固體燃料燃燒器的制造方法
【專利摘要】一種固體燃料燃燒器，其包括：文丘里管(7)，其具有收縮部，在用于供給固體燃料的燃料噴嘴(8)內(nèi)的燃料流路的橫截面面積在該收縮部處減小；和燃料濃縮器(6)，其用于在所述文丘里管(7)的下游側(cè)使噴嘴(8)內(nèi)的流動向外轉(zhuǎn)向。以如下的方式形成噴嘴(8)：使得(a)鍋爐的爐壁面(18)的開口部(32)附近的開口形狀為扁平形狀，(b)與噴嘴中心軸線(C)正交的噴嘴(8)的外周壁的橫截面的截面形狀直到文丘里管(7)的收縮部都是圓形形狀，(c)在收縮部和開口部(32)之間具有扁平度逐漸增大的部分，以及(d)開口部(32)的扁平形狀的扁平度達到最大值。能夠獲得如下的固體燃料燃燒器：在噴嘴(8)的出口保持周向的燃料濃度均勻化時，可以獲得足夠點燃燃料且穩(wěn)定燃料的火焰的燃料濃度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)燃料排放氣體中的低NOX濃度。
【專利說明】固體燃料燃燒器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體燃料燃燒器，特別地涉及一種能夠良好固體燃料效率的、能夠進行低氮氧化物(NOx)燃燒的燃燒器。

【背景技術(shù)】
[0002]通常，在固體燃料燃燒器的燃料噴嘴的出口部的截面具有近似圓形或正方形的形狀，在一些情況下，要求在包含流體噴流的燃料的外側(cè)點燃的火焰要經(jīng)過相當大的距離傳播到包含流體噴流的燃料的中心部。在包含流體的燃料的從燃料噴嘴噴出的噴出方向上的點燃的火焰要被傳播到包含流體噴流的燃料的中心部的距離、即未點燃的距離隨著燃料噴嘴的直徑或外徑部的擴大而增大，從而使未點燃的區(qū)域擴大。促進在燃燒器附近的還原區(qū)域(reduct1n reg1n)的燃燒對于抑制燃燒用氣體內(nèi)^^的產(chǎn)生是重要的，而增加未點燃區(qū)域意味著點燃之后的燃燒時間的減少，這是未充分抑制N0X或燃燒效率降低的原因。
[0003]在配備有作為燃燒裝置的多個固體燃料燃燒器的鍋爐設(shè)備中，盡管基于降低成本和減少燃燒器的數(shù)量而增大燃燒器容量對于改進可操作性是有效的技術(shù)，但是存在如下問題:使得各燃料噴嘴的直徑或外徑部的長度增大且未點燃區(qū)域擴大，這是導致加或燃燒效率降低的原因。
[0004]由從在包含流體噴流表面的燃料的點燃區(qū)域到包含流體噴流的燃料的中心部的大距離造成該問題。
[0005]W02008-038426A1 (專利文獻1)公開了根據(jù)本 申請人:的發(fā)明的作為現(xiàn)有技術(shù)的如下發(fā)明:通過燃料噴嘴的橫截面的出口形狀是具有長徑部和短徑部的矩形形狀、橢圓形狀或大致橢圓形狀的燃燒器，增大燃燒器容量來抑制未點燃區(qū)域擴大，并且實現(xiàn)防止燃燒用氣體內(nèi)加及燃料的燃燒效率降低。
[0006]此外，W02009-125566A1公開了與上述發(fā)明相似的燃燒器的開口形狀。
[0007]此外，在鍋爐設(shè)備中，在流體穿過流體流路和復雜流體流路的情況下，其中，流體流路利用由鍋爐的爐(boiler furnace)內(nèi)的固體燃料燃燒器提供的高溫排出氣體加熱流過多個傳熱管的流體而獲得的蒸汽，復雜流體流路再利用該獲得的蒸汽，重要的是使安裝有各傳熱管的傳熱部內(nèi)的流體獲得規(guī)定的傳熱量，因此，必須相對于各傳熱部控制燃燒用氣體的溫度和流體流量。因此，存在如下發(fā)明:可以通過改變爐內(nèi)燃料的燃燒位置來控制在各傳熱管內(nèi)的流體的傳熱量(W02009-041081A1)。在本發(fā)明所描述的示例中，將在固體燃料燃燒器設(shè)置的氣體噴嘴出口分為上下兩部分，獨立調(diào)整各自的空氣流量能夠在上下方向上改變?nèi)剂系娜紵恢谩?br> [0008]應(yīng)注意的是，使用固體燃料的鍋爐通常使用粉煤作為固體燃料，因此，在下文中這種鍋爐可以稱為粉煤燃燒鍋爐，并且將固體燃料燃燒器稱為粉煤燃燒器。在啟動粉煤燃燒爐時，啟動風扇，并將作為燃燒用氣體的空氣供給到在鍋爐內(nèi)安裝的多個粉煤燃燒器和二級燃燒空氣口。隨后，相對于各燃燒器的點火炬形成火焰，并且火焰檢測器(下文中，將稱為FD)檢測到該火焰，然后從各點火燃燒器噴出的流體燃料由各點火炬的火焰點燃，以形成相對于各點火燃燒器的火焰。在FD檢測到使用點火燃燒器形成的火焰之后，熄滅各點火炬的火，并且將點火槍移到爐外，以防止燒壞。
[0009]然后，由點火燃燒器使爐的溫度升高，直到爐出口的溫度達到設(shè)定溫度，并且啟動磨粉機(mill)以逐漸切換到粉煤燃燒。也就是，在粉煤燃燒器中，為了點燃粉煤，安裝使用流體燃料等的各點火燃燒器，并且還安裝用于點燃該點火燃燒器的點火炬和用于檢測火焰的FD。
[0010]作為粉煤燃燒器，使用在中心安裝有點火燃燒器的粉煤燃燒器，允許粉煤和作為輸送用氣體的一次空氣在點火燃燒器的周圍流動，并將它們噴入爐內(nèi)，并且從周圍供給燃燒空氣。在這種情況下，為了防止干擾粉煤流動，避免粉煤的堆積或燃燒器內(nèi)火焰穩(wěn)定性差，不在粉煤出口部而在周圍的燃燒空氣供給單元安裝點火炬和FD。
[0011]如果FD或點火炬像現(xiàn)有技術(shù)一樣安裝在燃燒空氣供給單元，存在如下情況:安裝位置可以影響使用FD的火焰檢測或使用點火炬在點火燃燒器內(nèi)的穩(wěn)定點火和火焰穩(wěn)定性。
[0012]此外，還已知在粉煤燃燒器內(nèi)的三次空氣流路內(nèi)配置火焰檢測器(日本特開平4-268103 號公報)。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0014]專利文獻
[0015]專利文獻1:W02008-038426A1
[0016]專利文獻2:W02009-041081A1
[0017]專利文獻3:W02009-125566A1
[0018]專利文獻4:日本特開平4-268103號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]發(fā)明要解決的問題
[0020]專利文獻1公開了關(guān)于本 申請人:的發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)，其為燃料噴嘴的橫截面的出口形狀是具有長徑部和短徑部的矩形形狀、橢圓形狀或具有長徑部和短徑部的大致橢圓形狀的燃燒器。
[0021]根據(jù)該燃燒器，縮短從在包含流體噴流的燃料表面的燃燒區(qū)域到包含流體噴流的中心部的距離能夠減小未燃燒區(qū)域并確保點燃后的燃燒時間。
[0022]然而，根據(jù)本 申請人:進行繼續(xù)研宄的結(jié)果顯示，在鍋爐的壁面的開口部附近的燃料噴嘴的開口形狀是“扁平形狀”的燃燒器中，在燃料噴嘴開口形狀僅形成為扁平形狀的情況下，有意地縮短了從作為包含流體噴流的燃料的點火源的外周側(cè)到中心部側(cè)的距離，難以形成具有與燃料噴嘴開口的形狀相似的扁平形狀的火焰。
[0023]由于該原因，在固體燃料燃燒器的情況下，考慮到燃料顆粒的慣性力比氣體或流體的慣性力大并且該燃料顆粒不必然沿著噴嘴形狀在噴嘴的短距離內(nèi)均勻分散，并且考慮到，例如，與具有相等容量且正圓形形狀的噴嘴相比，燃料在寬度方向上廣泛地分散。特別地，在燃燒器輸出降低的低載荷區(qū)域中，由于燃料流量減少，所以該問題變得突出。結(jié)果，令人擔憂的是，從噴嘴周向觀察的點燃狀態(tài)局部不充分，從而會產(chǎn)生可能導致未燃燒的發(fā)生增加的區(qū)域。
[0024]這是因為包含流體噴流的燃料必須流過短的燃料噴嘴距離(軸線方向的長度，例如，3_)，以在圓筒狀的輸送配管的連接部附近以約25m/s的高速擴散為“扁平形狀”。
[0025]也就是，可以顯示的是，固體燃料的慣性力比輸送流體的慣性力大，在燃料可以容易地流動的寬度方向的中央部燃料濃度高，而在燃料難以流動的寬度方向的兩端部燃料濃度低，因此，在燃料噴嘴出口部的開口截面內(nèi)的寬度大的方向上容易發(fā)生包含流體的燃料的燃料濃度分布。
[0026]盡管在燃料噴嘴的具有低燃料濃度的部分的燃料/氧氣化學計量比非常低，而在燃料噴嘴的具有高燃料濃度的部分的燃料/氧氣化學計量比非常高，但是燃料濃度分布可以相對于燃料噴嘴周向大致均勻，并且在燃料噴嘴外周部來自外周(的燃燒用氣體噴嘴(主要是二次空氣噴嘴))的燃燒用氣體與包含流體的燃料的混合可以大致均勻。
[0027]此外，對于專利文獻1描述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，在燃料噴嘴的入口部設(shè)置用于在燃料噴嘴內(nèi)均等分配燃料的流體分配板。該流體分配板具有抑制由包含流體的燃料單純碰撞且分散而造成的短徑方向的燃料濃度的偏差的效果，而不具有使長徑方向的燃料濃度均勻化的功能。結(jié)果，如圖18的(c)和圖18的(d)所示，在燃料噴嘴出口部的燃料濃度形成為在長徑方向的中央部高而在兩端部低的分布。
[0028]此外，從固體燃料燃燒器噴出的燃燒用氣體(空氣)的流受到燃燒器的結(jié)構(gòu)、尤其是燃燒用氣體的流路的形態(tài)的極大影響。特別地，固體燃料噴嘴的在與流體的流正交的截面形狀是扁平的固體燃料燃燒器中，容易產(chǎn)生偏流。在以該方式產(chǎn)生偏流的情況下，會發(fā)生燃燒器的火焰的穩(wěn)定性變差的問題。其中，重要的是在固體燃料噴嘴出口的外周部或在該部分安裝火焰穩(wěn)定器的附近的流。也就是，重要的是，使從固體燃料噴嘴的外周部噴出的燃燒用氣體的噴流在周向上均等分配并使燃料和輸送用氣體的混合流體濃縮為如下的燃料濃度:該燃料濃度對于在靠近從燃料噴嘴的中心軸線朝向外周部延伸的徑向上的噴嘴出口的外周部或火焰穩(wěn)定器(燃料噴嘴的內(nèi)壁附近)的區(qū)域內(nèi)點火/火焰穩(wěn)定性是足夠的。
[0029]此外，在專利文獻3中公開的發(fā)明中，盡管在粉煤供給噴嘴的外周的燃燒空氣供給單元安裝了 FD或點火炬，但是在周向的安裝位置不固定。在粉煤噴嘴(pulverized coalnozzle)和燃燒空氣供給口具有同心形狀的情況下，不會出現(xiàn)問題，但在粉煤供給噴嘴出口的形狀是矩形形狀、橢圓形狀或大致橢圓形狀的情況下，會出現(xiàn)點火炬難以檢測穩(wěn)定的火焰或難以點燃點火燃燒器的問題。
[0030]本發(fā)明的目的是提供一種固體燃料燃燒器，該固體燃料燃燒器在使燃料噴嘴出口的周向的燃料濃度均勻化時，可以為燃料的點火/火焰穩(wěn)定性提供足夠的燃料濃度并實現(xiàn)燃燒排出氣體的低N0X濃度。
[0031]用于解決問題的方案
[0032]通過如下的解決方案可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0033]根據(jù)第一方面的發(fā)明提供一種固體燃料燃燒器，其包括:燃料噴嘴(8)，所述燃料噴嘴⑶在具有固體燃料流路⑵的爐壁面(18)開口，所述固體燃料流路(2)與圓筒狀的燃料輸送配管(22)連接，固體燃料和該固體燃料的輸送用氣體的混合流體流動通過所述燃料輸送配管(22);和一個或多個燃燒用氣體噴嘴(10、15)，所述一個或多個燃燒用氣體噴嘴(10、15)與風箱(3)連通并且形成于所述燃料噴嘴(8)的外周壁側(cè)，所述固體燃料的燃燒用氣體在所述風箱(3)中流動，
[0034]所述固體燃料燃燒器的特征在于，所述固體燃料燃燒器在所述燃料噴嘴(8)內(nèi)包括:文丘里管(7)，其具有收縮部，所述收縮部使在所述燃料噴嘴(8)內(nèi)的所述固體燃料流路(2)的橫截面減??；和燃料濃縮器￠)，在所述文丘里管(7)的下游側(cè)所述燃料濃縮器
(6)使所述噴嘴內(nèi)的流向外轉(zhuǎn)向，并且
[0035]以如下的方式形成所述燃料噴嘴⑶:
[0036](a)在鍋爐的爐壁面(18)的開口部(32)附近的開口形狀是扁平形狀，
[0037](b)所述燃料噴嘴⑶的與所述燃料噴嘴⑶的外周壁的噴嘴中心軸線(C)正交的橫截面的截面形狀直到所述文丘里管(7)的收縮部都是圓形形狀，
[0038](c)在所述文丘里管(7)的收縮部和設(shè)置于鍋爐的爐壁面(18)的開口部(32)之間設(shè)置扁平度逐漸增大的部分，以及
[0039](d)在鍋爐的爐壁面(18)的開口部(32)形成為具有最大扁平度的扁平形狀。
[0040]根據(jù)第二方面的發(fā)明提供根據(jù)第一方面的固體燃料燃燒器，在所述燃料噴嘴(8)的外周壁的頂端外周布置火焰穩(wěn)定器(9)。
[0041]根據(jù)第三方面的發(fā)明提供根據(jù)第一方面或第二方面的固體燃料燃燒器，在所述多個燃燒用氣體噴嘴(10、15)的最內(nèi)側(cè)布置的二次燃燒用氣體噴嘴(10)內(nèi)設(shè)置有二次燃燒用氣體流路(4)，所述二次燃燒用氣體流路(4)的與所述二次燃燒用氣體噴嘴(10)的外周壁的所述中心軸線(C)正交的截面形狀在所述二次燃燒用氣體流路(4)的出口部為扁平形狀。
[0042]根據(jù)第四方面的發(fā)明提供根據(jù)第三方面的固體燃料燃燒器，在所述多個燃燒用氣體噴嘴(10、15)的最外側(cè)布置的三次燃燒用氣體噴嘴(15)內(nèi)具有三次燃燒用氣體流路
(5)，所述三次燃燒用氣體流路(5)的與所述三次燃燒用氣體噴嘴(15)的外周壁的所述中心軸線(C)正交的截面形狀，在所述爐壁面(18)附近的所述三次燃燒用氣體流路(5)的出口部為圓形形狀。
[0043]這里，“扁平形狀”定義為圖1的(a)示出的矩形形狀、圖1的(b)示出的橢圓形狀、圖1的(c)示出的半圓形狀和矩形形狀的組合形狀，或圖1的(d)示出的寬多邊形的形狀，即具有長徑或長邊W和短徑或短邊Η的扁平形狀。
[0044]在圖1的(a)中，四個角部中的一些或全部角部可以是曲線狀的。同樣地，在圖1的(d)中，多邊形的角部中的一些或全部角部可以是曲線狀的。此外，在上述形狀中每一個形狀中，曲線部的曲率不限于固定的曲率。
[0045]此外，“扁平度”定義為長徑或長邊W和短徑或短邊Η的比W/H。因此，扁平度逐漸增大是指燃料噴嘴(8)的與中心軸線(C)正交的截面的比W/Η逐漸增大，而最大扁平形狀是指燃料噴嘴(8)內(nèi)的具有最大比W/Η的部分的形狀。
[0046]實際上，在燃料噴嘴⑶的爐開口部(32)的比W/Η設(shè)定在1.5至2.5的范圍。在比W/Η低于約1.5時，因為扁平度(比)的增加不足且在爐(11)內(nèi)的火焰的向?qū)挾却蟮姆较驍U散小，所以不能根據(jù)本發(fā)明高效率地實現(xiàn)低ΝΟχ燃燒性能。此外，在比W/Η高于約2.5時，在燃料噴嘴(8)的出口的長徑或長邊W的尺寸太大，并且難以在燃燒器開口內(nèi)安裝燃料噴嘴⑶。
[0047]根據(jù)第五方面的發(fā)明提供根據(jù)第三方面或第四方面的固體燃料燃燒器，所述二次燃燒用氣體流路(4)具有如下的結(jié)構(gòu):該流路的截面面積從燃燒用氣體流入部(17)朝向所述爐壁面(18)的開口部(32)逐漸減小。
[0048]根據(jù)第六方面的發(fā)明提供根據(jù)第三方面或第四方面的固體燃料燃燒器，所述二次燃燒用氣體流路(4)的燃燒用氣體流入部(17)的氣體流入方向被設(shè)定為與所述爐壁面
(18)垂直的方向，并且在該燃燒用氣體流入部(17)配置有具有多個開口部(17aa、17ba)的平板(17a、17b)。
[0049]根據(jù)第七方面的發(fā)明提供根據(jù)第五方面或第六方面的固體燃料燃燒器，在所述二次燃燒用氣體流路(4)的燃燒用氣體流入部(17)配置的所述平板(17a、17b)的開口部(17aa、17ba)以使得在所述二次燃燒用氣體流路(4)內(nèi)的燃燒用氣體的流速在該流路(4)的周向上均勻的方式配置。
[0050]根據(jù)第八方面的發(fā)明提供根據(jù)第五方面或第六方面的固體燃料燃燒器，所述平板(17a、17b)的開口部(17aa、17ba)相對于所述二次燃燒用氣體流路⑷的燃燒用氣體流入部(17)的截面面積的開口比率被設(shè)定為0.05至0.30。
[0051]根據(jù)第九方面的發(fā)明提供根據(jù)第五方面或第六方面的固體燃料燃燒器，所述二次燃燒用氣體流路(4)的截面面積從所述二次燃燒用氣體流路(4)的燃燒用氣體流入部(17)到出口部的減小率被設(shè)定為30 %至80 %。
[0052]根據(jù)第十方面的發(fā)明提供根據(jù)第一方面的固體燃料燃燒器，其特征在于，在用于噴出固體燃料和固體燃料輸送用氣體的所述燃料噴嘴(8)的出口的形狀是矩形形狀的情況下在長邊側(cè)的兩端上布置火焰檢測器(40)和點火炬(41)、在所述燃料噴嘴(8)的出口的形狀是橢圓形狀的情況下在焦點上布置火焰檢測器(40)和點火炬(41)，而在所述燃料噴嘴(8)的出口的形狀是具有直線部和圓周部的大致橢圓形狀的情況下在所述直線部的兩端上布置火焰檢測器(40)和點火炬(41)。
[0053]發(fā)明的效果
[0054]根據(jù)第一方面描述的發(fā)明，由于在保持在燃料噴嘴(8)的內(nèi)壁附近的包含流體的燃料的燃料濃度分布均勻的情況下將包含流體的燃料供給到爐(11)，所以在燃料噴嘴(8)的內(nèi)周壁附近的氧氣化學計量比在整個內(nèi)周上變得適當，并且可以高效率地實現(xiàn)具有低顯^農(nóng)度的燃料燃燒。
[0055]根據(jù)第二方面描述的發(fā)明，除了第一方面描述的發(fā)明效果以外，火焰穩(wěn)定器(9)的安裝促進了在燃料噴嘴(8)附近的燃料的點火，并還高效率地促進了具有低ΝΟΓ^度的燃料的燃燒。
[0056]根據(jù)第三方面描述的發(fā)明，除了第一方面或第二方面描述的發(fā)明效果以外，二次燃燒用氣體噴嘴(10)的外周壁的與中心軸線(C)正交的截面形狀在噴嘴出口形成為扁平形狀，使得火焰穩(wěn)定器(9)和用于供給二次燃燒用氣體的二次燃燒用氣體噴嘴(10)之間的間隙在整周上均勻地形成，根據(jù)在燃料噴嘴(8)的內(nèi)周壁附近形成的均勻燃料濃度分布可以均勻地供給二次燃燒用氣體。也就是，由于在燃料噴嘴(8)的內(nèi)周壁附近的具有高燃料濃度的區(qū)域內(nèi)的燃料和包圍該區(qū)域的外側(cè)的二次燃燒用氣體的局部的燃料/燃燒用氣體流量比可以在燃料噴嘴⑶的出口部的整周區(qū)域內(nèi)均等，所以在整周區(qū)域內(nèi)可以獲得最佳燃燒。
[0057]根據(jù)第四方面描述的發(fā)明，除了第三方面描述的發(fā)明效果以外，三次燃燒用氣體噴嘴(15)具有圓形的出口形狀，并且三次燃燒用氣體流路(5)被上下配置成夾持具有扁平形狀的燃料噴嘴(8)的長徑或長邊W，與三次燃燒用氣體噴嘴(15)具有與燃料噴嘴(8)和二次燃燒用氣體噴嘴(10)的扁平形狀相同的扁平形狀的情況相比，抑制了三次燃燒用氣體和燃料的混合，并且擴大了燃燒器的中心部的燃料過剩區(qū)域(還原區(qū)域)，促進了低NOx燃燒。
[0058]此外，在最外周的三次燃燒用氣體噴嘴(15)的出口形狀是圓形形狀的情況下，這不僅可以易于用于新構(gòu)造的燃燒器，還可以易于對具有圓形燃燒器開口部的現(xiàn)有燃燒器進行改造。
[0059]根據(jù)第五方面描述的發(fā)明，除了第三方面或第四方面描述的發(fā)明效果以外，當流路⑷的截面面積從二次空氣流路⑷的燃燒用氣體流入部(17)朝向用于導向爐(11)的噴出口的出口部逐漸減小時，朝向二次空氣流路(4)的出口部的流速在周向上逐漸接近均勻。
[0060]根據(jù)第六方面描述的發(fā)明，除了第三方面或第四方面描述的發(fā)明效果以外，由于在與爐壁面(18)垂直的方向上設(shè)置二次空氣流路(4)的燃燒用氣體流入部(17)，并配置有具有多個開口部(17aa、17ba)的平板(17a、17b)，爐(11)內(nèi)的二次空氣的噴出量可以在二次空氣流路(4)的出口部的周向上均勻，這能夠促進火焰的穩(wěn)定性并改善燃燒性，由此致使CO或燃料的未燃燒可燃物減少。特別地，在可以根據(jù)爐(11)的上下側(cè)而改變在最外周部的三次空氣流路(5)的三次空氣流量的燃燒器(31)中，在該二次空氣流路(4)的出口部的二次空氣的噴出量可以在周向上均勻化，從增強火焰穩(wěn)定性的觀點來說，這種均勻化是重要的。
[0061]根據(jù)第七方面描述的發(fā)明，除了第五方面或第六方面描述的發(fā)明效果以外，由于在二次燃燒用氣體流路(4)的燃燒用氣體流入部(17)配置的平板(17a、17b)的開口部(17aa、17ba)以二次燃燒用氣體在流路(4)內(nèi)的流速沿著周向變?yōu)榫鶆虻姆绞脚渲?，在二次燃燒用氣體流路(4)的出口部的二次空氣的噴出量可以在周向上均勻化，因此增強了火焰穩(wěn)定性。
[0062]根據(jù)第八方面描述的發(fā)明，除了第五方面或第六方面描述的發(fā)明效果以外，通過將平板(17a、17b)的各開口部(17aa、17ba)相對于二次燃燒用氣體流入部(17)的截面的開口比率設(shè)定為0.05至0.30，使二次燃燒用氣體流速的最大流速和最小流速的比變?yōu)?或更小，二次燃燒用氣體流路(4)的出口部的周向上的流速可以均勻化，并且不再出現(xiàn)二次燃燒用氣體流的偏流。
[0063]根據(jù)第九方面描述的發(fā)明，除了第五方面或第六方面描述的發(fā)明效果以外，由于從二次燃燒用氣體流路(4)的燃燒用氣體流入部(17)朝向出口部的二次燃燒用氣體流路
(4)的截面面積的減小率(稍后將描述其定義)設(shè)定為30%至80%，最大流速和最小流速的比沒有顯著變化，因此，二次燃燒用氣體流路⑷的出口部的周向上的流速可以均勻化，并且不再出現(xiàn)二次燃燒用氣體流的偏流。
[0064]根據(jù)第十方面描述的發(fā)明，除了第一方面描述的發(fā)明效果以外，由于在保持固體燃料燃燒器的燃燒性能時，可以確保檢測到點火炬(41)的火焰，可以消除由包括固體燃料燃燒器的燃燒裝置等內(nèi)的啟動操作或其他操作導致的誤操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0065][圖1]是示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的粉煤噴嘴的開口部的各種橫截面形狀的圖。
[0066][圖2]示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的粉煤燃燒器的側(cè)截面圖(圖2的(a))、從爐側(cè)觀察的主視圖(圖2的(b))、沿著箭頭線A-A截取的截面圖(圖2的(c))以及水平截面圖(圖2的⑷)。
[0067][圖3]示出了用于說明在粉煤燃燒器的粉煤噴嘴內(nèi)的粉煤主流的流動狀態(tài)的圖(圖3的(a)為側(cè)截面)、從爐側(cè)觀察的主視圖(圖3的(b))、水平截面圖(圖3的(c))以及示出了在圖2的粉煤噴嘴出口部的粉煤濃度的測量結(jié)果的圖(圖3的(d))。
[0068][圖4]是示出了在普通的粉煤燃燒器的火焰穩(wěn)定器附近的燃料濃度/平均燃料濃度和可燃性之間的關(guān)系的圖。
[0069][圖5]示出在根據(jù)本發(fā)明的一實施例的粉煤燃燒器的二次空氣流路的流入部處設(shè)置的平板的平面圖(圖5的(a))和該平板的一半的立體圖(圖5的(b))。
[0070][圖6]示出了在根據(jù)本發(fā)明的一實施例的粉煤燃燒器的二次空氣流入部處設(shè)置的平板的另一實施例，其中，圖6的(a)是在二次空氣流入部處的平板的平面圖，而圖6的
(b)是平板的一半的立體圖。
[0071][圖7]是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的粉煤燃燒器的二次空氣流入部的開口比率和二次空氣流路的出口部的流速分布的實測值的關(guān)系圖。
[0072][圖8]是示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的二次空氣出口部的截面面積相對于粉煤燃燒器的二次空氣流入部的截面面積的減小率與二次空氣流路的最大流速和最小流速的比之間的關(guān)系的圖。
[0073][圖9]是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的在粉煤燃燒器的二次空氣流路的二次空氣入口部處沒有安裝平板的情況(圖9的(a))和在安裝平板的情況(圖9的(b))的二次空氣入口部的流速分布的示意圖。
[0074][圖10]是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的粉煤燃燒器的側(cè)截面圖。
[0075][圖11]是沿著圖10中的箭頭線B-B截取的截面圖。
[0076][圖12]示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的粉煤燃燒器的變型例(沿著圖10中的箭頭線B-B截取的截面圖)。
[0077][圖13]示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的粉煤燃燒器的變型例(沿著圖10中的箭頭線B-B截取的截面圖)。
[0078][圖14]示出了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的粉煤燃燒器的變型例(沿著圖10中的箭頭線B-B截取的截面圖)。
[0079][圖15]是示出了顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的粉煤燃燒器的爐壁的配置示例的圖(圖15的(a)、圖15的(b))。
[0080][圖16]示出了配置有圖15的(a)的燃燒器的整個爐的側(cè)截面圖(圖16的(a))和沿著圖16的(a)中的箭頭線A-A截取的截面圖(圖16的(b))。
[0081][圖17]示出了配置有均具有粉煤噴嘴的燃燒器的整個爐的側(cè)截面圖(圖17的(a))和沿著圖17的(a)中的箭頭線B-B截取的截面圖(圖17的(b))，其中，粉煤噴嘴的橫截面具有代替了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的扁平形狀的圓形形狀。
[0082][圖18]示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的粉煤燃燒器的噴嘴的水平截面圖(圖18的(a))、沿著圖18的(a)中的箭頭線A-A截取的截面圖(圖18的(b))、示出了以平均濃度為1.0為相對值表示的在圖18的(a)中的燃料噴嘴的在寬度大的方向上的燃料濃度分布的圖(圖18的(c))以及示出了以平均濃度1.0為相對值表示的在粉煤噴嘴的開口部出口截面中的燃料濃度分布(區(qū)域)的圖(圖18的(d))。

【具體實施方式】
[0083]現(xiàn)在將參照【專利附圖】

【附圖說明】根據(jù)本發(fā)明的實施例。
[0084]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的最佳的實施例。
[0085]首先，將說明固體燃料燃燒器31 (下文中，可以稱為粉煤燃燒器31)的總體構(gòu)造。在圖2中，將使用油等作為燃料的啟動燃燒器1安裝到中心，在燃燒器周圍配置通過輸送用氣體(空氣等)輸送固體燃料(粉煤等)的流路2，燃燒用氣體(空氣)在風箱3內(nèi)分成兩路，以布置用于二次燃燒用氣體(下文中，可以稱為二次空氣)的流路4和用于三次燃燒用氣體(下文中，可以稱為三次空氣)的流路5。在用于固體燃料和輸送用氣體的混合流體的流路2內(nèi)設(shè)置有文丘里管7和燃料濃縮器6，該文丘里管7先收縮流路之后擴大。在燃料噴嘴8 (下文中，可以稱為粉煤噴嘴)的出口部的外周安裝有火焰穩(wěn)定器9。
[0086]圖2的(b)示出了從爐11側(cè)觀察的粉煤燃燒器的主視圖。在粉煤噴嘴8的頂端以環(huán)狀形式設(shè)置有火焰穩(wěn)定器9，以在該火焰穩(wěn)定器9的下游側(cè)(wake side)形成循環(huán)流并增強可燃性和火焰穩(wěn)定效果。圖2的(b)示出了使用火焰穩(wěn)定器9的示例，火焰穩(wěn)定器9具有形成于粉煤噴嘴8側(cè)的鯊魚齒狀突起。
[0087]此外，在該粉煤燃燒器31中的粉煤噴嘴8的形狀和二次空氣噴嘴10的形狀從鍋爐11 (參照圖16)側(cè)觀察為扁平形狀。二次空氣從二次空氣流入部17流入二次空氣流路4，燃燒二次空氣從鍋爐11側(cè)的出口供給到粉煤噴嘴8的周圍。
[0088]在三次空氣流入部12設(shè)置有可以調(diào)整開口面積的多個開口構(gòu)件13。另外，在爐11側(cè)的出口部的三次空氣噴嘴15朝向外側(cè)擴展，并且在爐11內(nèi)朝向外側(cè)供給三次空氣。
[0089]現(xiàn)在，將說明粉煤噴嘴8的構(gòu)造的細節(jié)及通過該構(gòu)造提供的特有效果。
[0090]粉煤和輸送用氣體的混合流體21通過燃料輸送配管22被引導至燃燒器導入部23。在燃燒器導入部23的下游側(cè)的、用于粉煤和輸送用氣體的混合流體流路2通過文丘里管7收縮之后擴大。文丘里管7的上下方向的擴大(H1)在比燃燒器導入部23的粉煤噴嘴8的內(nèi)徑(D1)小的范圍內(nèi)，然后構(gòu)成混合流體流路2的粉煤噴嘴8的上壁和下壁在朝向爐
11(參照圖16)直線前進的方向上延伸。在文丘里管7附近的混合流體流路2的水平方向的擴大與粉煤噴嘴8的出口附近的位置連續(xù)，在擴大過程中粉煤噴嘴8的截面形狀從圓形形狀變?yōu)楸馄叫螤?，扁平?率)隨著水平方向的擴大而逐漸地增大。粉煤噴嘴8的向水平方向擴大終止后的直線部被設(shè)置成用于布置火焰穩(wěn)定器9，可以通過制定火焰穩(wěn)定器9的布置方法使粉煤噴嘴8的水平方向的擴大與火焰穩(wěn)定器9的部分連續(xù)。扁平度(率)在粉煤噴嘴8的出口部(即，火焰穩(wěn)定器9的區(qū)域)最大。
[0091]圖3示出了從燃燒器導入部23到粉煤噴嘴8的出口的、在粉煤噴嘴8內(nèi)的粉煤的主流的流。圖3的(a)是粉煤噴嘴8的縱向截面圖，而圖3的(b)是粉煤噴嘴8的水平截面圖。在粉煤噴嘴8的文丘里管7的下游側(cè)的流中，在圖3中具有點圖案的部分25示意性示出了粉煤濃縮的區(qū)域。
[0092]在文丘里管7的收縮過程中粉煤和輸送用氣體的混合流體變?yōu)槌蛑行妮S線C收縮的流，并且沿著燃料濃縮器支撐管24形成圓環(huán)狀的流。當該流到達燃料濃縮器6時，其通過燃料濃縮器6的前表面的傾斜部變?yōu)橄蛲獾牧鳌?br> [0093]應(yīng)該注意的是，作為燃料濃縮器6的構(gòu)造例，該燃料濃縮器6具有:圓錐狀的前表面傾斜部，該圓錐狀的前表面傾斜部的軸向截面面積沿著燃料濃縮器支撐管24的中心軸線增大；圓柱狀的平行部，在前表面傾斜部的下游側(cè)設(shè)置具有大致相等的軸向截面面積的該圓筒狀的平行部；以及圓錐狀的后表面傾斜部，在平行部的下游側(cè)設(shè)置軸向截面面積減小的該圓錐狀的后表面傾斜部。
[0094]由于放置有后表面傾斜部的粉煤噴嘴8內(nèi)的流路的截面面積極大地增大，所以其可以被稱為流路擴大部。
[0095]即使在燃燒器導入部23處粉煤噴嘴8內(nèi)的粉煤的流量分布不均勻的情況下，該燃料也會通過文丘里管7的收縮部在中心軸線C的方向上臨時地聚集，然后在使用燃料濃縮器6的擴展過程中使周向的燃料流量分布均勻。在通過燃料濃縮器6擴展的粉煤的流中，如圖3的(a)所示豎直方向的分流立即與粉煤噴嘴8的上下的內(nèi)周壁的水平部碰撞并變?yōu)橹本€前進方向，而水平方向分流具有由燃料濃縮器6的前表面的傾斜部保存的向外速度分量，直到水平方向分流到達粉煤噴嘴8的出口部，即使粉煤的主流流入在粉煤噴嘴8的出口的下游側(cè)的爐11內(nèi)之后，粉煤的主流也會保持擴展。
[0096]粉煤噴嘴8、文丘里管7和燃料濃縮器6的構(gòu)造的組合即使在粉煤流穿過粉煤噴嘴8的出口后也能夠使粉煤流的形狀的扁平度(率)增大并且使在火焰穩(wěn)定器9的周圍的粉煤噴嘴8的內(nèi)周壁附近的燃料濃度分布均勻。
[0097]圖3的⑷是示出了圖2中的粉煤噴嘴8的出口部的粉煤濃度的測量結(jié)果的圖，并且該圖3的(d)還示出了測量根據(jù)本實施例的粉煤噴嘴8的出口部的燃料濃度分布的示例。在粉煤噴嘴8的中央部的燃料濃度/平均燃料濃度低至0.8倍以下，該燃料濃度隨著靠近外周部而增加，并且在最外周部的燃料濃度濃縮至平均濃度的約1.5倍。此外，粉煤噴嘴8的周向的濃度分布均勻，并且在燃料濃度/平均燃料濃度方面，將在與火焰穩(wěn)定器9最靠近的粉煤噴嘴8的最外周部的燃料濃度偏差抑制到約±0.1倍，該燃料濃度偏差對于例如點火(ignit1n)起著重要的作用。如上所述，由于獲得在粉煤噴嘴8的周向上均勻的燃料濃度，所以能夠提供穩(wěn)定的點火/火焰穩(wěn)定性。
[0098]這里，檢查在未采用粉煤噴嘴8、文丘里管7和燃料濃縮器6的結(jié)構(gòu)的上述組合的、根據(jù)圖18所示的現(xiàn)有技術(shù)的燃料噴嘴40的出口部處的濃度分布。應(yīng)該注意的是，圖18的燃料噴嘴40具有專利文獻1中所描述的燃燒器形狀，圖18的(a)示出了粉煤噴嘴40的水平截面圖，而圖18的(b)示出了沿著圖18的(a)的箭頭線A-A截取的截面圖。
[0099]圖18的(c)是以平均濃度為1.0的相對值的形式示出了與根據(jù)圖18的(a)的粉煤噴嘴40的水平截面圖相對應(yīng)的粉煤噴嘴40的橫向?qū)挾确较虻娜剂蠞舛确植嫉膱D，而圖18的(d)是以平均濃度為1.0的相對值的形式示出了在粉煤噴嘴40的開口部的出口截面的燃料濃度分布(區(qū)域)的圖。
[0100]如上所述，在圖18示出的比較例中，在水平方向(噴嘴的寬度大的方向)的中央部的濃度高，隨著靠近兩端部側(cè)燃料濃度降低，并且在距離中央部最遠的兩端部的燃料濃度降低至平均值的約0.5倍。這是因為空氣流像噴嘴形狀一樣在水平方向上擴散，而固體顆粒的粉煤會在中央部集中而不會在水平方向和其他方向上分散且不會沿著噴嘴形狀擴散。因此，不能獲得與圖3的(c)所示的根據(jù)本發(fā)明的燃料噴流相似的水平分散噴流形狀。
[0101]這里，即使安裝了專利文獻1的附圖所示的如下燃料濃縮器:該燃料濃縮器使燃料在粉煤噴嘴40的寬度大的方向的整個區(qū)域中在濃縮粉煤噴嘴40的上下方向上濃縮，使燃料在上下方向上濃縮在該噴嘴40的開口部的上側(cè)和下側(cè)，但是在噴嘴40的水平方向(橫向?qū)挾确较?的中央?yún)^(qū)域的粉煤濃度仍然高，粉煤濃度隨著靠近兩端部側(cè)而降低，并且在距離中央部最遠的兩端部的粉煤濃度仍然低。
[0102]隨著燃料濃度增加，改善了粉煤噴嘴8的最外周部的燃料濃度和點火/火焰穩(wěn)定性之間的關(guān)系。因此，在圖18示出的粉煤噴嘴形狀的情況下，在粉煤噴嘴40的最外周部處，在燃料濃度為1.3倍以上的中央部保持了點火/火焰穩(wěn)定性，而在燃料濃度/平均燃料濃度為1.0倍以下的兩端部處的可燃性降低。
[0103]另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的粉煤噴嘴形狀的情況下，在粉煤噴嘴8的最外周部的燃料濃度均勻地濃縮為平均濃度的約1.5倍，并且在粉煤噴嘴8的整個外周的可燃性/火焰穩(wěn)定性良好。
[0104]關(guān)于將在粉煤噴嘴的最外周部的燃料濃度濃縮超過平均濃度并且使在周向的燃料濃度均勻的優(yōu)點，可以想到如下優(yōu)點。第一個優(yōu)點是，通過如上所述地保持可燃性/火焰穩(wěn)定性促進固體燃料的燃燒。促進燃燒性能夠產(chǎn)生高效率的燃燒。
[0105]第二個優(yōu)點是，通過改善可燃性/火焰穩(wěn)定性產(chǎn)生了低NOx燃燒的效果。在根據(jù)本發(fā)明的固體燃料燃燒器的情況下，在粉煤噴嘴的出口形成的火焰不會立即與外周空氣(例如，三次空氣)混合。在燃料噴流和外周空氣噴流之間形成循環(huán)區(qū)域，并且發(fā)生爐內(nèi)的氣體流回到燃燒器附近的部分的現(xiàn)象。由于燃燒用氣體滯留在該區(qū)域，所以氧氣濃度低，并且在該區(qū)域中由在粉煤噴嘴的出口形成的火焰產(chǎn)生的Ncy咸少。這種狀態(tài)稱為還原區(qū)域。由于在粉煤噴嘴的出口提前點火(hastening ignit1n)能夠充分地確保還原區(qū)域的滯留時間，因此能夠降低燃燒用氣體中的N0X濃度。
[0106]在圖18示出的粉煤噴嘴形狀的情況下，在粉煤噴嘴40的出口的可燃性在周向上是不均勻的，在兩端部的可燃性/火焰穩(wěn)定性變差，不能確保在還原區(qū)域的滯留時間，Ν0Χ&度升高。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的粉煤噴嘴形狀的情況下，由于在粉煤噴嘴8的最外周的燃料濃度在周向上是均勻的且比平均濃度大，所以可燃性/火焰穩(wěn)定性良好，能夠充分地確保還原區(qū)域的滯留時間，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)低Ν0Χ燃燒。
[0107]現(xiàn)在，將描述根據(jù)本發(fā)明的、圖2示出的實施例中的二次空氣噴嘴10。圖2示出的二次空氣噴嘴10具有扁平形狀(參照圖2的(C))，其相對于火焰穩(wěn)定器9的間隙在整周上是均勻的。
[0108]應(yīng)該注意的是，在本實施例中，二次空氣噴嘴10的內(nèi)壁面與粉煤噴嘴8 (燃料噴嘴)的外周壁相對應(yīng)。
[0109]如圖2的(c)所示，在二次空氣噴嘴10和火焰穩(wěn)定器9之間的間隙在整周上大致均勻。因此，對應(yīng)在粉煤噴嘴8的內(nèi)周壁附近形成的均勻的燃料濃度分布，能夠在周向上均勻地供給二次空氣。也就是，由于在粉煤噴嘴8的內(nèi)周壁附近的、具有高燃料濃度的區(qū)域內(nèi)的燃料和在包圍該區(qū)域的外側(cè)的二次空氣的局部燃料/燃燒用氣體流量比率能夠在粉煤噴嘴8的出口部的整周區(qū)域內(nèi)均等，所以能夠在整周區(qū)域中獲得最佳燃燒。
[0110]在圖2示出的實施例中，三次空氣噴嘴15具有圓形的出口形狀，并且三次空氣流路5被配置成從上下方向夾持粉煤噴嘴8 (參照圖2的(c))。結(jié)果，抑制了三次空氣和燃料的混合，并且促進了低NOx燃燒。
[0111]此外，在粉煤燃燒器31的最外周的三次空氣噴嘴15的出口形狀形成為圓形形狀的情況下，不僅可以方便用于新構(gòu)造的燃燒器，還可以方便用于具有圓形開口部的現(xiàn)有燃燒器的改進。
[0112]構(gòu)成爐壁面18的水壁管必須設(shè)計成繞過爐壁面18的燃燒器開口部32，其加工程度(a degree of devising)是隨著燃燒器31的大容量化而變得突出。當在最外周的三次空氣噴嘴15的出口形狀是圓形形狀以形成燃燒器開口部32時，被加工成彎曲狀的水壁管的曲率可以形成為相對大的光滑形狀。結(jié)果，可以容易地加工水壁管，可以緩和彎曲加工時的應(yīng)力集中，以及可以抑制水壁管的內(nèi)部流體流動的阻力增大。
[0113]現(xiàn)在，將描述如下構(gòu)造:該構(gòu)造通過使來自二次空氣流路4的二次空氣噴嘴10的二次空氣的噴出在周向上均勻化來穩(wěn)定火焰。
[0114]二次空氣流路4具有如下的構(gòu)造:該流路的截面面積從二次空氣流入部(二次空氣入口部)17朝向爐側(cè)的二次空氣出口減小。
[0115]首先，檢查二次空氣流路4的出口部的流速分布對二次空氣流入部17的截面面積和二次空氣流路4的出口部附近的截面面積的比的影響。
[0116]使用由本發(fā)明人獨自組裝的流動試驗裝置的試驗來評價上述截面面積比和二次空氣流路4的出口部的流速分布之間的關(guān)系。制作與圖1示出的與粉煤燃燒器31的出口形狀相同的形狀的裝置，在改變流入部17的截面面積和在該出口部附近的截面面積的比的情況下將二次空氣流路4的出口部在周向被等分為16個部分，由熱線風速計測量各部分的流速。應(yīng)注意的是，使用常溫的空氣作為流體。采用最大流速和最小流速的比作為表示流速的均勻化的指標來進行評價。當最大流速和最小流速的比為1時，意思是指流速是均勻化的。
[0117]圖8示出了作為評價對象的二次空氣出口部的截面面積相對于二次空氣流入部17的截面面積的減小率與二次空氣流路4的最大流速和最小流速的比之間的關(guān)系。對在圖8的橫軸的截面面積的減小率進行如下限定。然而，這里在二次空氣流入部17沒有安裝平板 17a 和 17b。
[0118]此外，二次空氣流入部17的出口部的截面面積是在沒有設(shè)置火焰穩(wěn)定器9的狀態(tài)下的截面面積，即，就是在由火焰穩(wěn)定器9使二次空氣流路減小之前的截面面積。
[0119]截面面積減小率=(1-出口部截面面積/流入部截面面積)X 100(% )
[0120]結(jié)果，最大流速和最小流速的比顯著減小，直到減小率達到約40%，然后該比逐漸降低至約為1。當減小率設(shè)定為30%或更大時，最大流速和最小流速的比為2或更小。然而，當截面面積減小率設(shè)定為太大時，流入氣體的量像下述開口比率一樣減小，因此，期望將二次空氣流路4的截面面積的減小率設(shè)定為30%至80%。
[0121]圖5示出了關(guān)于在二次空氣流路4的二次空氣流入部17中設(shè)置的平板17a的形狀的實施例。圖5的(a)示出了平板17a的平面圖，而圖5的(b)示出了平板17a的一半的立體圖。
[0122]在圖5的(a)示出的實施例中，在具有圓角矩形形狀的平板17a中在上下對稱且左右對稱的位置設(shè)置有多個圓形開口部17aa。應(yīng)該注意的是，內(nèi)部的大圓形開口部是與粉煤噴嘴8接觸的接觸部。此外，該平板17a具有如圖10的(b)所示的、左右對半分割結(jié)構(gòu)(horizontally half-split structure)，使得可以容易地布置該平板。在本實施例中，設(shè)置于二次空氣流入部17的平板17a的開口比率約為9%。
[0123]圖6示出了配置于二次空氣流入部17的平板的另一實施例。圖6的(a)示出了設(shè)置于二次空氣流入部17的平板17b的平面圖，而圖6的(b)示出了平板17b的一半的立體圖。設(shè)置于二次空氣流入部17的平板17b的開口比率約為11%。
[0124]應(yīng)該注意的是，在圖5和圖6所示的實施例中，在二次空氣流入部17的開口部設(shè)置的平板17a和17b的開口部具有像開口部17aa和17ba—樣的圓形形狀，而本發(fā)明不限于這種形狀，并且開口部可以具有諸如橢圓形或正方形等的多邊形形狀。此外，根據(jù)二次空氣入流部17的結(jié)構(gòu)，平板17a和17b不限于圓角矩形的形狀，而可以采用諸如圓形或方形(angular shape)等的各種形狀。然而，為了使在二次空氣流路4的出口部的橫截面方向的流速均勻化，期望以上下對稱且左右對稱的方式配置二次空氣流入部17的平板17a和17b的開口部。
[0125]圖7示出了基于與如上所述的流動試驗相同的流動試驗檢測關(guān)于該二次空氣流入部17的平板17a和17b中的每一個的開口比率在二次空氣流路4的出口部的流速分布的結(jié)果。圖7中示出的結(jié)果是，當上述開口比率為約0.10時，在二次空氣流路4的出口部的最大流速和最小流速的比為最小，而當開口比率為0.30或更小時，最大流速和最小流速的比在2以下。然而，當開口比率極度減小時，流入氣體的量極度減小，因此，為了使在二次空氣流路4的出口部的流速均勻，期望將二次空氣流入部17的開口比率設(shè)定為0.05至0.30。
[0126]圖9示出了在二次空氣流路4的二次空氣入口部17沒有布置具有圖5或圖6所示的開口部17aa和17ba的平板17a和17b的情況(圖9的(a))和布置平板17a和17b的情況(圖9的(b))的示意圖。由各箭頭的方向和長度表示二次空氣的流動方向和強度。
[0127]在如圖9的(a)所示的沒有布置平板17a和17b的情況下，根據(jù)氣體流入風箱3的方向(在圖9所示的示例中，從左上側(cè)供給二次空氣)，當二次空氣流入二次空氣流路4的二次空氣入口部17時二次空氣變?yōu)槠?，并且在二次空氣入口?7的截面中流速分布不同。這種偏流或流速分布影響在二次空氣出口部的流速分布。另一方面，在如圖9的(b)所示的布置具有二次空氣入口部17的開口部17aa和17ba的平板17a和17b的情況下，偏流或流速分布的差異被平板17a和17b抵消而消除，而僅供給具有大致均勻流速的直進流作為流入二次空氣入口部17的空氣流。
[0128]現(xiàn)在，將描述如下結(jié)構(gòu):在二次空氣噴嘴10內(nèi)布置火焰檢測器(FD)40，以在燃燒器31的出口檢測來自點火燃燒器1的火焰或粉煤火焰。此外，設(shè)置用于確保點燃點火燃燒器1的點火炬41。
[0129]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的粉煤燃燒器31的側(cè)截面圖，而圖11是沿著圖10中的箭頭線B-B截取的截面圖。應(yīng)該注意的是，圖10與圖2中所示的粉煤燃燒器31的側(cè)截面圖相同，但附圖中省略了一些構(gòu)件。
[0130]圖10和圖11中示出的粉煤燃燒器31的粉煤噴嘴8的出口形狀是具有短徑部和長徑部的矩形形狀、橢圓形狀或具有直線部和圓周部的大致橢圓形狀，該粉煤噴嘴8的外周部具有橢圓或大致橢圓的二次空氣噴嘴10，并且在外周的三次空氣噴嘴15的形狀具有與點火(啟動)燃燒器1同心的形狀。
[0131]將上下分割燃燒器中心水平截面的隔板14插入三次空氣噴嘴15，使得可以改變流入上下側(cè)的三次空氣的流量。
[0132]也就是，相對于二次空氣噴嘴10的外周壁和三次空氣噴嘴15的內(nèi)周壁布置隔板14，并且三次空氣流路5由隔板14上下分割成兩部分。隔板14還可以是將風箱3上下分割成兩部分的隔板14。因此，由各阻尼器30a至30d調(diào)整被導入上下分割成兩個三次空氣流路5的、來自風箱3的三次空氣的量的情況下，流過各流路的燃燒空氣的動量可能產(chǎn)生偏差，并且從粉煤燃燒器31噴出的火焰可以沿著爐11內(nèi)的上下方向偏向。
[0133]在粉煤噴嘴8的上側(cè)的二次空氣噴嘴10內(nèi)布置FD 40和點火炬41。FD 40用于檢測來自在燃燒器31的中心部布置的點火燃燒器1的火焰或粉煤的火焰，來自在鍋爐11的前后側(cè)壁面18上布置的燃燒器31的火焰由于浮力和上升流向上彎曲，因此，期望在包含燃燒器中心的水平線的上側(cè)布置FD 40。
[0134]此外，由于FD 40還用于檢測點火炬41的火焰，所以期望在同一平面上布置FD 40和點火炬41，因此，同樣地，還期望在包含燃燒器中心的水平線的上側(cè)布置點火炬41。
[0135]由于管被插入燃燒空氣噴嘴10和15中的每一個噴嘴，所以FD40或點火炬41根據(jù)布置位置阻礙外周空氣的流動。由于二次空氣噴嘴10的噴出口的截面面積在粉煤噴嘴8的長徑部的外周增大，所以長徑部的外周壁的二次空氣的流量比短徑部的外周的二次空氣的流量大。
[0136]在粉煤噴嘴8的短徑部的外周壁布置有FD 40或點火炬41的情況下，阻礙燃燒空氣的流動，因此，該空氣不在短徑部的外周壁上流動。
[0137]在這種情況下，不能使FD 40或點火炬41冷卻，因此，令人擔憂的是，由于爐11的輻射熱會燒壞FD 40或點火炬41。另一方面，由于粉煤噴嘴8的長徑部的外周壁具有高空氣流量，所以燒損的可能性降低，在例如點火炬41的情況下，當燃燒空氣的流量大時，用于點火燃燒器1的火炬火焰被吹出，因此，不期望在燃燒空氣的量大的位置布置該構(gòu)件。
[0138]為了確保點燃點火燃燒器1，期望在燃燒空氣流量低的位置布置點火炬41。
[0139]盡管從防止燒壞的觀點來說，期望在燃燒空氣量大的位置布置FD 40，但是當粉煤噴嘴8的出口形狀是矩形形狀、橢圓形狀或大致橢圓形狀時，在出口的兩端均形成有具有高燃料濃度的區(qū)域，因此，以觀察具有高燃料濃度的區(qū)域的方式安裝FD 40，使火焰檢測靈敏度良好。
[0140]因此，期望在具有小的燃燒空氣量且高燃料濃度的區(qū)域及可以降低燒壞的可能性的區(qū)域內(nèi)布置FD 40或點火炬41。
[0141]圖11示出的實施例是如下的示例:粉煤噴嘴8的出口形狀是具有直線部和圓周部的大致橢圓形狀，該直線部的外周壁具有寬的二次空氣流路4，各圓周部的外周具有窄的二次空氣流路4，因此，期望在直線部和圓周部的接點上布置FD 40或點火炬41。
[0142]圖12中示出的實施例(沿著圖10中的箭頭線B-B截取的截面圖)與粉煤噴嘴8的出口形狀是矩形形狀的情況相對應(yīng)，在長徑部側(cè)的二次空氣流路4是寬的，而在短徑部側(cè)的二次空氣流路4是窄的。因此，不期望在粉煤噴嘴8的出口形狀的長徑部或短徑部的中央處安裝FD 40或點火炬41，而期望在長徑部的兩端上安裝該構(gòu)件。
[0143]圖13中示出的實施例(沿著圖10中的箭頭線B-B截取的截面圖)與粉煤噴嘴8的出口形狀是橢圓形狀的情況相對應(yīng)，在焦點之間的外周具有寬的二次空氣流路4，而在焦點外側(cè)的外周壁具有窄的二次空氣流路4。因此，在這種情況下，期望在粉煤噴嘴8的焦點外側(cè)的外周壁上布置FD 40或點火炬41。
[0144]應(yīng)該注意的是，在圖11至圖13中，當從爐11側(cè)觀察粉煤燃燒器31時，F(xiàn)D 40布置在左上側(cè)，而點火炬41布置在右上側(cè)，即使它們的位置相反，也不會發(fā)生任何問題。
[0145]圖14中示出的實施例(沿著圖10中的箭頭線B-B截取的截面圖)與圖11中示出的燃燒器旋轉(zhuǎn)90度時相對應(yīng)。也就是，存在如下的示例:構(gòu)成粉煤噴嘴8的出口的外周壁的圓周部放置在上下位置而直線部放置在左右位置。在這種情況下，期望在包含燃燒器31的中心的水平線的上側(cè)布置FD 40或點火炬41。
[0146]圖15的(a)示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的燃燒器31的爐壁面18的配置示例。在本示例中，燃燒器31在爐壁面18上配置成三排四列，所有的燃燒器的扁平形狀的粉煤噴嘴8的寬度大的方向被確定為水平的。圖16是示意性示出與應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)時相比、當使用圖15的(a)所示的粉煤燃燒器31時，可以有效利用爐11的空間的圖，圖16的(a)示出了配置有圖15的(a)中的燃燒器31的整個爐11的側(cè)截面圖，而圖16的(b)示出了沿著圖16的(a)中的箭頭線A-A截取的截面圖。此外，圖17(圖17的(a)示出了整個爐11的側(cè)截面圖，該爐11內(nèi)配置有具有粉煤噴嘴的燃燒器，每個粉煤噴嘴均具有圓形形狀而不是扁平形狀的橫截面形狀，圖17的(b)示出了沿著箭頭線A-A截取的截面圖)示出了現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)。
[0147]如圖16所示，在以水平地設(shè)定具有扁平形狀的各粉煤噴嘴8的寬度大的方向的方式來配置所有粉煤燃燒器31的情況下，燃料噴流在爐11內(nèi)的水平方向上分散，可以有效地利用爐11內(nèi)的空間，并且可以高效率地且低勵^農(nóng)度地燃燒燃料。
[0148]如圖16的(a)和圖16的(b)所示，在水平地設(shè)定均具有扁平形狀的各粉煤噴嘴8的寬度大的方向的方式來配置在爐壁面18上配置的所有燃燒器31的情況下，與圖17中示出的現(xiàn)有技術(shù)相比，火焰在爐11內(nèi)在水平方向擴散，由此減少了爐11內(nèi)的未利用空間。
[0149]也就是，根據(jù)本實施例，火焰穿過的截面面積在爐11內(nèi)的水平截面中增大，火焰在爐11內(nèi)滯留的時間增加，改善了燃料效率，并且可以減低燃燒用氣體的ΝΟΓ^度。
[0150]如上所述，在圖18的(a)和圖18的(b)中示出的不與本發(fā)明的粉煤噴嘴8、文丘里管7和燃料濃縮器6的結(jié)構(gòu)的組合相對應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)的粉煤噴嘴40情況下，在如圖18的
(c)和圖18的(d)所示的水平方向的兩端部提供低燃料濃度分布。因此，難以使燃料朝向超出爐內(nèi)的水平方向、特別是粉煤噴嘴40的寬度方向的擴展(相對于中心軸線的傾斜角)的外側(cè)擴散，并且難以使火焰在水平方向上擴散。
[0151]與此相比，在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，不僅容易使粉煤燃料在粉煤噴嘴8和該粉煤噴嘴8的外周的二次空氣噴嘴10的隔壁側(cè)(在布置火焰穩(wěn)定器9的情況下在該火焰穩(wěn)定器9的附近)濃縮且在粉煤噴嘴8的開口部的整周上能夠均勻地進行點火，而且還使得在粉煤噴嘴8的水平截面上(在從上下方向側(cè)觀察燃燒器31的情況下)的燃料分布(在特定的水平方向位置的上下方向的燃料積分所得的值)不是在水平方向(噴嘴寬度大的方向)的中央部附近而是在兩端部側(cè)高。
[0152]因此，可以使燃料朝向超過在爐內(nèi)的水平方向、特別是在粉煤噴嘴8的寬度大的方向的擴展(相對于中心軸線C的傾斜角)的外側(cè)擴散，并且可以使火焰在水平方向上擴散。
[0153]因此，即使單個燃燒器的容量擴大且在爐內(nèi)的水平方向上彼此相鄰的燃燒器31之間的距離增大，在不形成火焰的區(qū)域沒有擴大的情況下，也可以有效地使用爐空間。
[0154]圖15的(b)示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的燃燒器31的配置示例。在本實施例中，燃燒器31在爐壁面18上配置成三排四列，以各粉煤噴嘴8的寬度大的方向面向豎直方向的方式配置靠近側(cè)壁的燃燒器31，在側(cè)壁處容易發(fā)生灰與爐壁面18粘附的問題，以將具有扁平形狀的粉煤噴嘴8的寬度大的方向設(shè)定為水平方向的方式配置其他燃燒器31，并且在抑制灰粘附的問題時，能夠進行高效率且低NOx濃度的燃燒。在本實施例中，盡管以具有扁平形狀的各粉煤噴嘴8的寬度大的方向面向豎直方向的方式配置靠近側(cè)壁的燃燒器31，但對于靠近側(cè)壁的一些燃燒器31 (例如，只有在最上段的燃燒器31)，具有扁平形狀的各粉煤噴嘴8的寬度大的方向可以配置成豎直方向，而對于其他燃燒器31，具有扁平形狀的各粉煤噴嘴8的寬度大的方向可以配置成面向水平方向。
[0155]應(yīng)該注意的是，在圖15的(a)和圖15的(b)中示出的燃燒器31的配置示例中，具有扁平形狀的各粉煤噴嘴8的寬度大方向被設(shè)定為完全地(perfectly)豎直方向或水平方向，但是由于在各燃燒器31周圍的任何其他結(jié)構(gòu)的影響，在該寬度大的方向不能被設(shè)定為完全地豎直方向或水平方向的情況下，可以傾斜配置該寬度大的方向。
[0156]附圖標記說明
[0157]1啟動燃燒器2粉煤流路
[0158]3風箱4 二次空氣流路
[0159]5三次空氣流路6燃料濃縮器
[0160]7文丘里管8粉煤噴嘴
[0161]9火焰穩(wěn)定器10 二次空氣噴嘴
[0162]11爐12三次空氣流入部
[0163]13三次開口構(gòu)件14隔板
[0164]15三次空氣噴嘴17 二次空氣流入部
[0165]18爐壁面21混合流體
[0166]22燃料輸送配管23燃燒器導入部
[0167]24燃料濃縮器支撐管28燃燒器火焰
[0168]29 二級燃燒用氣體供給口31固體燃料(粉煤)燃燒器
[0169]32 爐開口部(燃燒器喉部(burner throat port1n))
[0170]40火焰檢測器41點火炬
【權(quán)利要求】
1.一種固體燃料燃燒器，其包括:燃料噴嘴，所述燃料噴嘴在具有固體燃料流路的爐壁面開口，所述固體燃料流路與圓筒狀的燃料輸送配管連接，固體燃料和該固體燃料的輸送用氣體的混合流體流動通過所述燃料輸送配管；和一個或多個燃燒用氣體噴嘴，所述一個或多個燃燒用氣體噴嘴與風箱連通并且形成于所述燃料噴嘴的外周壁側(cè)，所述固體燃料的燃燒用氣體在所述風箱中流動， 所述固體燃料燃燒器的特征在于，所述固體燃料燃燒器在所述燃料噴嘴內(nèi)包括:文丘里管，其具有收縮部，所述收縮部使在所述燃料噴嘴內(nèi)的所述固體燃料流路的橫截面減??；和燃料濃縮器，在所述文丘里管的下游側(cè)所述燃料濃縮器使所述噴嘴內(nèi)的流向外轉(zhuǎn)向，并且 以如下的方式形成所述燃料噴嘴: (a)在鍋爐的爐壁面的開口部附近的開口形狀是扁平形狀， (b)所述燃料噴嘴的與所述燃料噴嘴的外周壁的噴嘴中心軸線正交的橫截面的截面形狀直到所述文丘里管的收縮部都是圓形形狀， (C)在所述文丘里管的收縮部和設(shè)置于鍋爐的爐壁面的開口部之間設(shè)置扁平度逐漸增大的部分，以及 (d)在鍋爐的爐壁面的開口部形成為具有最大扁平度的扁平形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于，在所述燃料噴嘴的外周壁的頂端外周布置火焰穩(wěn)定器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體燃料燃燒器，其特征在于，在所述多個燃燒用氣體噴嘴的最內(nèi)側(cè)布置的二次燃燒用氣體噴嘴內(nèi)設(shè)置有二次燃燒用氣體流路，所述二次燃燒氣體流路的與所述二次燃燒用氣體噴嘴的外周壁的所述中心軸線正交的截面形狀在所述二次燃燒用氣體流路的出口部為扁平形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體燃料燃燒器，其特征在于，在所述多個燃燒用氣體噴嘴的最外側(cè)布置的三次燃燒用氣體噴嘴內(nèi)具有三次燃燒用氣體流路，所述三次燃燒用氣體流路的與所述三次燃燒用氣體噴嘴的外周壁的所述中心軸線正交的截面形狀在所述爐壁面附近的所述三次燃燒用氣體流路的出口部為圓形形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的固體燃料燃燒器，其特征在于，所述二次燃燒用氣體流路具有如下的結(jié)構(gòu):該流路的截面面積從燃燒用氣體流入部朝向所述爐壁面的開口部逐漸減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的固體燃料燃燒器，其特征在于，所述二次燃燒用氣體流路的燃燒用氣體流入部的氣體流入方向被設(shè)定為與所述爐壁面垂直的方向，并且在該燃燒用氣體流入部配置有具有多個開口部的平板。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的固體燃料燃燒器，其特征在于，在所述二次燃燒用氣體流路的燃燒用氣體流入部配置的所述平板的開口部以使得在所述二次燃燒用氣體流路內(nèi)的燃燒用氣體的流速在該流路的周向上均勻的方式配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的固體燃料燃燒器，其特征在于，所述平板的開口部相對于所述二次燃燒用氣體流路的燃燒用氣體流入部的截面面積的開口比率被設(shè)定為0.05至0.30。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的固體燃料燃燒器，其特征在于，所述二次燃燒用氣體流路的截面面積從所述二次燃燒用氣體流路的燃燒用氣體流入部到出口部的減小率被設(shè)定為30%至 80%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于，在用于噴出固體燃料和固體燃料輸送用氣體的所述燃料噴嘴的出口的形狀是矩形形狀的情況下在長邊側(cè)的兩端上布置火焰檢測器和點火炬、在所述燃料噴嘴的出口的形狀是橢圓形狀的情況下在焦點上布置火焰檢測器和點火炬、而在所述燃料噴嘴的出口的形狀是具有直線部和圓周部的大致橢圓形狀的情況下在所述直線部的兩端上布置火焰檢測器和點火炬。
【文檔編號】F23C99/00GK104508372SQ201380035524
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月14日
【發(fā)明者】嶺聰彥, 木山研滋, 下郡三紀, 多田隈聰, 若松仁, 大谷津紀之, 倉增公治, 越智健一, 越智佑介, 岡崎洋文 申請人:三菱日立電力系統(tǒng)株式會社