微粉狀燃料燃燒裝置的制作方法

專利名稱：微粉狀燃料燃燒裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是在鍋爐、化學工業爐等上使用的微粉狀燃料燃燒裝置。


圖15是作為現有微粉狀燃料燃燒裝置燃燒粉磨煤的噴燒器一例的縱斷面側視圖，圖16是其正面圖。圖中，分別表示為01為粉磨煤輸送管，02為粉磨煤混合氣，03為分配器，04為噴燒器，05為粉磨煤管，06為濃混合氣噴燒器，07為淡混合氣噴燒器，08為二次空氣，09為噴燒器風箱，10為粉磨煤噴嘴，11為二次空氣噴嘴。
噴燒器04是由粉磨煤濃度高的濃混合氣噴燒器06與粉磨煤濃度低的淡混合氣噴燒器07一體構成。而濃混合氣噴燒器06與淡混合氣噴燒器07則由其底部中央配置的粉磨煤管05、圍在它的周圍的角形空氣風箱09、連在其出口部的角形粉磨煤噴嘴10、二次空氣噴嘴11構成。同一次空氣一起通過粉磨煤輸送管01輸送的粉磨煤02，依分配器03的作用，分別分配供入濃混合氣噴燒器06與淡混合氣噴燒器07，通過粉磨煤管05與粉磨煤噴嘴10噴入燃燒室內后，與通過同樣的二次空氣噴嘴11噴出的二次空氣混合、擴散、燃燒。
上述之燒粉磨煤的噴燒器，由分配器03將粉磨煤混合氣02分成高濃度混合氣與低濃度混合氣，分別導入濃混合氣噴燒器06與淡混合氣噴燒器07，使其燃燒，因此，可以抑制NOx的產生，同時使燃燒穩定。
圖17是微粉狀燃料燃燒裝置中1次空氣對燃料之比與火焰傳播速度關系圖。
前述現有的燃燒粉磨煤噴燒器，由分配器03將粉磨煤混合氣02分成高濃度混合氣(圖17的A點)與低濃度混合氣(圖17的B點)噴入燃燒室內。如圖所示，通常在使用煤的情況下，高濃度混合氣接近火焰傳播速度最大的1次空氣/燃料比的條件，火焰可以穩定。但是在使用難燃性燃料的情況下，由于火焰傳播速度最大是在1次空氣/燃料比為1.0附近，即使是高濃度混合氣也難滿足這條件，火焰往往變得不穩定。
另外，粉磨煤混合氣02由于沒經過特別整流，當其通過粉磨煤噴嘴10噴射出來時，也常常是空氣與粉磨煤混合不均勻，著火、燃燒性能惡化。
再者，燃燒噴嘴內的彎曲部與尖端翼形部粉磨煤混合氣02的滯流引起粉磨煤在滯流部位的堆積，特別是在燃燒噴嘴尖端堆積的粉磨煤，受到燃燒室內強輻射熱而著火，成為燃燒噴嘴燒損的原因，進而還有使燒損擴大到整個噴燒器的問題。
本發明的目的即是消除現有燃燒粉磨煤的噴燒器上存在的諸問題，以得到穩定的燃燒，提供一種能夠防止噴燒器燒損的令人滿意的噴燒器。
本發明即是為了達到上述目的之裝置，這里所提供的微粉狀燃料燃燒裝置其特征在于火焰在燃燒室內回旋形成渦流，多個燃燒噴嘴配置于燃燒室壁，在將微粉狀燃料供給管連接于該噴嘴時，于燃燒噴嘴與微粉燃料供給管間設置將微粉狀燃料分離成高濃度微粉與低濃度微粉的燃料分配器，在分別將高濃度微粉與低濃度微粉供給前述燃燒噴嘴的同時，所配置的燃燒噴嘴將高濃度微粉噴向前述之渦流的內側，而將低濃度微粉噴向渦流的外側。
本發明由于具有上述之構成，火焰在燃燒室回旋形成渦流，燃燒室壁上配置多個燃燒噴嘴，故火焰可以相互維持穩定，得到穩定燃燒。
另外，本發明所提供的微粉狀燃料燃燒裝置還具有燃燒噴嘴向下傾斜安裝的特征。
如依本發明，由于燃燒噴嘴向下傾斜配置，由向下火焰的浮力可增加燃燒的穩定性，由此可以增長在噴燒器的燃燒時間，因此可以增加向噴燒器的熱輻射強度，使燃燒更加穩定。
再者，本發明所提供的微粉狀燃料燃燒裝置其特征還在于噴入高濃度微粉的燃燒噴嘴與噴入低濃度微粉的燃燒噴嘴大致成橫向配置。
如依本發明，由于將噴入高濃度微粉的燃燒噴嘴與噴入低濃度微粉的燃燒噴嘴大致于橫向配置，噴燒器的整體高度可以降低，從而噴燒器部分的燃燒熱負荷可以增大，有可能得到更加穩定的燃燒。
另外，本發明所提供的微粉狀燃料燃燒裝置其特征還在于前述之燃料分配器為旋風式分離器。
如依本發明，由于靠旋風式分離器將微粉狀燃料分離為高濃度微粉與低濃度微粉，分離性能得以提高，有可能使高濃度混合氣的1次空氣/燃料比在1.0附近，從而，即使是難燃性燃料也能穩定燃燒。
再就是，本發明所提供的微粉狀燃料燃燒裝置其特征還在于在噴入高濃度微粉的燃燒噴嘴上設置頸縮部之同時，在該頸縮部附近設置對燃料混合氣進行整流的整流塊。
本發明采用了旋風式分配器，以其優良的分離性能確保將粉磨煤混合氣分離成高濃度混合氣與低濃度混合氣，在接受高濃度混合氣的第1燃燒噴嘴，旋風分離器的回旋力造成殘存到噴燒器噴出口且不均勻的混合氣的流動，而以整流塊來防止在噴燒器噴出口部分的粉磨煤濃度分布的惡化。
將該整流塊在靠近旋風分離器附近設置，又減弱了旋風分離器的回旋力，使旋風分離器效率下降，恐怕得不到粉磨煤濃度比較高的混合氣，另一方面，由于產生在噴燒器口設置噴出流速不均勻以及易受噴燒器火焰影響等問題，所以最好是將整流塊設置在噴燒器的頸縮部附近，以得到均勻的的流速分布。
圖面簡單說明圖1-本發明第1實施形態鍋爐側面圖，圖2-第1實施形態噴燒器的風箱構成斜視圖，圖3-第1實施形態噴燒器平面配置圖，圖4-第1實施形態燃燒室內燃燒情況模式化圖，圖5-第1實施形態噴燒器構造水平斷面圖，圖6-本發明第2實施形態噴燒器側面圖，圖7-圖6的II-II斷面圖，(a)、(b)、(c)、(d)分別對應于不同實施例，圖8-圖6的III-III斷面圖，(a)、(b)、(c)、(d)分別對應于圖7的不同實施例，圖9-圖6之實施形態中空氣流速分布測定位置說明圖，
圖10-相關本發明實施形態之比較例的空氣流速分布說明圖，圖11-本發明實施形態第1實施例空氣流速分布說明圖，圖12-本發明實施形態第2實施例空氣流速分布說明圖，圖13-本發明實施形態第3實施例空氣流速分布說明圖，圖14-本發明實施形態第4實施例空氣流速分布說明圖，圖15-作為現有微粉狀燃料燃燒裝置，燒粉磨煤噴燒器之一例縱斷面側視圖，圖16-圖15的正面圖，圖17-微粉狀燃料燃燒裝置中1次空氣/煤的比值與火焰傳播速度關系圖。
圖1是本發明第1實施形態之鍋爐的側面圖，圖2是表示該實施形態中噴燒器之風箱構成的斜視圖，圖3是上述實施形態噴燒器平面配置圖，圖4是將上述實施形態的爐內燃燒情況模式化圖，圖5表示上述實施形態之噴燒器構造的水平斷面圖。
首先，如圖1所示，燃燒噴嘴2向下傾斜地配置于鍋爐燃燒室1的爐壁上，從中噴出的混合氣著火后，靠浮力形成U字形的火焰3。
其次，如圖2所示，本實施例的風箱構成為燃燒補助空氣口(A)與噴出燃料口FD、FL、縱向相互重疊；而噴出燃料口又分別為高濃度混合氣口FD與低濃度混合氣口FL兩個橫向并列。
另外，如圖3所示，在本實施例中，高濃度的微粉投向回旋火焰渦4的內側；低濃度微粉投向上述火焰渦的外側。從而像圖4所示的那樣，在燃燒室中心部形成了穩定的高密度燃燒區。
本實施例的燃燒器的構造如圖5所示，由一次空氣輸送的微粉狀燃料通過旋風分離器7分離成濃混合氣與淡混合氣于燃燒室內噴出著火燃燒。
下邊，借圖6說明本發明第2實施形態。
在圖6上，02是粉磨煤混合氣，13是旋風狀分配器，14是高濃度濃混合氣，15是低濃度混合氣，16是濃混合氣14用的第1噴燒器，17是低濃度混合氣15用的第2噴燒器，18是濃混合氣14用的第1燃燒噴嘴，19是低濃度混合氣15用的第2燃燒噴嘴，20是上游側整流塊，21是下游側整流塊，25是第1噴燒器16的管內，28是上游側整流塊20的長度，29是下游側整流塊21的長度，30是噴燒器頸縮部，31是引導低濃度混合氣的內筒。
在這樣構成各個部位的本實施例中，由1次空氣輸送的粉磨煤混合氣02靠旋風式分配器13按圖中箭頭所示的方向產生回旋力，分離成高濃度的濃混合氣14和低濃度混合氣15。高濃度濃混合氣14通過濃混合氣14用的第1噴燒器16噴入爐內；低濃度混合氣15則通過低濃度混合氣15用的第2噴燒器17噴入爐內，這樣來分別噴入、著火、燃燒。
燃料分配率適應旋風分離器的性能而調整，但在這里，高濃度的濃混合氣14一側約為90％。燃料分配率(高濃度濃混合氣14中的燃料量/粉磨煤混合氣02中的燃料量)為90％，1次空氣/煤的比值約為1.0，難燃性燃料之火焰穩定。濃混合氣14用的第1噴燒器16內之高濃度濃混合氣14由旋風式分配器13給予回旋力。
回旋產生的高濃度濃混合氣14由噴燒器頸縮部30附近設置的整流塊20、21整流，其空氣流速分布在第1燃燒噴嘴18的出口斷面之上、中、下三處大致相等。關于這一點由實施例后邊詳細說明。
另一方面，在低濃度混合氣15用的第2燃燒噴嘴19處，第2噴燒器17一側即使不設整流塊，也幾乎無回旋流動，大致上空氣流速成均勻分布。
這樣，如依本實施例，第2噴燒器不用說，即使在擔心殘存著旋風分離器的回旋流動的第1噴燒器16也不存在噴燒器內滯流，粉磨煤混合氣將從第1、第2噴嘴18、19中均勻噴出，因此粉磨煤不會在中途與噴嘴內堆積，從而也不必擔心噴嘴等的燒損。
對前述這樣的可以得到第1燃燒噴嘴18中的穩定噴流，將不設置整流塊20、21的情況作為比較例，而將設置整流塊20、21的作為實施例，借圖7～14加以說明。
而且其中，圖9表示了作為下邊說明基礎的第1噴燒器18出口部的空氣流速分布檢測位置。即，圖9中22、23、24分別表示了管上部、管中央、管下部的流速分布檢測位置。而且在這里第1燃燒噴嘴18(第2燃燒噴嘴19也相同)的內徑為112mm。
(比較例)圖10是整流塊20、21都不設置的情況下的空氣流速分布，以它作為比較例。
從濃混合氣用的第1燃燒噴嘴18噴出的空氣流速，管中央23處慢，管上部22、管下部24處快。管上部比管中央快過3倍以上，呈現不均勻的空氣流速分布；而且，雖圖上未表示，燃料分布亦呈現出與空氣流速分布同樣的傾向。
(實施例1)由圖7a、圖8a、與圖11來說明實施例1。而且，圖7a是圖6的II-II斷面，圖8a是圖6的III-III斷面，關于這一點，對于圖7b～d，圖8b～d在以下所表示的其他實施例中也全是共通的。
在實施例1中，上游側的整流塊20以上、下、左、右成90°間距4列配置于管內25的壁面上，下游側的整流塊21也成上、下、左、右4列同樣配置。在本實施例中，整流塊20、21的寬度26為4.5mm，高度27為15mm，長度則是上游側整流塊20為100mm，下游側整流塊21為120mm。而且，在后面述及的其他實施例中其寬、高、長度也全是同樣的尺寸。
將整流塊20、21這樣配列的本實施例中，檢測出的空氣流速分布表示在圖11中。
管下部24的流速最快，其次是管中央部23，管上部22處最慢。與無整流塊的前述比較例相比較，最高與最低流速的差變小了，均勻程度有所提高。
(實施例2)由圖7b、圖8b與圖12來說明實施例2。
上游側整流塊20與前述實施例1相同，上、下、左、右成90°間距4列配置；而下游側的整流塊21則分別比實施例1將安裝位置移動了30°或90°間距4列配置。上游側整流塊20與下游側整流塊21均做成曲折型。
在將整流塊20、21這樣配置的本實施例中所檢測出來的空氣流速分布示于圖12上。
在管中央23處流速最慢，而管下部24與管上部22處流速同樣變快。與前述實施例1相比，最高與最低速度差變小了，均勻度得以提高。
(實施例3)由圖7c、圖8c與圖13來說明實施例3。
上游側的整流塊20由水平位置按60°間距等間隔6列配置；而下游側整流塊21，與前述之實施例1相同，成上、下、左、右90°間距4列配置。左、右上游側整流塊20與下游側整流塊21為同樣高度，且上、下成為曲折型。
在將整流塊20、21這樣配置的本實施例中檢測出的空氣流速分布示于圖13。
從圖13可以看出，其流速在管中央23與管上部22處處于同樣水平，而在管下部24處變快。與前述實施例2相比，管下部24處流速變快，而管中央與管上部幾乎不存在速度差，故均勻程度得以進一步提高。
(實施例4)由圖7d、圖8d來說明實施例4。
上游側整流塊20與前述之實施例3相同，按60°間距6列配置；而下游側整流塊21與上游側整流塊同樣成6列配置。
在將整流塊20、21這樣配置的本實施例中檢測出來的空氣流速分布示于圖14上。
從圖14可以看出，流速在管上部22與管下部24處處于同樣水平，比管中央23處高一些，但3個點上幾乎處于同樣水平。為前述各實施例中流速最均勻者。
從以上對于實施例的說明以及與比較例的對比可以知道，由于在第1噴嘴18的頸縮部30附近設置了整流塊20、21，管內流動均勻化，可以得到穩定流動。
而且，在前述各實施例中，1次空氣/煤之比為1.0左右，而燃料分配率在實施例3中為80％，稍低一些；而在其他實施例中均為90％左右。
在本發明中，燃燒室內火焰回旋形成渦流，而且在燃燒室壁上配置著多個燃燒噴嘴，在將微粉狀燃料供給管連接于該燃燒噴嘴當中，于燃燒噴嘴與微粉狀燃料供給管間配置了燃料分配器，分離出高濃度微粉與低濃度微粉，在將各種微粉供給前述燃燒噴嘴的同時，將高濃度微粉投向渦流的內側；而將低濃度微粉投向渦流的外側，由于這樣來配置燃燒噴嘴，即使是使用難燃性燃料的情況下，也可以穩定著火，燃燒性能得以提高。尤其是，在燃燒室側壁附近有著空氣充足的氧化環境，可以防止燃燒室壁管的還原腐蝕以及燃料中的礦物質往燃燒室壁上的附著、堆積。
另外，在本發明中，由于將連接于燃燒噴嘴的分配器做成旋風形，可以分離出高濃度混合氣與低濃度混合氣，可將高濃度混合氣與低濃度混合氣分開噴出，即使難燃性燃料也能穩定著火(1次空氣/煤之比為1.0附近)，燃燒性能得以提高。
再者，由于在高濃度噴燒器一側設置了整流塊，由燃燒噴嘴噴出的空氣流速分布變得均勻，可使得著火穩定，火焰穩定性良好。
還有，由于空氣流速分布與燃料分布均勻，沒有混合氣的滯流，可以防止燃料堆積，防止噴燒器的燒損。
權利要求
1.一種微粉狀燃料燃燒裝置，其特征在于在燃燒室內火焰回旋形成渦流，多個燃燒噴嘴配置于燃燒室壁，微粉狀燃料供給管連接于該燃燒噴嘴，于燃燒噴嘴與微粉狀燃料供給管間設置將微粉狀燃料分離成高濃度微粉與低濃度微粉的燃料分配器，在將高濃度微粉與低濃度微粉分別供給燃燒噴嘴的同時，所配置的燃燒噴嘴將高濃度微粉噴向渦流的內側，而將低濃度微粉噴向渦流之外側。
2.按權利要求1所記述的微粉狀燃料燃燒裝置，其特征在于前述之燃燒噴嘴向下傾斜安裝。
3.按權利要求1所記述的微粉狀燃料燃燒裝置，其特征在于前述投入高濃度微粉的燃燒噴嘴與投入低濃度微粉的燃燒噴嘴大致成橫向配置。
4.按權利要求1所記述的微粉狀燃料燃燒裝置，其特征在于前述之燃料分配器為旋風式分離器。
5.按權利要求4所記述的微粉狀燃料燃燒裝置，其特征在于在投入高濃度微粉的燃燒噴嘴上設置有頸縮部，而同時在頸縮部附近設置有對燃料混合氣進行整流的整流塊。
全文摘要
在采用旋風式分配器作為將微粉狀燃料分離成濃、淡燃料混合氣的燃料分配器的同時，提供一種在將濃燃料混合氣導入、燃燒的第1燃燒噴嘴的頸縮部附近設置對燃料混合氣進行整流的整流塊的微粉狀燃料燃燒噴燒器；在確保燃料的濃、淡分布的同時，可以得到均勻流速分布，燃燒穩定、火焰穩定性良好、無燃料堆積、流動平滑、不會引起噴燒器燒損的噴燒器，以消除現有裝置的諸多缺點。
文檔編號F23C5/32GK1142588SQ9610926
公開日1997年2月12日 申請日期1996年8月1日 優先權日1995年8月3日
發明者岡元章泰, 一瀨利光, 久留正敏, 荒木剛夫, 大栗正治 申請人:三菱重工業株式會社