一种注汽锅炉用燃油低氮燃烧系统
阅读说明：本技术 一种注汽锅炉用燃油低氮燃烧系统 (Fuel low-nitrogen combustion system for steam injection boiler ) 是由 刘雨文 赵云献 徐宏国 李登平 许士军 李少民 高杰 卢文清 王贵东 史祥辉 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：一种注汽锅炉燃油低氮燃烧系统,包括烟气送风系统和烟气自动控制系统,所述烟气送风系统包括燃烧器,所述燃烧器具有烟气引风道和空气引风道,燃烧烟气通过烟气引风道与空气引风道中的空气混合进入燃烧器；所述烟气自动控制系统包括空气流量调节阀和混合风温度传感器,所述空气流量调节阀设置在空气引风道上,并连接PLC。本发明解决的就是注汽锅炉低氮燃烧。通过对流换热完毕后的出口烟气再循环至燃烧器进风风道,与大气中的空气按比例混合后进入燃烧器助燃风系统,来降低油燃烧区的温度从而降低燃烧中产生的NOx,因此降低锅炉烟气NOx的整个全工艺过程的实现。(A steam injection boiler fuel low-nitrogen combustion system comprises a flue gas air supply system and a flue gas automatic control system, wherein the flue gas air supply system comprises a combustor, the combustor is provided with a flue gas induced air channel and an air induced air channel, and combustion flue gas is mixed with air in the air induced air channel through the flue gas induced air channel and enters the combustor; the automatic flue gas control system comprises an air flow regulating valve and a mixed air temperature sensor, wherein the air flow regulating valve is arranged on the air induced draft channel and is connected with the PLC. The invention solves the problem of low-nitrogen combustion of the steam injection boiler. The outlet flue gas after the convection heat exchange is recycled to the air inlet duct of the combustor and is mixed with the air in the atmosphere in proportion and then enters the combustion-supporting air system of the combustor to reduce the temperature of the oil combustion area, thereby reducing the NOx generated in the combustion, and further reducing the realization of the whole process of the boiler flue gas NOx.)
技术领域
本发明涉及一种锅炉燃烧系统，特别涉及一种锅炉燃油低氮燃烧系统。
背景技术
油田注汽锅炉是以原油为主要燃料，在运行过程中耗油量较大，在稠油的开发中，注汽锅炉常年连续运转，并且注汽锅炉的运营数量也有加大的趋势，因此，加大对油田注汽锅炉的节能措施的探讨有利于提高油田的经济效益，促进油田的可持续发展。本文分析了油田注汽锅炉的基本原理，并提出了关于油田注汽锅炉节能的一些措施，希望能引起大家的关注。
注汽锅炉又称为湿蒸汽发生器，是油田开采稠油的专用注汽设备。它是利用所生产的高温高压湿蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，从而增加稠油的流动性，能够大幅度地提高稠油的采收率。油田注汽锅炉是以原油为主要燃料，在运行过程中耗油量较大，在稠油的开发中，注汽锅炉常年连续运转，并且注汽锅炉的运营数量也有加大的趋势，因此，加大对油田注汽锅炉的节能措施的探讨有利于提高油田的经济效益，促进油田的可持续发展。本文分析了油田注汽锅炉的基本原理，并提出了关于油田注汽锅炉节能的一些措施，希望能引起大家的关注。
重力泄油的理论初的概念是基于注水采盐的原理，即注入的淡水将盐层中的固体盐溶解，浓度大的盐溶液由于其密度大而向下流动，而密度小的水溶液浮在上面，这样可以通过不断地在盐层的上部注水，而盐层的下部源源不断地将高浓度的盐溶液采出。高浓度的盐溶液向下流动的动力就是水与含盐溶液的密度差，将这一原理用于注汽热采过程中就产生了重力泄油概念。蒸汽辅助重力泄油开采超稠油油藏的基本原理是：在水平生产井的上部连续注入大量的高干度蒸汽，使得地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔的边缘加温原油，同时蒸汽冷凝成水，与原油依靠重力流入水平生产井，并被大排量采出。蒸汽腔不断缓慢扩展，并不断加温原油，从而形成连续的生产过程，直到蒸汽腔扩展到油层顶界和水平井控制边界。
目前各大油田稠油开采注汽设备都是采用老式的燃烧器及燃烧形式，此燃烧器是普通燃烧器，烟气产物中氮氧化物过高为后期的氮氧化物烟气治理带来一定困难。烟气中氮氧化物的治理工艺是过程工业的重要组成部分，也是能源和环境治理的重点领域。不仅燃煤锅炉存在排放超标的问题,燃用石油、天然气等能源的锅炉和其他工业设备同样存在排放污染问题，随着人们环保意识的增强，以及国家相应政策措施的实施，氮氧化物的排放指标要求进一步提高，但由于我国经济发展水平的限制，大气污染目前仍处于先污染后治理的状态。油田燃油注汽锅炉尾气治理的关键是控制氮氧化物的生成量，利用烟气再循环降低热力型氮氧化物技术目前在油田行业尚无成功先例。
发明内容
经过试验研究，改变燃烧器助燃风组分，引取尾部烟气再循环，可达到降低NOx的作用，其主要原理是：
燃油锅炉燃烧产生的NOx，来自于空气中的氮氧生成热力型和燃油自身含氮转化生成的燃料型NOx。当燃烧过程配风加大(烟气中氧量及空气过剩系数上升)，燃烧区域氧的浓度增大，热力型NOx生成量急剧增加。同时燃料油热解析出的有机氮化合物发生的中间反应产生的N-,NH-,NH2-等原子基团随后被氧化成NOx，燃料型NOx大幅上升。采用烟气再循环后：由于烟气稀释了燃烧的氧量，从而降低了油燃烧区的温度，最高温度从1620℃降低到1500℃左右，便于抑制NOx的生成，同时，油燃烧区的温度降低效果明显，最高温度从1500℃左右下降到1300℃左右，而当温度低于1300℃时热力型NOx生成量很小。
从机理研究验证：采用烟气再循环后，可有效抑制NOx生成。
因此，利用烟气再循环后，可有效降低NOx生成，将锅炉烟气中的NOx含量控制在国家标准范围内，此方法成为油田注汽锅炉有效控制烟气有害物质排放的新工艺。
低氮燃烧主要依赖下列两项技术：
①烟气进气量控制技术：
通过在线压力风速仪调节烟气风道阀门控制烟气输入，根据NOx含量的大小精确控制掺混比例，抑制NOx的生成；
②空气进气量控制技术：
通过在线压力风速仪调节空气风道阀门控制空气输入，根据NOx含量的大小和进风温度精确控制掺混比例，抑制NOx的生成，保护燃烧器。
具体实现方式如下：
一种注汽锅炉燃油低氮燃烧系统，包括烟气送风系统和烟气自动控制系统，所述烟气送风系统包括燃烧器，所述燃烧器具有烟气引风道和空气引风道，燃烧烟气通过烟气引风道与空气引风道中的空气混合进入燃烧器；所述烟气自动控制系统包括空气流量调节阀(9)和混合风温度传感器，所述空气流量调节阀设置在空气引风道上，并连接PLC。
优选所述空气引风道上设置有空气过滤器。
优选所述空气调节阀的初始状态为全开。
优选所述PLC设置在控制柜中。
优选所述空气调节阀连接所述PLC。
本发明解决的就是注汽锅炉低氮燃烧。通过对流换热完毕后的出口烟气再循环至燃烧器进风风道，与大气中的空气按比例混合后进入燃烧器助燃风系统，来降低油燃烧区的温度从而降低燃烧中产生的NOx，因此降低锅炉烟气NOx的整个全工艺过程的实现。
附图说明
图1为本发明所述锅炉的结构示意图。
附图标记如下：
烟气引风道(1)、烟气在线压力风速仪(2)、烟气温度传感器(3)、烟气流量调节阀(4)、空气过滤器(5)、空气引风道(6)、空气温度传感器(7)、空气在线压力风速仪(8)、空气流量调节阀(9)、混合风温度传感器(10)、燃烧器(11)、燃油进口(12)、控制柜(13)、燃油加热系统(14)。
具体实施方式
下面通过具体实施例，结合附图对本发明做出进一步详细说明。
实施例一：
参见附图1，在本实施例中，锅炉燃烧分为两个基本独立流程。
烟气送风流程：主要由烟气送风系统执行，包括启炉运行稳定后燃烧器11产生的NOx含量约1029mg/m3的烟气，通过烟气引风道1后与空气过滤器5过滤过的空气通过空气引风道6混合后在进入燃烧器11，最终混合后的烟气在燃烧器11内为燃油进口12来的燃料形成助燃风，达到在燃烧过程中降低燃烧温度，降低含氧量的效果，最终达到降低NOx的目的。
烟气自动控制流程：主要由烟气自动控制系统执行。为保证锅炉安全稳定运行增加安全仪表。启炉时空气流量调节阀9为在PLC中设定的初始状态是全开状态，运行稳定后在烟气掺混前控制柜13中的PLC(可编程序控制器)根据烟气温度传感器3的检测数据在设定范围220℃以内为限定值，空气温度传感器7的数据在设定范围30℃以内为限定值。运行均在限定值以内烟气流量调节阀4根据烟气在线压力风速仪2的检测数据通过信号线在PLC计算烟气流量后开启并达到预定阀门开度，若达不到预期烟气流量则根据空气在线压力风速仪8的检测数据通过信号线在PLC中计算后调整空气流量调节阀9的开度。混合后的烟气根据混合风温度传感器10的检测数据通过信号线传输到PLC，再根据PLC设定的温度限定值，避免温度过高损坏燃烧器11内构件。此时通过掺混后的助燃风与燃油进口12的雾化油充分混合进行燃烧，此雾化油要通过燃油加热系统14加热后才能进行燃烧。在烟气循环投运稳定后检测烟气出口的NOx含量，可根据含量手动调整烟气流量调节阀4在通过PLC连锁稳定整个燃烧的进风量。
控制柜13对烟气压力、温度、风速、阀门开度、空气压力、温度、风速、阀门开度以及混合风温度等整个系统进行总体集中控制并显示。
实施例二：
在本实施例中，烟气送风流程和烟气自动控制系统统一由控制柜控制。
启炉运行稳定后燃烧器11产生的NOx烟气，通过烟气引风道1后与空气过滤器5过滤过的空气通过空气引风道6混合后在进入燃烧器11，最终混合后的烟气在燃烧器11内为燃油进口12来的燃料形成助燃风，达到在燃烧过程中降低燃烧温度，降低含氧量的效果，最终达到降低NOx的目的。
启炉时空气流量调节阀9为在PLC中设定的初始状态是全开状态，运行稳定后在烟气掺混前控制柜13中的PLC(可编程序控制器)根据烟气温度传感器3的检测数据在设定范围220℃以内为限定值，空气温度传感器7的数据在设定范围30℃以内为限定值。运行均在限定值以内烟气流量调节阀4根据烟气在线压力风速仪2的检测数据通过信号线在PLC计算烟气流量后开启并达到预定阀门开度，若达不到预期烟气流量则根据空气在线压力风速仪8的检测数据通过信号线在PLC中计算后调整空气流量调节阀9的开度。混合后的烟气根据混合风温度传感器10的检测数据通过信号线传输到PLC，再根据PLC设定的温度限定值，避免温度过高损坏燃烧器11内构件。此时通过掺混后的助燃风与燃油进口12的雾化油充分混合进行燃烧，此雾化油要通过燃油加热系统14加热后才能进行燃烧。在烟气循环投运稳定后检测烟气出口的NOx含量，可根据含量手动调整烟气流量调节阀4在通过PLC连锁稳定整个燃烧的进风量。
控制柜13同时控制空气过滤器5、燃烧器11、燃料进口12、空气流量调节阀9、烟气流量调节阀4等部件，并通过预设的程序按照一定的逻辑关系控制各部件的工作，形成统一的系统，达到预设的要求。使整个系统成为一个整体。在通常情况下，控制柜13的功能可以由PLC完成，在部分没有特殊要求的场合，也可以就近使用个人PC或者笔记本电脑结合专用的控制软件实现。这更方便技术人员在现场的控制和老旧油田的新设备技术改造。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例。任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的实施方式加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的实施方式所进行的任何简单修改或等同置换，均属于本发明要求保护的范围。
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