[实用新型]低氮氧化物注汽锅炉燃烧装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种低氮燃烧锅炉，特别涉及一种低氮氧化物注汽锅炉燃烧装置。

背景技术

    稠油热采作为油田生产现阶段的主要上产阵地，为我国原油的稳定供应起到了关键性的作用。而稠油热采的关键设备----注汽锅炉既是稠油生产的重要保障。随着对环境要求的不断加强，保护水资源和控制大气污染成了制约稠油生产的关键点。如何达到既环保又能提供稠油生产需要的能量，成为了稠油生产技术重点研究的方向。研究出烟气低排放的注汽锅炉就变得非常重要与迫切。

2014年5月16日，国家发布《锅炉大气污染物排放标准》，7月1日执行。黄河三角洲属于烟气排放重点控制区域。燃油锅炉排放量灰尘小于30mg/m³、二氧化硫小于100mg/m³、氮氧化物（以二氧化氮计）小于200mg/m³。燃气锅炉排放量灰尘小于10mg/m³、二氧化硫小于50mg/m³、氮氧化物（以二氧化氮计）小于150mg/m³。

2013-2014年，技术检测中心对在用16台注汽锅炉进行烟气指标测试，其中燃料为原油的6台、燃料油（渣油）8台、天然气2台，从测试结果看燃用天然气的排烟基本能达标排放，而其它都无法达标排放。

依据氮氧化物生成机理，烟气中的氮化物主要分为热力型、燃料型和快速型NOx三类，其中快速型NOx生成量很少，可以忽略不计。热力型NOx是指当炉膛温度在1350℃以上时，空气中的氮气在高温下被氧化生成NOx，当温度足够高时，热力型NOx可达20%。燃料型NOx指的是燃料中的有机氮化物在燃烧过程中生成的NOx，其生成量主要取决于空气燃料的混合比。燃料型NOx约占NOx总生成量的75%～90%。

控制热力型氮氧化物主要控制燃烧焰心温度，控制燃料型氮氧化物主要控制空气燃料混合比。这两种模式中存有一定的关联性，因在于注汽锅炉的受热面已固定，无法控制热力型氮氧化物的生成，若降低焰心温度后注汽锅炉热力吸收达不到对额定热负荷的要求；因此在运行注汽锅炉上采取控燃料型氮氧化物的模式，若无法达到指标要求，烟气再应用除氮氧化物的技术。为使得注汽锅炉烟气达标运行，必须对燃料油（原油）低氮燃烧进行技术研究，从控制热力型及燃料型氮氧化物两方面进行控制，使得在排放时氮氧化物达到排放要求，这样燃烧焰心温度控制在1350℃以下，注汽锅炉吸热面进行重新设计，从而形成全新的低氮排放注汽锅炉。

由于燃油注汽锅炉的NOx较高，单纯采用一种技术来降低其排放量非常困难，须同时采用几种方法方可达到有效控制NOx的目的，根据油田注汽锅炉的结构特点及燃烧器情况，考虑经济性和可行性，控制NOx，采用如下三种方法：

1采用燃油乳化技术

使用乳化燃油可有效的减少NOx排放，随着乳化油中水添加率的增加，NOx排放近似呈线性下降(图1)。这主要是由于乳化油含有高汽化潜热的水，使燃烧火焰温度下降；又由于乳化油的“微爆”效应加速了燃烧过程，缩短了燃烧持续期和氮气在高温区的停留时间，从而使NOx生成量降低。

主要原因归结为：

(1)乳化燃料的“微爆”效应改善了混合气形成和燃烧过程；

(2)乳化燃料中水的汽化吸热降低了工质温度和最高燃烧温度，显著地减少了燃油的热裂反应，抑制了碳烟的形成；

2空气分级燃烧技术

基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70－75%（相当于理论空气量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α＜1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。因此，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在辐射段中段的二次风喷口――称为火上风喷口送入炉膛，与第一级燃烧区在贫氧燃烧条件下所产生的烟气混合，在α＞1的条件下完成全部燃烧过程。

这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃烧区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成效果越好，但不完全燃烧产物越多，导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。

3烟气再循环技术