧系统及方法 (57) 摘要 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 。
3、； 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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/1 页 2 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， 。
4、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，。
5、 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， 。
6、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。
7、-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。 权 利 要 求 书 CN 102927561 A 2 1/4 页 3 重油锅炉的燃烧系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及。
8、一种用于重油锅炉的燃烧系统及方法。 背景技术 0002 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。 0003 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。
9、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。 0004 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 T1500 C 时， T 每增加 100 。
10、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%。 0005 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。
11、料型氮氧化物所 占比例较少。 发明内容 0006 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。 0007 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。
12、同心的设有两圈喷孔， 每圈喷孔均包括等间距设置的数 说 明 书 CN 102927561 A 3 2/4 页 4 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。 0008 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。
13、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。 0009 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1320， 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。
14、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。
15、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。
16、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。
17、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 说 明 书 CN 102927561 A 4 3/4 页 5 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。
18、高的环保要求， 具 有更广的市场前景。 附图说明 0010 图 1 为本发明重油锅炉的燃烧系统实施例的结构示意图。 0011 图 2 为图 1 中燃烧器的结构简图。 0012 图 3 为图 2 中雾化油枪喷嘴的端面视图。 0013 图 4 为雾化油枪喷嘴喷射角度的示意图。 0014 图 5 为静态混合器的局部剖立体结构简图。 具体实施方式 0015 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。 0016 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 。
19、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 。
20、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 。
21、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。 0017 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。
22、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 说 明 书 CN 1。
23、02927561 A 5 4/4 页 6 煤器出口抽取的烟气一部分从锅炉底部送入炉膛助燃。 0018 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。
24、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1320， 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。
25、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。
26、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。 说 明 书 CN 102927561 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102927561 A 7 2/2 页 8 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102927561 A 8 。