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CN111550770A - 一种富氧燃烧锅炉系统及其运行方法 - Google Patents

一种富氧燃烧锅炉系统及其运行方法 Download PDF

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CN111550770A CN202010317852.9A CN202010317852A CN111550770A CN 111550770 A CN111550770 A CN 111550770A CN 202010317852 A CN202010317852 A CN 202010317852A CN 111550770 A CN111550770 A CN 111550770A
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Huazhong University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了一种富氧燃烧锅炉系统及其运行方法，包含锅炉炉膛，设置于锅炉炉膛上的燃烧器，第一送风机，第一注氧器，第二注氧器，其中，所述锅炉炉膛的烟气出口与所述第一送风机、所述第一注氧器、所述第二注氧器和所述燃烧器依次连接，所述第二注氧器设置在靠近所述燃烧器的位置处。本发明所述系统和运行方法，解决了富氧燃烧系统中送风管路发生回火的技术问题，保证富氧燃烧系统的连续安全运行，实现最佳性能和经济效益。

Description

一种富氧燃烧锅炉系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及热能工程技术领域，具体涉及一种富氧燃烧锅炉系统及运行方法。
背景技术
富氧燃烧是在现有燃煤发电技术基础上，用高纯度的氧代替助燃空气，同时采用烟气循环调节锅炉的燃烧和传热特性，可获得高浓度的富CO2烟气，通过进一步的冷凝压缩纯化，可较容易实现大规模化CO2富集和减排。
煤粉在加热的过程中会发生热解产生甲烷等可燃性气体，在富氧燃烧系统中，采用烟气循环的气体供给的方式，当锅炉炉膛熄火后，由于进入炉膛内部的煤粉和热解产生出来的甲烷等可燃质未能燃烧完全从而进入循环系统，故循环烟气中含有一定量的可燃质。循环烟气在进入炉膛前要进行注氧以使进入炉膛的气体中的氧浓度达到锅炉实际运行所需要求，注入氧气后，烟气与氧气混合，因此时烟气中的可燃质浓度要远远高出系统正常运行的可燃质浓度，如若氧气浓度比例足够大，当可燃混合气体射流进入炉膛点燃的瞬间送风管路可能产生爆燃而回火，从而破坏管路系统和设备，造成富氧燃烧系统全面停止运行，带来巨大的经济损失。
发明内容
本发明针对现有技术中的上述问题，提出了一种富氧燃烧锅炉系统及运行方法，解决了现有富氧燃烧锅炉系统中存在的送风管路中由于循环烟气的氧气含量过高而引起的爆燃回火的技术问题。
为了达到此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种富氧燃烧锅炉系统，包含锅炉炉膛，设置于锅炉炉膛上的燃烧器，第一送风机，第一注氧器，第二注氧器，其中，所述锅炉炉膛的烟气出口与所述第一送风机、所述第一注氧器、所述第二注氧器和所述燃烧器依次连接，所述第二注氧器设置在靠近所述燃烧器的位置处。
本发明中，采用两个注氧器向送风管路中的循环烟气注氧，并设置其中一个注氧器在靠近锅炉燃烧器的位置处，这样会降低进入锅炉燃烧器之前的送风管路中循环烟气的氧气含量，避免由于氧气含量过高而引起的送风管路中循环烟气爆燃回火。
在本发明的一个具体实施例中，第一送风机为二次风机，第一注氧器为二次风第一注氧器，第二注氧器为二次风第二注氧器。
进一步地，所述第二注氧器的出口通过管路与所述燃烧器连接，所述第二注氧器的出口连接管路的直径为D1,所述第二注氧器与所述燃烧器之间的距离在范围(D1,2D1)之内，即所述第二注氧器与所述燃烧器之间的距离在1倍的第二注氧器的出口连接管路的直径和2倍的第二注氧器的出口连接管路的直径之间。
本发明中，如果第二注氧器与所述燃烧器之间的距离小于第二注氧器的出口连接管路的直径，则在进入燃烧器之前第二注氧器注入的氧气不能在循环烟气中均匀混合，导致锅炉燃烧不充分；如果第二注氧器与所述燃烧器之间的距离大于第二注氧器的出口连接管路直径的2倍，则第二注氧器的出口与燃烧器之间的管路内的氧气含量过高而存在爆燃回火的危险。
进一步地，所述系统还包含第二送风机，磨煤机、第三注氧器和第四注氧器，其中，所述锅炉炉膛的烟气出口与所述第二送风机、所述磨煤机、所述第三注氧器、所述第四注氧器和所述燃烧器依次连接，所述第四注氧器设置在靠近燃烧器的位置处。
在本发明的一个具体实施例中，第二送风机为一次风机，第三注氧器为一次风第一注氧器，第四注氧器为一次风第二注氧器。
进一步地，所述第四注氧器的出口通过管路与所述燃烧器连接，所述第四注氧器的出口连接管路的直径为D2,所述第四注氧器与所述燃烧器之间的距离在范围(D2,2D2)之内。
进一步地，所述系统还包含：
除尘器，所述除尘器的入口与所述锅炉炉膛的烟气出口连接；
引风机，所述引风机的入口与所述除尘器的出口连接；
第一烟气循环管路，第二烟气循环管路和第三烟气循环管路，其中，所述第一烟气循环管路的一端与所述引风机的出口连接，所述第一烟气循环管路的另一端与所述第二烟气循环管路连接，所述第二烟气循环管路的一端与所述第一送风机的入口连接，所述第二烟气循环管路的另一端与所述第三烟气循环管路连接，所述第三烟气循环管路的一端与所述第二送风机的入口连接；
第一循环烟气调节阀门，所述第一循环烟气调节阀门设置在所述第一烟气循环管路上。
本发明中，第一烟气循环管路用于输送锅炉燃烧产生的烟气经除尘器处理后的湿烟气，湿烟气通过第二烟气循环管路和第三烟气循环管路分别进入第一送风机和第二送风机。
进一步地，所述系统还包含脱硫塔；
烟气换热器，所述烟气换热器的烟气入口与所述引风机的出口连接，所述烟气换热器的烟气出口与所述脱硫塔的入口连接；
冷凝器，所述冷凝器的入口与所述脱硫塔的出口连接；
压缩机，所述压缩机的入口与所述冷凝器的出口连接；
第四烟气循环管路，所述第四烟气循环管路的一端与所述冷凝器的出口连接，所述第四烟气循环管路的另一端与所述烟气换热器的循环烟气入口连接；
烟囱；
第五烟气循环管路，所述第五烟气循环管路的一端与所述烟气换热器的循环烟气出口连接，所述第五烟气循环管路的另一端与所述烟囱的入口连接；
所述第三烟气循环管路的另一端与所述第五烟气循环管路连接；
第二循环烟气调节阀门，所述第二循环烟气调节阀门设置在所述第三烟气循环管路上，所述第二循环烟气调节阀门位于所述第三烟气循环管路与所述第五烟气循环管路的连接位置和所述第三烟气循环管路与所述第二烟气循环管路的连接位置之间。
本发明中，第五烟气循环管路用于输送锅炉燃烧产生的烟气经除尘器、脱硫塔和冷凝器处理后的干烟气，干烟气通过第二烟气循环管路和第三烟气循环管路分别进入第一送风机和第二送风机。
进一步地，所述系统还包含预热器，所述预热器的烟气入口与所述除尘器的出口连接，所述预热器的烟气出口与所述引风机的入口连接，所述预热器的一次风入口与第二送风机的出口连接，所述预热器的一次风出口与所述磨煤机的入口连接，所述预热器的二次风入口与所述第一注氧器的出口连接，所述预热器的二次风出口与所述第二注氧器的入口连接。
进一步地，所述系统还包含氧气管路和氧气贮存罐，所述氧气管路的一端与所述燃烧器连接，所述氧气管路的另一端与氧气贮存罐连接，所述第一注氧器，所述第二注氧器，所述第三注氧器和所述第四注氧器分别通过注氧管路与所述氧气管路连接。
第二方面，本发明提供一种富氧锅炉系统运行方法，所述方法包含从锅炉炉膛排出的一部分烟气依次经过二次风机、二次风第一注氧器、二次风第二注氧器后进入设置在锅炉炉膛上的燃烧器，所述二次风第一注氧器向烟气中注入氧气使得所述二次风第一注氧器注入氧气后送风管路中烟气的氧气浓度低于锅炉管路内可燃质爆燃所需氧气浓度的最低值，所述二次风第二注氧器靠近所述燃烧器设置，所述二次风第二注氧器向烟气中注入氧气使得所述二次风第二注氧器注入氧气后送风管路中烟气的氧气浓度达到锅炉正常运行所需的二次风氧气浓度。
进一步地，所述方法还包含从锅炉炉膛排出的另一部分烟气依次经过一次风机、磨煤机、一次风第一注氧器、一次风第二注氧器后进入设置在锅炉炉膛上的燃烧器，所述一次风第一注氧器向烟气中注入氧气使得所述一次风第一注氧器注入氧气后送风管路中烟气的氧气浓度低于锅炉管路内可燃质爆燃所需氧气浓度的最低值，所述一次风第二注氧器靠近所述燃烧器设置，所述一次风第二注氧器向烟气中注入氧气使得所述一次风第二注氧器注入氧气后送风管路中烟气的氧气浓度达到锅炉正常运行所需的一次风氧气浓度。
本发明所述送风管路包含第一注氧器的出口连接管路、第二注氧器的出口连接管路、第三注氧器的出口连接管路和第四注氧器的出口连接管路。
本发明所述方法中，通过对一次风、二次风分别采用两个注氧器进行两次注氧，致使锅炉在意外熄火的状态下，送风管路中，烟气的氧浓度低于烟气中可燃质爆燃所需的最低氧浓度，致使可燃质在一次风和二次风管路中不能够产生火焰的传播，能够有效的防止富氧燃烧中因为烟气循环中烟气所含可燃质成分导致送风管路回火的问题。
与现有技术相比，本发明存在以下有益效果：
本发明采用两个注氧器向送风管路中的循环烟气注氧，并设置其中一个注氧器在靠近锅炉燃烧器的位置处，这样会降低进入锅炉燃烧器之前的送风管路中循环烟气的氧气含量，使氧气含量低于锅炉管路内可燃质爆燃所需氧气浓度的最低值，解决了现有技术富氧燃烧系统中送风管路发生爆燃回火的技术问题，保证富氧燃烧系统的连续安全运行，实现最佳性能和经济效益。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明提供的实施例1的系统结构示意图。
图2为本发明提供的实施例2的系统结构示意图。
图3为本发明提供的实施例3的系统结构示意图。
图4为本发明提供的实施例4的系统结构示意图。
其中，图中各附图标记：
1-锅炉炉膛，2-二次风机，3-二次风第一注氧器，4-二次风第二注氧器，5-燃烧器，6-一次风机，7-磨煤机，8-一次风第一注氧器，9-烟气净化处理装置，10-一次风第二注氧器，11-除尘器，12-引风机，13-烟气换热器，13A-烟气入口,13B-烟气出口，13C-循环烟气入口,13D-循环烟气出口，14-脱硫塔，15-冷凝器，16-压缩机，17-烟囱，18-预热器，19-引风机II,20-增压风机，S1-第一烟气循环管路,S2-第二烟气循环管路,S3-第三烟气循环管路,21-第一循环烟气调节阀门,22-第二循环烟气调节阀门，S4-第四烟气循环管路,S5-第五烟气循环管路,M-氧气管路，M1至M4-注氧管路
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实例采用如图1所示的锅炉系统结构，锅炉炉膛的烟气出口通过管路依次与烟气净化处理装置9、二次风机2、二次风第一注氧器3、二次风第二注氧器4和燃烧器5依次连接，锅炉烟气作为二次风的来源，二次风第一注氧器3设置在二次风机2的烟气出口与锅炉炉膛之间，且靠近锅炉炉膛设置，二次风第二注氧器4靠近燃烧器5设置，二次风第二注氧器4与燃烧器5之间的距离为1.8倍的二次风第二注氧器4的烟气出口连接管路直径。净化处理装置9包含除尘器和脱硫塔。
一次风机6的出口通过管路依次与磨煤机7、一次风第一注氧器8和燃烧器5连接，一次风的来源为空气。一次风第一注氧器8的入口与磨煤机7出口通过管路连接。
在锅炉系统正常运行时，二次风第一注氧器3和二次风第二注氧器4的注氧量可根据需要进行调节，优选的注氧器注氧量满足如下条件：二次风第一注氧器3向烟气中注入氧气后使得二次风送风管路中烟气的氧气浓度低于锅炉管路内可燃质爆燃所需氧气浓度的最低值，二次风第二注氧器4向烟气中注入氧气后使得二次风送风管路中烟气的氧气浓度达到锅炉正常运行所需的二次风氧气浓度。
在锅炉系统运行发生事故时，二次风第一注氧器3和二次风第二注氧器4的注氧量必须要满足上述注氧器注氧量条件。
实施例2
本实例采用如图2所示的锅炉系统结构，锅炉炉膛的烟气出口通过管路与烟气净化处理装置9连接，烟气净化处理装置9的出口管路分为两条支路，烟气净化处理装置9的出口通过一条支路与二次风机2、二次风第一注氧器3、二次风第二注氧器4和燃烧器5依次连接，烟气净化处理装置9的出口通过另一条支路与一次风机6、磨煤机7、一次风第一注氧器8、一次风第二注氧器10和燃烧器5依次连接。
二次风第二注氧器4靠近燃烧器5设置，二次风第二注氧器4与燃烧器5之间的距离为1.8倍的二次风第二注氧器4的出口连接管路直径。
一次风第一注氧器8设置在一次风机6的出口与锅炉炉膛1之间，且靠近锅炉炉膛1设置，磨煤机7的出口与一次风第一注氧器8的入口连接，一次风第一注氧器8的出口与一次风第二注氧器10的入口连接，一次风第二注氧器10的出口与燃烧器5连接，一次风第二注氧器10靠近燃烧器5设置，一次风第二注氧器10与燃烧器5之间的距离为1.8倍的一次风第二注氧器10的出口连接管路直径。
在锅炉系统正常运行或发生事故时，二次风第一注氧器3和二次风第二注氧器4的注氧量要满足同实施例1相同的注氧量条件。
在锅炉系统正常运行时，一次风第一注氧器8和一次风第二注氧器10的注氧量可根据需要进行调节，优选的注氧器注氧量满足如下条件：一次风第一注氧器8向烟气中注入氧气后使得一次风送风管路中烟气的氧气浓度低于锅炉管路内可燃质爆燃所需氧气浓度的最低值，一次风第二注氧器10向烟气中注入氧气后使得一次风送风管路中烟气的氧气浓度达到锅炉正常运行所需的一次风氧气浓度。
在锅炉系统运行发生事故时，一次风第一注氧器8和一次风第二注氧器10的注氧量依然要满足上述一次风注氧量条件。
实施例3
本实例采用如图3所示的锅炉系统结构，该结构与实施例2所述锅炉系统结构基本相同，不同处在于所述系统包含氧气管路M,氧气管路M的一端与燃烧器5连接，氧气管路M的另一端与氧气贮存罐连接，二次风第一注氧器3、二次风第二注氧器4，一次风第一注氧器8、一次风第二注氧器10通过注氧管路M1至M4分别与所述氧气管路M连接，注氧管路上设置氧气调节阀门。
在锅炉系统正常运行或发生事故时，二次风第一注氧器3、二次风第二注氧器4，一次风第一注氧器8、一次风第二注氧器10满足与实施例2相同的注氧量条件。
实施例4
本实例采用如图4所示的锅炉系统结构，锅炉炉膛1的烟气出口与除尘器11的入口连接，除尘器11的出口与预热器18的烟气入口连接，预热器18的烟气出口与引风机12的入口连接，引风机12的出口与烟气换热器13的烟气入口13A连接，烟气换热器13的烟气出口13B与脱硫塔14的入口连接,脱硫塔14的出口与冷凝器15的入口连接，冷凝器15的出口与压缩机16的入口连接,第四烟气循环管路S4的一端与冷凝器15的出口连接，第四烟气循环管路S4的另一端与烟气换热器13的循环烟气入口13C连接。
第一烟气循环管路S1的一端与引风机12的出口连接，第一烟气循环管路S1的另一端与第二烟气循环管路S2连接，第二烟气循环管路S2的一端与二次风机2的烟气入口连接，第二烟气循环管路S2的另一端与第三烟气循环管路S3连接，第三烟气循环管路S3的一端与一次风机6的入口连接，第三烟气循环管路S3的另一端与第五烟气循环管路S5连接,第五烟气循环管路S5的一端与烟气换热器13的循环烟气出口13D连接，第五烟气循环管路S5的另一端与烟囱17的入口连接
预热器18的一次风入口与一次风机6的出口连接，预热器18的一次风出口与磨煤机7的入口连接，预热器18的二次风入口与二次风第一注氧器3的出口连接，预热器的二次风出口与二次风第二注氧器4的入口连接。预热器18的氧气入口通过氧气管路与氧气贮存罐连接，预热器18的氧气出口与第二注氧器4的入口连接。
二次风第二注氧器4的出口与燃烧器5连接，二次风第二注氧器4与燃烧器5之间的距离为1.5倍的二次风第二注氧器4的出口连接管路直径。
二次风第一注氧器3的入口与二次风机2的出口连接，磨煤机7的出口与一次风第一注氧器8的入口连接，一次风第一注氧器8的出口与一次风第二注氧器10的入口连接，一次风第二注氧器10的出口与燃烧器5连接，一次风第二注氧器10与燃烧器5之间的距离为1.5倍的一次风第二注氧器10的出口连接管路直径
在锅炉系统正常运行或发生事故时，二次风第一注氧器3、二次风第二注氧器4，一次风第一注氧器8、一次风第二注氧器10满足与实施例2相同的注氧量条件。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种富氧燃烧锅炉系统，其特征在于，包含锅炉炉膛，设置于锅炉炉膛上的燃烧器，第一送风机，第一注氧器，第二注氧器，其中，所述锅炉炉膛的烟气出口与所述第一送风机、所述第一注氧器、所述第二注氧器和所述燃烧器依次连接，所述第二注氧器设置在靠近所述燃烧器的位置处。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二注氧器的出口通过管路与所述燃烧器连接，所述第二注氧器的出口连接管路的直径为D1,所述第二注氧器与所述燃烧器之间的距离在范围(D1,2D1)之内。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包含第二送风机，磨煤机、第三注氧器和第四注氧器，其中，所述锅炉炉膛的烟气出口与所述第二送风机、所述磨煤机、所述第三注氧器、所述第四注氧器和所述燃烧器依次连接，所述第四注氧器设置在靠近燃烧器的位置处。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第四注氧器的出口通过管路与所述燃烧器连接，所述第四注氧器的出口连接管路的直径为D2,所述第四注氧器与所述燃烧器之间的距离在范围(D2,2D2)之内。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包含：
除尘器，所述除尘器的入口与所述锅炉炉膛的烟气出口连接；
引风机，所述引风机的入口与所述除尘器的出口连接；
第一烟气循环管路，第二烟气循环管路和第三烟气循环管路，其中，所述第一烟气循环管路的一端与所述引风机的出口连接，所述第一烟气循环管路的另一端与所述第二烟气循环管路连接，所述第二烟气循环管路的一端与所述第一送风机的入口连接，所述第二烟气循环管路的另一端与所述第三烟气循环管路连接，所述第三烟气循环管路的一端与所述第二送风机的入口连接；
第一循环烟气调节阀门，所述第一循环烟气调节阀门设置在所述第一烟气循环管路上。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包含脱硫塔；
烟气换热器，所述烟气换热器的烟气入口与所述引风机的出口连接，所述烟气换热器的烟气出口与所述脱硫塔的入口连接；
冷凝器，所述冷凝器的入口与所述脱硫塔的出口连接；
压缩机，所述压缩机的入口与所述冷凝器的出口连接；
第四烟气循环管路，所述第四烟气循环管路的一端与所述冷凝器的出口连接，所述第四烟气循环管路的另一端与所述烟气换热器的循环烟气入口连接；
烟囱；
第五烟气循环管路，所述第五烟气循环管路的一端与所述烟气换热器的循环烟气出口连接，所述第五烟气循环管路的另一端与所述烟囱的入口连接；
所述第三烟气循环管路的另一端与所述第五烟气循环管路连接；
第二循环烟气调节阀门，所述第二循环烟气调节阀门设置在所述第三烟气循环管路上，所述第二循环烟气调节阀门位于所述第三烟气循环管路与所述第五烟气循环管路的连接位置和所述第三烟气循环管路与所述第二烟气循环管路的连接位置之间。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包含预热器，所述预热器的烟气入口与所述除尘器的出口连接，所述预热器的烟气出口与所述引风机的入口连接，所述预热器的一次风入口与第二送风机的出口连接，所述预热器的一次风出口与所述磨煤机的入口连接，所述预热器的二次风入口与所述第一注氧器的出口连接，所述预热器的二次风出口与所述第二注氧器的入口连接。
8.根据权利要求3-7任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包含氧气管路和氧气贮存罐，所述氧气管路的一端与所述燃烧器连接，所述氧气管路的另一端与所述氧气贮存罐连接，所述第一注氧器，所述第二注氧器，所述第三注氧器和所述第四注氧器分别通过注氧管路与所述氧气管路连接。
9.一种富氧锅炉系统运行方法，其特征在于，所述方法包含从锅炉炉膛排出的一部分烟气依次经过二次风机、二次风第一注氧器、二次风第二注氧器后进入设置在锅炉炉膛上的燃烧器，所述二次风第一注氧器向烟气中注入氧气使得所述二次风第一注氧器注入氧气后送风管路中烟气的氧气浓度低于锅炉管路内可燃质爆燃所需氧气浓度的最低值，所述二次风第二注氧器靠近所述燃烧器设置，所述二次风第二注氧器向烟气中注入氧气使得所述二次风第二注氧器注入氧气后送风管路中烟气的氧气浓度达到锅炉正常运行所需的二次风氧气浓度。
10.根据权利要求9所述的运行方法，其特征在于，所述方法还包含从锅炉炉膛排出的另一部分烟气依次经过一次风机、磨煤机、一次风第一注氧器、一次风第二注氧器后进入设置在锅炉炉膛上的燃烧器，所述一次风第一注氧器向烟气中注入氧气使得所述一次风第一注氧器注入氧气后送风管路中烟气的氧气浓度低于锅炉管路内可燃质爆燃所需氧气浓度的最低值，所述一次风第二注氧器靠近所述燃烧器设置，所述一次风第二注氧器向烟气中注入氧气使得所述一次风第二注氧器注入氧气后送风管路中烟气的氧气浓度达到锅炉正常运行所需的一次风氧气浓度。
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