專利名稱：固體燃料燃燒器及使用固定燃料燃燒器的燃燒方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對固體燃料進行氣流輸送并使其燃燒的固體燃料用燃燒器及其燃燒方法，特別是涉及適合于將含水分和揮發(fā)成分多的煤粉、木材或泥炭作為燃料進行燃燒的、可對應寬范圍的爐膛負荷變化而且可進行使燃燒廢氣中的氮氧化物(NOx)濃度下降的燃燒的固體燃料用燃燒器，使用該固體燃料用燃燒器的燃燒方法，具有該燃燒器的爐膛、加熱爐、或熱風發(fā)生爐等燃燒裝置及其運用方法，燃煤鍋爐及其系統(tǒng)，及燃煤火力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術：
用于環(huán)境保護的公害防止規(guī)定一年比一年嚴格，特別是在燃燒上述煤的煤粉燃燒鍋爐中，要求盡可能地減少燃燒氣體中的NOx發(fā)生量(以下稱低NOx化)。作為使燃燒廢氣中的NOx濃度下降的燃燒技術(低NOx化技術)有兩級燃燒法。兩級燃燒法有在爐膛全體使NOx發(fā)生量下降和在燃燒器單體使NOx濃度下降這樣兩種方法。當要在爐膛全體使NOx發(fā)生量下降時，通過將爐膛的燃燒器區(qū)域中的空氣比(相對燃料的所需空氣比例，空氣比1為化學計量當量)保持為1以下的濃燃料條件，將生成的NOx還原，實現(xiàn)低NOx化。對于此時的未燃燒燃料，通過從設置于燃燒器區(qū)域下游(后)側(cè)的空氣插入口投入空氣使其燃燒。
另外，作為在煤粉燃燒器等固體燃料燃燒器(下面有時簡稱為燃燒器)單體使NOx發(fā)生量下降的低NOx燃燒法(以下將這種燃燒器稱為低NOx化燃燒器)，使2次空氣和3次空氣旋轉(zhuǎn)，使得與僅由1次空氣著火的煤粉流的混合延遲，從而形成大的還原區(qū)域，該方法已在某種低NOx化煤粉燃燒器(日本特開昭60-176315號、特開昭62-172105號)得以實用化。
由這些技術可使廢氣中的NOx濃度下降到130ppm(燃料比＝固定碳/揮發(fā)成分為2，煤中的含氮量為1.5％，灰中未燃分5％以下)。然而，廢氣中的NOx濃度限制值存在一年比一年嚴格的傾向，今后要求的廢氣中的NOx限制值將在100ppm以下。
作為NOx發(fā)生量在100ppm以下的低NOx化燃燒器，開發(fā)了帶有進一步強化燃燒器部的低NOx燃燒法的內(nèi)部火焰穩(wěn)定器的燃燒器和設置了在外部火焰穩(wěn)定器(設于煤粉和煤粉輸送用氣體的混合流體流過的燃料噴口的外周部)與上述內(nèi)部火焰穩(wěn)定器之間橋接的那樣的火焰穩(wěn)定器的燃燒器。
另外，在預期能量要求將要增大的地區(qū)，可認為今后主要利用水分和灰分多、發(fā)熱量低的劣質(zhì)煤。在劣質(zhì)煤中，雖然褐煤和次煙煤等含有高水分的煤的埋藏量較多，但與煙煤相比存在火焰溫度下降和燃料性差等作為燃料的性質(zhì)較差的擔心。褐煤為以東歐為中心存在的煤，為灰分20％以上、水分30％以上的埋藏年代較短的煤。
另外，以褐煤為代表的煤化(碳化)程度低的煤、木材、泥炭在加熱時以氣體放出的成分(以下稱為揮發(fā)成分)和含于燃料中的水分較多。另外，發(fā)熱量與煙煤和無煙煤等煤化程度高的煤相比較低，一般粉碎性較差。另外，具有燃燒灰的熔融溫度低的特征。由于揮發(fā)成分多，所以，在空氣氛圍中貯藏和粉碎時易于自然著火，與煙煤等相比難以處理。為此，在將褐煤等制成微粉和使其燃燒的場合，將燃燒廢氣與空氣的混合氣體用作燃料的輸送用氣體。由于上述混合氣體的氧濃度較低，所以，可避免燃料的自然著火。另外，由燃燒廢氣的保有熱量可使由上述混合氣體輸送的燃料中的水分蒸發(fā)。
然而，在低氧濃度氣氛下輸送燃料，使得從燃燒器噴出的燃料不在與空氣混合后時燃燒反應沒有進展。燃燒反應受到燃料與空氣的混合速度制約，與可由空氣輸送的煙煤相比燃燒速度下降。為此，與煙煤的燃燒相比，燃料的燃盡時間較長，在爐膛出口的未燃燒成分增加。
作為使由低氧濃度的輸送用氣體輸送的燃料的著火提前的方法，有在燃料噴口前端設置空氣噴口以提高燃料輸送用氣體的氧濃度的方法。例如在日本特開平10-73208號公報中公開了在燃料噴口的外側(cè)設置空氣噴口的燃燒器。另外，在燃料噴口的中心設置空氣噴口以促進燃料噴口的燃料與空氣的混合的燃燒器也經(jīng)常得到應用。
另外，在日本特開平4-214102號公報中公開了一種燃燒器，該燃燒器具有噴射煤粉和其輸送用氣體的混合物的燃料噴口和配置于該燃料噴口外側(cè)的2次空氣噴口和3次空氣噴口，還在將上述燃料噴口與2次空氣噴口隔開的分隔壁前端部設置用于保持由從上述燃料噴口噴出的煤粉獲得的火焰的火焰穩(wěn)定器。
如上述那樣，褐煤等雖然為價廉的燃料，但存在由高灰分、高水分、低發(fā)熱量這樣的性質(zhì)導致的燃燒性和結(jié)灰性的問題。對于其燃燒性，如何促進著火、形成穩(wěn)定的火焰為高效率燃燒的關鍵技術。另外，在燃燒器構(gòu)造體、爐膛壁面等的結(jié)灰性高的原因是由于熔點低。褐煤等除了鈣和鈉等的含量多等灰性質(zhì)導致的問題外，還存在大量向爐內(nèi)供給(與煙煤相比發(fā)熱量少，所以需要增加煤的投入量)形成的灰生成量多等對結(jié)渣和積灰不利的條件。因此，為了在燃燒器使用褐煤等劣質(zhì)煤，需要實現(xiàn)高效燃燒性和降低結(jié)灰性。
在海外使用的一般的褐煤燃燒方式為切圓燃燒方式和四角燃燒方式。前者為在爐膛側(cè)壁設置由燃料流路和燃燒用空氣流路構(gòu)成的燃燒器室的方式，后者為在爐膛的四角設置由燃料流路和燃燒用空氣流路構(gòu)成的燃燒器室的方式。
下面說明這些燃燒方式與國內(nèi)在燃燒煙煤時使用的、成對地在相向的爐膛壁面配置燃燒器群的所謂對沖燃燒方式的不同點。
對沖燃燒方式由自穩(wěn)焰方式運用各燃燒器(燃料和燃燒用空氣的多層管)，與此不同，上述褐煤燃燒的方式不在燃燒器出口近旁自己穩(wěn)定火焰，而是通過使燃燒用空氣的射流帶有運動量，在爐膛中心部或其近旁進行混合燃燒而使燃料進行穩(wěn)定燃燒。
圖30為四角燃燒方式或切圓燃燒方式的燃燒器室37的一例從爐膛側(cè)觀看時的正面圖。燃燒用空氣隨其作用不同而改變流速，例如中心空氣噴口124的目的在于迅速地與由廢氣供給的來自燃料噴口125的燃料混合，提高氧濃度從而促進燃燒，最外側(cè)空氣噴口126的目的在于，以具有50m/s以上的貫穿力的射流，從爐膛中心部到其近旁實現(xiàn)燃燒的穩(wěn)定化。
在過去基本上沒有經(jīng)驗的以褐煤為主的劣質(zhì)煤的燃燒領域中，要在世界市場中獲得優(yōu)勢所必不可少的技術在于開發(fā)出可相應于隨電力需要增減產(chǎn)生的負荷變化進行運行的煤粉燃燒器。在東歐，對于電力需要，有時希望以30％的部分負荷運行鍋爐。對此，現(xiàn)有技術存在以下問題。
如前面說明的那樣，在關于褐煤燃燒的現(xiàn)有技術(四角燃燒方式或切圓燃燒方式)中重要的是使燃料和燃燒用空氣的混合流體的射流具有貫穿力，進行爐膛內(nèi)的穩(wěn)定燃燒。當減少爐膛的負荷時，來自燃燒器室37的上述射流的運動量減少，所以，火焰變得不穩(wěn)定。圖31為例示出四角燃燒方式的爐膛41的負荷從高負荷下降到低負荷時的火焰形狀變化的爐膛41內(nèi)的水平斷面圖。當處于圖31(a)所示高負荷時，來自燃燒器室37的上述射流在燃燒器的根部附近形成吹走部38，從爐膛41中央部到其近旁形成穩(wěn)定的燃燒區(qū)域，進行效率良好的燃燒。
然而，當處于低負荷時，來自燃燒器室37的各射流的流速下降，運動量減少，所以，不形成圖31(a)所示穩(wěn)定的燃燒區(qū)域，燃燒變得不穩(wěn)定(如圖31(b)所示那樣爐膛41全體變暗淡)。作為低負荷時的燃燒器不發(fā)火防止對策，為了監(jiān)視是否在爐膛41內(nèi)形成穩(wěn)定的燃燒區(qū)域，如在圖32的爐膛41的側(cè)斷面圖中示出的那樣，在爐膛41的上部的后空氣孔49附近設置火焰檢測器48，但當如圖31(b)所示那樣爐膛41內(nèi)的輝度下降時，作出不發(fā)火判定。
由于這樣的原因，在爐膛41內(nèi)的穩(wěn)定燃燒區(qū)域的形成受來自各燃燒器的射流的運動量左右的現(xiàn)有技術方式中，難以在低負荷時運用。在圖31(a)、圖31(b)中將燃燒器室37設置于爐膛41下部，來自燃燒器室37的燃料和燃燒用氣體的混合流體的射流由來自后空氣孔49的供給形成火焰。
另外，在供給到上述現(xiàn)有技術的燃燒器的燃料量變多的燃燒裝置(爐膛)的高負荷運行條件下，火焰的輻射熱使燃燒器構(gòu)造物成為高溫。由于褐煤等煤化程度低的燃料的燃燒灰的熔融溫度低，所以，當燃燒灰附著于燃燒器構(gòu)造物的上述高溫部分時，逐漸熔融，熔融物進一步成長。變大了的熔融物可能相對燃料的燃燒成為障礙。為此，當在高負荷運行條件下燃燒時，需要離開燃燒器形成火焰。
本發(fā)明的目的在于提供一種可在燃燒裝置(爐膛)的高負荷運行條件到低負荷運行條件的寬范圍內(nèi)穩(wěn)定燃燒并可使用褐煤等煤化程度低的燃料的固體燃料燃燒器、使用該燃燒器的燃燒方法、具有該燃燒器的燃燒裝置及其運用方法、及燃煤鍋爐。
另外，本發(fā)明的目的還在于提供一種即是使褐煤等灰性質(zhì)差的粉碎煤也可在燃燒器出口近旁迅速地以高效率燃燒并可防止燃燒器周圍結(jié)灰的、能夠作為對沖燃燒方式的燃燒器使用的燃燒器和具有該燃燒器的燃燒裝置。
另外，本發(fā)明的目的還在于提供一種在使用四角燃燒方式和切圓燃燒方式的燃燒器的場合當爐膛燃燒負荷下降時也可在爐膛中心形成穩(wěn)定的燃燒區(qū)域而且可防止爐膛側(cè)壁的結(jié)灰的燃燒器和具有該燃燒器的燃燒裝置。
另外，本發(fā)明的目的還在于提供一種可作為對沖燃燒方式或四角燃燒方式和切圓燃燒方式的燃燒器使用的多層管式的燃燒器和具有該燃燒器的燃燒裝置。
另外，由上述現(xiàn)有技術構(gòu)成的低NOx化燃燒器為適合于在通常的煙煤燃燒中降低燃燒廢氣中的NOx濃度的構(gòu)造。然而，在使用褐煤和泥炭等發(fā)火性高的燃料的燃燒裝置，從防止自然著火的觀點出發(fā)，作為輸送用氣體，使用含氧率低的燃燒廢氣代替1次空氣。在該場合，難以在燃燒器近旁著火，所以，存在以下2個問題。
(1)由于在燃燒器近旁難以穩(wěn)定火焰，所以，不需要油和氣體燃料的助燃的運行限于燃燒爐內(nèi)的溫度高的高負荷區(qū)域。
(2)由于燃料相對燃燒器近旁的空氣存在過剩的區(qū)域的燃燒率較低，即2次空氣、3次空氣混合后的燃燒率高，所以，不能獲得低NOx化燃燒。
上述問題的原因在于將氧濃度低的氣體用作煤的輸送用氣體，作為其對策，雖可考慮將燃燒用空氣供給到燃燒器出口近旁的燃料噴口內(nèi)以提高氧濃度，但在該場合煤粉濃度下降，不能提高著火性能。
因此，本發(fā)明的目的在于提供即使是褐煤等灰性質(zhì)較差的粉碎煤也可在燃燒器出口近旁迅速地以高效率燃燒、可進行低NOx化燃燒的固體燃料燃燒用燃燒器和具有該燃燒器的燃燒裝置。
發(fā)明的公開本發(fā)明的燃燒器為特別適合于使用由褐煤等煤化程度低的煤組成的固體燃料與氧濃度低于21％的輸送用氣體的混合流體的場合的燃燒器。
(1)本發(fā)明的第1燃燒器為固體燃料燃燒器，具有噴出空氣的中心空氣噴口、配置于該中心空氣噴口外側(cè)的用于噴出固體燃料與其輸送用氣體的混合流體的燃料噴口、配置于上述燃料噴口的內(nèi)側(cè)壁面用于噴出空氣的追加空氣孔或追加空氣噴口、及配置于上述燃料噴口外側(cè)用于噴出燃燒用空氣的1個以上的外側(cè)空氣噴口。
上述燃燒器可增加從沿著上述燃料噴口的壁面內(nèi)側(cè)噴出空氣的追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量。由從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣可提高燃料噴口壁面內(nèi)側(cè)近旁的氧濃度。這樣，由于燃料的燃燒比氧濃度低的場合受到促進，所以，燃料的著火提前，火焰可從燃料噴口附近形成。
另外，上述燃燒器在上述中心空氣噴口內(nèi)具有旋流器，可相應于燃燒負荷采用將從上述中心空氣噴口噴出的空氣以①直進流噴出的場合或以弱旋轉(zhuǎn)流噴出的場合和②以強旋轉(zhuǎn)流噴出的場合中的任一種噴出方法。
此時，(a)上述中心空氣噴口和/或(b)上述追加空氣孔或噴口出口最好位于上述燃料噴口的出口的燃燒器內(nèi)部上游側(cè)。按照上述構(gòu)成，在燃料噴口內(nèi)部，從(a)上述中心空氣噴口和/或(b)追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣與燃料混合，所以，可部分地提高燃料輸送用氣體的氧濃度。
從燃料噴口出口到上述中心空氣噴口和上述追加空氣孔或追加空氣噴口的出口的距離為了使得不因燃料噴口內(nèi)的火焰形成導致回火和燒損，最好燃料噴口內(nèi)的燃料滯留時間在燃料著火延遲時間(約0.1秒)以下。通常，燃料輸送用氣體以流速10-20m/s在燃料噴口內(nèi)流動，所以上述距離在1-2m以下。
另外，通過在上述燃燒器的燃料噴口的壁面內(nèi)側(cè)設置從燃燒器上游側(cè)依次將上述噴口的斷面積一時縮小后再擴大到原來大小的流路縮流部件，具有使慣性力比燃料輸送用氣體(燃燒廢氣等)大的燃料粒子(煤粉)流朝燃燒器中心軸方向收縮的效果。另外，通過在中心空氣噴口的壁面外側(cè)將由從燃燒器上游側(cè)依次逐漸增大斷面積的圓錐部和逐漸減小斷面積的圓錐部構(gòu)成的濃縮器設置到流路縮流部件的下游側(cè)，使得收縮到燃燒器中心軸方向的燃料粒子(煤粉)流在通過濃縮器后沿燃料噴口內(nèi)的流路擴散地流動。此時燃料粒子(煤粉)的慣性力比燃料輸送用氣體(燃燒廢氣)大，所以，朝燃料噴口的壁面?zhèn)绕频亓鲃?，朝出口直進。為此，產(chǎn)生朝燃料噴口壁面?zhèn)葷饪s后的煤粉流，在燃料噴口出口附近與外側(cè)空氣(燃燒用空氣)接觸的機會增大，另外，容易與在后述的火焰穩(wěn)定器的下游側(cè)形成的循環(huán)流的高溫氣體接觸而著火。
另外，在將本發(fā)明的上述燃燒器用于高負荷條件下的場合，從燃料噴口噴出的燃料因來自爐膛內(nèi)的高輻射熱而使溫度上升，所以，即使以高的流速從燃料噴口噴出也可穩(wěn)定燃燒。此時，通過使從中心空氣噴口噴出的空氣成為直進流或弱的旋轉(zhuǎn)流(旋轉(zhuǎn)數(shù)在0.3)以下，可使得火焰從燃燒器附近吹走，在離開燃燒器的位置形成火焰，防止由火焰輻射熱使燃燒器構(gòu)造物成為高溫。
另外，在將本發(fā)明的上述燃燒器用于低負荷條件下的場合，通過使從中心空氣噴口噴出的空氣形成為強旋轉(zhuǎn)流(旋轉(zhuǎn)數(shù)在0.5以上)，可促進空氣與燃料射流的混合。另外，由對從中心空氣噴口噴出的空氣施加的旋轉(zhuǎn)流使燃燒器中心軸上的燃料的噴出流速減速，所以，燃料噴口附近的燃料的滯留時間變長。這樣，在燃料噴口附近燃料達到燃燒所需的溫度，所以，火焰從燃料噴口附近形成。
另外，本發(fā)明的上述燃燒器也可相應于燃燒負荷改變從中心空氣噴口與追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量的比例。例如，在燃燒負荷低的場合，減少從中心空氣孔噴出的空氣量，同時，增加從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量的比例，在燃燒負荷高的場合，增加從中心空氣口噴出的空氣量，同時，減少從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量的比例。
在本發(fā)明的上述燃燒器中，最好調(diào)整空氣量，使得從燃燒器的燃料噴口、中心空氣噴口、及追加空氣孔或噴口分別供給的空氣量的總和與使燃料中的揮發(fā)成分完全燃燒所需空氣量的比(以下記為相對揮發(fā)成分的空氣比)為0.85-0.95。
另外，最好在上述燃料噴口與外側(cè)空氣噴口的分隔壁前端部設置相對從上述燃料噴口噴出的氣體和從外側(cè)空氣噴口噴出的空氣流的障礙物(火焰穩(wěn)定器)。
在上述火焰穩(wěn)定器的下游側(cè)壓力降低，形成從下游朝向上游的流動(以下稱循環(huán)流)。在循環(huán)流內(nèi)，除從外側(cè)的噴口群噴出的空氣和燃料外，還滯留來自下游的高溫的已燃燒氣體。為此，循環(huán)流內(nèi)成為高溫，作為在該側(cè)流動的燃料射流的著火源起作用。為此，火焰從燃料噴口出口部分穩(wěn)定地形成。
另外，由在燃料噴口出口內(nèi)側(cè)壁設置具有鯊魚齒狀凸起的火焰穩(wěn)定器的構(gòu)成也可促進燃料的著火。
另外，也可使本發(fā)明的上述燃燒器的中心空氣噴口的下游側(cè)的流路斷面積比上述中心空氣噴口的上游側(cè)的流路斷面積小，例如可在該中心空氣噴口內(nèi)朝燃燒器中心軸向移動地配置上述中心空氣噴口內(nèi)的旋流器的設置位置。由該構(gòu)成，可根據(jù)燃燒負荷調(diào)旋流器的設置位置，改變空氣流的旋轉(zhuǎn)強度。
在燃燒負荷低的場合，使旋流器移動到中心空氣噴口的下游側(cè)的流路斷面積較小的位置，對中心空氣噴口的空氣射流施加強旋轉(zhuǎn)，在燃燒器近旁形成火焰，或在燃燒負荷高的場合，將旋流器移動到中心空氣噴口的上游側(cè)的流路斷面積較大的位置，可在中心空氣噴口的空氣射流施加弱的旋轉(zhuǎn)，在離開燃燒器的爐膛內(nèi)的位置形成火焰。
另外，當燃燒器和其外側(cè)的爐膛壁的溫度過高時，燃燒灰附著于燃燒器構(gòu)造物和爐膛壁，附著物成長，出現(xiàn)被稱為結(jié)渣的現(xiàn)象。為了抑制該結(jié)渣，根據(jù)設于燃燒器和其周圍的爐膛壁的溫度計或輻射強度計等的信號，可改變從上述中心空氣噴口噴出的空氣量和空氣旋轉(zhuǎn)強度或從上述追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量。通過改變上述空氣量和空氣旋轉(zhuǎn)強度，可改變爐膛內(nèi)的火焰的形成位置，調(diào)整對燃燒器和爐膛壁的輻射熱量。
在高負荷條件下，由于爐膛內(nèi)的熱負荷高，所以，最好將火焰形成在從燃燒器離開的位置。另外，由于在低負荷條件下爐膛內(nèi)的熱負荷低，所以，即使火焰接近燃燒器，燃燒器和其周圍的爐膛壁的溫度也比高負荷條件的場合低。
在將本發(fā)明的燃燒器用于上述燃燒裝置的場合，使用的燃燒裝置的中心空氣噴口為圓筒形狀，在該中心空氣噴口的上游側(cè)的部位作為空氣供給用的配管連接一對空氣配管，從中心空氣噴口的圓筒斷面的相向位置的切線方向使空氣流入地分別連接該一對空氣配管，在將該燃燒裝置用于高燃燒負荷(例如60-70％以上)條件的場合，從一對空氣供給用配管將相同空氣流量供給到中心空氣噴口內(nèi)，在將燃燒裝置用于低燃燒負荷(例如60-70％以下)條件的場合，通過使得從一對空氣供給配管供給到中心空氣噴口內(nèi)的空氣流量的分配存在差異，可調(diào)整與各負荷相應的中心空氣流的旋轉(zhuǎn)強度。
(2)本發(fā)明的第2燃燒器為固體燃料燃燒器，具有噴出固體燃料與其輸送用氣體的混合流體的燃料噴口、配置于上述燃料噴口的壁面內(nèi)側(cè)用于噴出空氣的追加空氣孔或追加空氣噴口、及配置于上述燃料噴口外側(cè)用于噴出空氣的1個以上的外側(cè)空氣噴口。第2燃燒器為未設置第1燃燒器具有的噴出空氣的中心空氣噴口的燃燒器。
在本發(fā)明的上述第2燃燒器中，可增加從朝燃料噴口的壁面內(nèi)側(cè)噴出空氣的追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量。由從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣可提高燃料噴口壁面內(nèi)側(cè)近旁的氧濃度。這樣，由于燃料的燃燒反應比氧濃度低的場合受到促進，所以，燃料的著火提前，火焰可從燃料噴口附近形成。
另外，上述燃燒器的上述追加空氣孔或追加空氣噴口出口(前端部)最好位于上述燃料噴口的出口(前端部)的燃燒器內(nèi)部的上游側(cè)。按照上述構(gòu)成，由于在燃料噴口內(nèi)部使從上述追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣與燃料混合，所以，可部分地提高燃料輸送用氣體的氧濃度。而且，從燃料噴口出口到上述追加空氣孔或追加空氣噴口的出口的距離為了防止因燃料噴口內(nèi)的火焰形成導致回火和燒損，最好使得燃料噴口內(nèi)的燃料滯留時間在燃料著火延遲時間(約0.1秒)以下。通常，燃料輸送用氣體以流速10-20m/s在燃料噴口內(nèi)流動，所以上述距離在1-2m以下。
另外，最好在上述燃燒器的燃料噴口的壁面內(nèi)側(cè)設置從燃燒器上游側(cè)向下游側(cè)依次將上述噴口的斷面積一時縮小后再擴大到原來大小的流路縮流部件。通過縮小燃料噴口的流路斷面積，提高在燃料噴口內(nèi)流動的燃料輸送用氣體的流速。為此，即使瞬間的燃料流速的下降導致在燃料噴口內(nèi)形成火焰，也可防止火焰朝流路縮小部件的流路縮小部分的上游側(cè)回火。通過在燃料噴口的內(nèi)部將由從燃燒器上游側(cè)朝下游側(cè)依次增大斷面積的部分和減小斷面積的部分構(gòu)成的濃縮器設置到流路縮流部件的下游側(cè)，使得由流路縮小部件朝燃燒器中心軸方向收縮的燃料粒子(煤粉)流由濃縮器朝燃料噴口內(nèi)的流路擴散地流動。此時，燃料粒子(煤粉)的慣性力比燃料輸送用氣體大，所以，朝燃料噴口的壁面內(nèi)側(cè)偏移地流動，到達出口。為此，產(chǎn)生朝燃料噴口內(nèi)側(cè)壁面濃縮的煤粉流，在燃料噴口出口附近與從外側(cè)空氣噴口噴出的空氣接觸的機會增大，另外，容易與在后述的火焰穩(wěn)定器的下游側(cè)形成的循環(huán)流的高溫氣體接觸而著火。
另外，最好在將上述燃料噴口與外側(cè)空氣噴口隔開的壁面的前端部與從上述燃料噴口噴出的固體燃料混合物和空氣流對抗地設置火焰穩(wěn)定器。
在上述火焰穩(wěn)定器的下游側(cè)的爐膛內(nèi)壓力下降，形成從下游朝向上游的循環(huán)流。在循環(huán)流內(nèi)，除從燃料噴口和外側(cè)空氣噴口等噴出的空氣和燃料、燃料輸送用氣體之外，還滯留來自爐膛內(nèi)的燃燒器設置位置下游側(cè)的區(qū)域的高溫氣體。為此，循環(huán)流內(nèi)成為高溫，作為燃料射流的著火源起作用。為此，火焰從燃料噴口出口部分穩(wěn)定地形成。
另外，由在燃料噴口的壁面前端(出口)部的壁面內(nèi)側(cè)設置具有鯊魚齒狀凸起的火焰穩(wěn)定器的構(gòu)成，也可促進燃料的著火。
即使將燃燒廢氣用作固體燃料的輸送用氣體，通過將上述追加空氣孔或追加空氣噴口出口配置在上述濃縮器的斷面積逐漸減少的圓錐部與上述火焰穩(wěn)定器之間，可獲得具有燃燒所需氧量的混合氣體，使其撞擊到火焰穩(wěn)定器，可有效地進行在火焰穩(wěn)定器的著火。另外，在爐膛的燃燒負荷較小的場合，即使為褐煤等灰性質(zhì)差的粉碎煤，也可在燃燒器出口近旁使其迅速而高效地燃燒，實現(xiàn)燃燒氣體的低NOx化和防止在燃燒器周圍的爐膛壁面結(jié)灰。
另外，上述本發(fā)明的燃燒器也可相應于燃燒裝置(爐膛)的燃燒負荷改變從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量。
雖不限于本發(fā)明的上述固體燃料燃燒器，但一般在固體燃料燃燒器中，最好在燃燒裝置(爐膛)的燃燒負荷高的場合，從離開固體燃料燃燒器的爐膛內(nèi)的位置形成固體燃料的火焰，在燃燒裝置(爐膛)的燃燒負荷低的場合，從緊靠固體燃料燃燒器的燃料噴口出口后的爐膛壁面附近形成固體燃料火焰。
例如，當在固體燃料燃燒器設置追加空氣孔或追加空氣噴口時，在燃燒裝置(爐膛)的燃燒負荷低的場合，可采用增加從上述追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量的方法。此時，由從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣提高燃料噴口壁面內(nèi)側(cè)近旁的氧濃度。為此，燃料的燃燒反應比氧濃度低場合更受到促進，燃料的著火提前，火焰可從燃料噴口出口(前端部)附近形成。另外，在燃燒裝置(爐膛)的燃燒負荷高的場合，通過減少從上述追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量，可使得燃料噴口壁面內(nèi)側(cè)近旁的氧濃度較低，燃料的燃燒反應不發(fā)展，燃料的著火延遲，可在從燃料噴口離開的爐膛內(nèi)的位置形成火焰。
在燃燒裝置(爐膛)的燃燒負荷高的場合，由于固體燃料燃燒器和其外側(cè)的爐膛壁的溫度變高，所以，易于產(chǎn)生燃燒灰附著于燃燒器構(gòu)造物和爐膛壁、附著物成長的被稱為結(jié)渣的現(xiàn)象。因此，在燃燒裝置(爐膛)的燃燒負荷高的場合，通過使火焰的形成位置離開燃燒器，可使燃燒器和其外側(cè)的爐膛壁的溫度較低，抑制在燃燒器構(gòu)造物和爐膛壁結(jié)渣。另外，在燃燒負荷低的場合，最好調(diào)整空氣量，使得從燃燒器的燃料噴口供給的空氣量(在具有追加空氣孔或追加空氣噴口的場合包含從追加空氣孔或追加空氣噴口的空氣量)與使燃料中的揮發(fā)成分完全燃燒所需的空氣量的比(相對于揮發(fā)成分的空氣比)為0.85-0.95。在燃燒負荷低的場合，雖然難以進行穩(wěn)定燃燒，但通過將相對揮發(fā)成分的空氣比設為0.85-0.95，可使火焰溫度變高，易于維持穩(wěn)定燃燒。
另外，為了抑制在燃燒器構(gòu)造物和爐膛壁結(jié)渣，可根據(jù)設于燃燒器和其周圍的爐膛壁的溫度計或輻射強度計等的信號調(diào)整從上述追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量。通過調(diào)整空氣量，可改變爐膛內(nèi)的火焰形成位置，調(diào)整向燃燒器和爐膛壁的輻射量。
如上述那樣，在燃燒裝置的高負荷條件下，由于爐膛內(nèi)的熱負荷高，所以，最好使火焰形成在離開燃燒器的爐膛內(nèi)的位置，在低負荷條件下，由于爐膛內(nèi)的熱負荷低，所以，燃燒器和其周圍的爐膛壁的溫度比高負荷條件的場合低，爐膛內(nèi)的火焰形成位置即使接近燃燒器也沒問題。
另外，按照本發(fā)明的上述第1燃燒器和第2燃燒器的燃燒方法，在燃燒裝置的高負荷條件下，燃料在離開燃燒器的位置著火，火焰形成于爐膛中心部。為了監(jiān)視從燃燒器形成的火焰，當在高負荷條件下運用時，最好監(jiān)視燃燒器的火焰集中的燃燒裝置的中央部分的火焰。另外，在燃燒裝置的低負荷條件下雖然使燃料在燃燒器附近著火形成火焰，但也有對各燃燒器分別形成火焰、上述火焰在爐膛內(nèi)分別形成的場合。為此，在低負荷條件下，最好監(jiān)視分別形成于各燃燒器出口的各火焰。
另外，本發(fā)明的第1燃燒器和第2燃燒器的追加空氣孔可用來代替追加空氣噴口，為設置于燃料噴口的壁面的圓形、橢圓形、長方形、正方形的孔，可沿燃料噴口的徑向均勻地共設置4個、8個、最高20個左右。當在燃料噴口的徑向全體以1個狹縫形成追加空氣孔時，從該狹縫噴出的追加空氣在燃料噴口內(nèi)產(chǎn)生偏流，不理想。
另外，最好向上述追加空氣孔向追加空氣噴口供給加熱后的空氣。作為該加熱源，可使用供給到風扇磨煤機用于煤粉生成的加壓空氣或燃燒器燃燒用的加熱后的供給到風箱的空氣。供給到風扇磨煤機的加壓空氣的壓力較高，所以，可更好地利用。
另外，本發(fā)明的上述第1燃燒器和第2燃燒器的追加空氣孔或追加空氣噴口的空氣供給部可連接到為了向上述外側(cè)空氣噴口供給燃燒用空氣(2次空氣或3次空氣等的外側(cè)空氣)而設置的風箱，但最好連接到為了將燃燒用氣體供給到該空氣供給部而專門設置的燃燒用氣體供給裝置。
通過將追加空氣孔或追加空氣噴口的空氣供給部連接到專用的燃燒用空氣供給裝置，可相應于煤粉等固體燃料的燃燒性或在燃燒裝置的負荷下降時等容易地供給增大了氧濃度的氣體(以下稱富氧氣體)或純氧。另外，由于可將燃燒用空氣流量調(diào)節(jié)機構(gòu)設置到專用的燃燒用氣體供給裝置，所以，可控制其供給量。
另外，如在燃料著火時將有效的燃燒用氣體(空氣)從專用的燃燒用空氣供給裝置導入至燃燒器，則可獲得與由風箱獲得的燃燒用氣體(空氣)壓力不同的燃燒用氣體(空氣)壓力，所以，可自由選定著火用的燃燒用氣體的供給口的大小。另外，可將燃燒用空氣流量調(diào)節(jié)機構(gòu)設置到專用的燃燒用空氣供給裝置，所以，其供給量的控制可簡單地進行。
另外，在本發(fā)明的上述第1燃燒器和第2燃燒器的外側(cè)空氣噴口的出口設置決定外側(cè)空氣的噴出方向的導向器，以某種程度設置外側(cè)空氣(有時稱2次空氣、3次空氣)的擴散，形成擴散火焰。但是，通過相對上述導向器的燃燒器中心軸形成45度以下的傾斜角度，可使卷入廢氣與煤粉等的混合流體的來自外側(cè)空氣噴口的燃燒用空氣的射流具有運動量。由該運動量大的空氣射流使火焰變窄，可在爐膛內(nèi)形成穩(wěn)定的火焰(燃燒區(qū)域)，進行高效的煤粉燃燒。
另外，當以使外側(cè)空氣射流沿著燃燒器和其外側(cè)的爐膛壁那樣的角度安裝用于引導最外側(cè)的來自最外側(cè)空氣噴口的射流的上述導向器時，外側(cè)空氣射流可由外側(cè)空氣冷卻燃燒器和其外側(cè)的爐膛壁，抑制上述結(jié)渣。
作為在爐膛壁面設置多個本發(fā)明的上述第1燃燒器和第2燃燒器的燃燒裝置，具有燃煤鍋爐、泥炭燃燒鍋爐、生物材料(木材)燃燒鍋爐等的爐膛、加熱爐、及熱風爐。
在本發(fā)明的上述第1燃燒器和第2燃燒器或該燃燒器的外側(cè)的爐膛壁面設置溫度計或輻射強度計，根據(jù)這些測量裝置的信號，改變從燃燒器的中心空氣噴口噴出的空氣量和/或空氣旋轉(zhuǎn)強度或從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量地運用燃燒裝置，從而可相應于負荷變化在適當?shù)臓t膛位置形成火焰地進行控制。
另外，火焰是否在適當?shù)奈恢眯纬?，大體可例如按以下那樣決定。即，運用燃燒裝置時，在燃燒裝置為低負荷的場合，使得爐膛內(nèi)的固體燃料火焰的前端形成在燃料噴口出口外側(cè)的爐膛壁面附近，在燃燒裝置為高負荷的場合，使得火焰在燃料噴口中心軸上形成于從燃料噴口出口離開0.5m以上的爐膛內(nèi)的位置。
另外，在將燃燒裝置用于上述高負荷時，由火焰檢測器或目測監(jiān)視本發(fā)明的燃燒器的火焰集中的爐膛內(nèi)的中央部分或其近旁的火焰，在將燃燒裝置用于低負荷時，監(jiān)視形成于本發(fā)明的燃燒器出口的各火焰，適當?shù)剡\用燃燒裝置。
另外，本發(fā)明包含以下的燃煤鍋爐系統(tǒng)和燃煤火力發(fā)電系統(tǒng)。
(a)一種燃煤鍋爐系統(tǒng)，具有上述燃煤鍋爐、成為該鍋爐的廢氣流路的煙道、設于該煙道的廢氣凈化裝置、將煤以煤粉形式輸送到設于鍋爐的本發(fā)明的上述燃燒器的煤粉輸送裝置、調(diào)整從該煤粉輸送裝置供給到燃燒器的煤粉量的煤粉供給量調(diào)整裝置、及調(diào)整從該燃燒器噴出的空氣量的空氣量調(diào)整裝置。
(b)一種燃煤火力發(fā)電系統(tǒng)，具有在壁面配置多個本發(fā)明的上述燃燒器的的爐膛、由該燃燒器使固體燃料燃燒并由獲得的燃燒熱對水進行加熱從而產(chǎn)生蒸汽的鍋爐、由該鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動的汽輪機、及由該汽輪機驅(qū)動的發(fā)電機；其中，上述燃燒器使用本發(fā)明的固體燃料燃燒器。
本發(fā)明的上述第1燃燒器和第2燃燒器以在高負荷區(qū)域從爐膛內(nèi)的中心部到其近旁形成穩(wěn)定的火焰的燃燒區(qū)域的方式運用現(xiàn)有爐膛在低負荷下難以運用的四角燃燒方式或切圓燃燒方式的燃燒器，在低負荷區(qū)域以自穩(wěn)焰方式運用。
此時，可使用將本發(fā)明的固體燃料燃燒器作為1個裝置在四角或相向的側(cè)壁面分別成對地配置該多個裝置的爐膛。
通過使用上述燃燒方式，即使在將褐煤等劣質(zhì)煤用作燃料的爐膛也可對應與電力需求相應的爐膛的負荷變化(具體地說30％-100％)。
具體地說，在高負荷區(qū)域中，在燃燒器的燃料射流根部形成吹走部，在低負荷區(qū)域從燃燒器的燃料射流的根部使其燃燒，進行自穩(wěn)焰型的燃燒器的運用。通過調(diào)整使用的燃燒器的燃燒用空氣(外側(cè)空氣和最外側(cè)空氣)的空氣流量分配和/或使用設于燃燒器的外側(cè)空氣噴口的旋流器調(diào)整燃燒用空氣的旋轉(zhuǎn)力，從而控制燃燒器的燃料射流根部的吹走或著火。
通過適當?shù)貙⒈景l(fā)明的燃燒器應用于鍋爐爐膛，可運用與電力需求對應的鍋爐爐膛，所以，在鍋爐爐膛中不會產(chǎn)生超出需求的電力用蒸汽，可高效地運用鍋爐爐膛，在運用上可大幅度降低成本。
附圖的簡單說明圖1為本發(fā)明第1實施例的煤粉燃燒器在低負荷運用時的斷面圖。
圖2為圖1的煤粉燃燒器的高負荷運用時的斷面圖。
圖3為從爐膛側(cè)觀看圖1的煤粉燃燒器時的正面圖。
圖4為圖1的煤粉燃燒器的變型例的正面圖。
圖5為圖1的煤粉燃燒器的變型例的斷面圖。
圖6為圖1的煤粉燃燒器的變型例的斷面圖。
圖7為本發(fā)明第2實施例的煤粉燃燒器的高負荷運用時的斷面圖。
圖8為圖7的煤粉燃燒器的A-A線向視圖。
圖9為本發(fā)明第3實施例的煤粉燃燒器斷面圖。
圖10為從爐膛側(cè)觀看圖9的煤粉燃燒器時的燃燒器正面圖。
圖11為本發(fā)明第4實施例的固體燃料燃燒器在低負荷運用時的斷面圖。
圖12為圖11的固體燃料燃燒器在高負荷運用時的斷面圖。
圖13為從爐膛側(cè)觀看圖11的固體燃料燃燒器時的正面圖。
圖14為圖11的固體燃料燃燒器在高負荷運用時的變型例的斷面圖。
圖15為從爐膛側(cè)觀看圖11的固體燃料燃燒器的變型例的正面圖。
圖16為圖11的固體燃料燃燒器的變型例的斷面圖。
圖17為本發(fā)明第5實施例的固體燃料燃燒器在低負荷運用時的斷面圖。
圖18為圖17的固體燃料燃燒器在高負荷運用時的斷面圖。
圖19為本發(fā)明第6實施例的固體燃料燃燒器的斷面圖。
圖20為從爐膛側(cè)觀看圖19的固體燃料燃燒器時的正面圖。
圖21為本發(fā)明第7實施例的燃燒器的斷面圖(圖21(a))和正面圖(圖21(b))。
圖22為本發(fā)明第8實施例的燃燒器的斷面圖(圖22(a))和正面圖(圖22(b))。
圖23為示出本發(fā)明實施例的爐膛內(nèi)的燃燒器(四角燃燒方式)配置所獲得的火焰形成狀態(tài)的爐膛水平斷面圖(圖23(a)為高負荷時，圖23(b)為低負荷時)。
圖24為示出將本發(fā)明實施例的燃燒器配置在爐膛內(nèi)(切圓燃燒方式)時的火焰形成狀態(tài)的爐膛水平斷面圖(圖24(a)為高負荷時，圖24(b)為低負荷時)。
圖25為示出本發(fā)明實施例的爐膛內(nèi)的燃燒器(切圓燃燒方式)配置所獲得的火焰形成狀態(tài)的爐膛水平斷面圖(圖25(a)為高負荷時，圖25(b)為低負荷時)。
圖26為一般的褐煤燃燒鍋爐的構(gòu)成圖(圖26(a)為側(cè)面圖，圖26(b)為爐膛水平斷面圖)。
圖27為本發(fā)明實施例的燃燒裝置的示意圖。
圖28為圖27的燃燒裝置的水平斷面圖。
圖29為本發(fā)明實施例的煤粉鍋爐系統(tǒng)的示意圖。
圖30為示出現(xiàn)有技術的燃燒器室的一例的從爐膛側(cè)觀看到的正面圖。
圖31為示出現(xiàn)有技術的燃燒器的四角燃燒方式在負荷下降時的爐膛內(nèi)燃燒區(qū)域的變化的爐膛水平斷面圖(圖31(a)為高負荷時，圖31(b)為低負荷時)。
圖32為示出現(xiàn)有技術的監(jiān)視爐膛中心部的爐內(nèi)用火焰檢測器的配置位置的爐膛縱斷面圖。
實施發(fā)明的最佳形式下面參照


本發(fā)明的實施形式。
在圖26中示出一般的褐煤燃燒鍋爐爐膛41的構(gòu)成。圖26(a)為切圓燃燒方式的褐煤燃燒鍋爐爐膛41的側(cè)面圖，圖26(b)為圖26(a)的爐膛41的水平斷面圖。
在褐煤燃燒鍋爐中，通常從爐膛41上部使用廢氣管道55(圖28、圖29)從爐膛41內(nèi)引出燃燒氣體(約1000℃)，由風扇磨煤機45同時進行從煤倉43供給的褐煤的干燥和粉碎。在爐膛41內(nèi)部的上部配置過熱器50(圖29)等傳熱管59。在四角燃燒和切圓燃燒方式的燃燒器中，對各燃燒器室37(參照圖30)設置1臺風扇磨煤機45。(第1實施例)圖1和圖2為本發(fā)明第1實施例的固體燃料燃燒器(以下簡稱為燃燒器)42的斷面圖，圖1示出從處于低負荷條件下的燃燒器42噴射出的燃料在爐膛41中燃燒的狀態(tài)，圖2示出從處于高負荷條件下的燃燒器42噴出的燃料在爐膛41中燃燒的狀態(tài)。圖3為從爐膛41側(cè)觀看圖1所示燃燒器42時的示意圖。
在燃燒器42的中心部設置有助燃用的油槍24，在該油槍24的周圍設置噴射空氣的中心空氣噴口10，在該中心空氣噴口10的外側(cè)設置形成與該中心空氣噴口10同心狀的流路的用于噴出燃料和其輸送用氣體的混合流體的燃料噴口11。在燃料噴口11的外側(cè)分隔壁22的內(nèi)側(cè)設置追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12。在本實施例中，如圖3所示那樣沿燃料噴口11的外側(cè)分隔壁22的內(nèi)側(cè)配置多個追加空氣噴口12或在外側(cè)分隔壁22配置多個追加空氣孔。另外，在燃料噴口11的外側(cè)具有與該燃料噴口11同心圓狀的空氣噴出用2次空氣噴口13和3次空氣噴口14(有的場合將其合起來簡稱為外側(cè)空氣噴口)。在燃料噴口11外側(cè)的前端部(爐膛出口側(cè))設置有稱為火焰穩(wěn)定器23的障礙物。火焰穩(wěn)定器23相對于從燃料噴口11噴出的燃料與其輸送用氣體的混合物的流動(以下簡稱煤粉流)16和在2次空氣噴口13內(nèi)流動的2次空氣流17作為障礙物起作用。為此，火焰穩(wěn)定器23下游側(cè)(爐膛41側(cè))的壓力下降，該部分引起與煤粉流16和2次空氣流17相反方向的流動。該相反方向的流動被稱為循環(huán)流19。在循環(huán)流19內(nèi)，從下游流入由煤粉燃燒產(chǎn)生的高溫氣體并滯留。該高溫氣體和煤粉流16中的煤粉在燃燒器42的出口的爐膛41內(nèi)混合時，由來自爐膛41內(nèi)的輻射熱使煤粉粒子的溫度上升、著火。
在圖1所示燃燒器42中，成為將風箱26內(nèi)的燃燒用空氣供給到中心空氣噴口10的構(gòu)成，設置有擋板3和其開閉裝置4。為此，可相應于爐膛的負荷調(diào)整經(jīng)由中心空氣噴口10供給到燃燒器42的中心空氣量。
貫通中心空氣噴口10的中心部設置的助燃燒用的油槍24在燃燒器起動時用于燃料著火。另外，在中心空氣噴口10的前端部設置有對從中心空氣噴口10噴出的空氣施加旋轉(zhuǎn)力的旋流器25，供給到用于供給空氣的風箱26的空氣從2次空氣噴口13和3次空氣噴口14供給到爐膛41內(nèi)。對從2次空氣噴口13和3次空氣噴口14噴出的空氣施加旋轉(zhuǎn)力的旋流器27、28分別設置于噴口13、14內(nèi)。
2次空氣噴口13和3次空氣噴口14由分隔壁29隔開，分隔壁29的前端部分形成相對煤粉流16使3次空氣流18具有角度地噴出的導向器(套筒)。構(gòu)成爐膛壁的燃燒器喉部30兼作3次空氣噴口14的外側(cè)壁。另外，在爐膛壁設置有水管31。
用于縮小設于燃料噴口11內(nèi)的流路的流路縮流部件32位于燃料噴口11上游側(cè)的外側(cè)分隔壁22內(nèi)側(cè)，另外，用于將燃料濃縮到燃料噴口11的分隔壁22側(cè)的濃縮器33設置于中心空氣噴口10的外側(cè)部。濃縮器33設于流路縮流部件32的燃燒器下游側(cè)(爐膛側(cè))。
通過設置上述流路縮流部件32，具有使比燃料輸送用氣體即燃燒廢氣慣性大的燃料粒子(煤粉)的流動朝燃燒器中心軸方向收縮的效果。通過進一步在流路縮流部件32的下游側(cè)設置濃縮器33，可使由流路縮流部件32朝燃燒器中心軸方向收縮的燃料粒子(煤粉)的流動通過濃縮器33后沿燃料噴口11內(nèi)的流路擴散流動。
沿著燃料噴口11內(nèi)的流路擴散地流動的燃料粒子(煤粉)比燃料輸送用氣體(燃燒廢氣)的慣性大，所以，朝燃料噴口11內(nèi)壁面?zhèn)绕频亓鲃又隹谥边M。為此，在燃料噴口11的壁面?zhèn)犬a(chǎn)生濃縮的煤粉流，在燃料噴口11出口附近與外側(cè)空氣(燃燒用空氣)接觸的機會增多，易于與在火焰穩(wěn)定器23下游側(cè)形成的循環(huán)流19的高溫氣體接觸而著火。
在本實施例中，說明利用燃燒廢氣作為燃料的輸送用氣體、煤粉流16中的氧濃度較低的場合的燃燒器42的構(gòu)成和燃燒方法。作為適用這樣的燃燒方法的事例，可列舉出褐煤的燃燒。
如已經(jīng)說明的那樣，以褐煤為代表的煤化程度低的煤的燃燒的特征在于，揮發(fā)成分和水分多，另外，與煤化程度高的煤相比發(fā)熱量較低，一般粉碎性較差，燃燒灰的熔融溫度較低。由于揮發(fā)成分多，所以，在空氣氛圍中儲藏和粉碎時易于自然發(fā)火，所以，在褐煤的制粉和燃燒的場合，使用氧濃度低的燃燒廢氣與空氣的混合氣體作為燃料的輸送用氣體。另外，可由燃燒廢氣的保有熱量使煤粉中的水分蒸發(fā)。
在低氧濃度氣氛下，褐煤等的燃燒速度比在空氣中的燃燒速度慢。另外，通過由低氧濃度的輸送用氣體輸送褐煤等煤粉，使得其燃燒速度受褐煤等與空氣的混合速度制約，與可由空氣輸送的煙煤相比燃燒速度下降。為此，當在燃料的燃燒量少的燃燒器42的低負荷條件下使褐煤等燃燒時，與煙煤的燃燒的場合相比更易于產(chǎn)生火焰的吹走和不發(fā)火。另外，褐煤等的燃盡時間比煙煤長，在爐膛出口的未燃燒成分增加。為此，需要促進與空氣的混合。另外，當在增加燃燒量、在高熱負荷下使褐煤等燃燒時，在與空氣的混合良好的條件下，由于揮發(fā)成分多，所以在燃燒器42附近燃燒的燃料量增多。這樣，當燃燒器42附近的熱負荷局部增大、輻射熱使燃燒器構(gòu)造物和爐膛壁成為高溫時，存在燃燒灰附著、熔融從而在燃燒器構(gòu)造物和爐膛壁結(jié)渣的危險。特別是由于褐煤的燃燒灰的熔融溫度較低，所以，易于在燃燒器構(gòu)造物和爐膛壁結(jié)渣。
在本實施例中，在使用煤化程度低的煤時的燃燒器42的高負荷條件和低負荷條件下，由于燃料的燃燒狀態(tài)不同產(chǎn)生的上述問題通過相應于燃燒器42的負荷改變火焰的形成位置加以解決。即，在高負荷條件下將火焰形成于離開燃燒器42的位置，在低負荷條件下從燃料噴口11的出口形成火焰。在低負荷條件下，即使火焰接近爐膛壁和燃燒器42，也由于爐膛41內(nèi)的熱負荷也較低，所以燃燒器42和其周圍的爐膛壁的溫度比高負荷條件的場合低。為此，不在燃料器構(gòu)造物和爐膛壁結(jié)渣。
在低負荷條件下，由于從燃料噴口11的出口形成火焰，所以，在本實施例中，除了使高溫氣體滯留在形成于火焰穩(wěn)定器23下游側(cè)的循環(huán)流19外，通過從追加空氣孔或追加空氣噴口12將空氣供給到燃燒器內(nèi)，提高火焰穩(wěn)定器23附近的煤粉流16中的氧濃度。為此，燃燒速度與氧濃度低的場合相比較高，燃料粒子的著火提前，火焰可從燃料噴口11附近形成。
另外，從中心空氣噴口10供給空氣的方法也對提高煤粉流16中的氧濃度、使煤粉著火提前有效。此時，如圖1所示那樣，在中心空氣噴口10中設置旋流器25，使中心空氣流15具有旋轉(zhuǎn)強度，促進與煤粉流16的混合，這些措施是有效的。通過使中心空氣流15具有旋轉(zhuǎn)強度，使得從中心空氣噴口10出來的空氣流15在離心力的作用下朝外側(cè)擴散，所以，朝向爐膛中心部的流速下降。為此，煤粉粒子在燃燒器出口附近滯留的時間變長，在燃燒器42的附近開始燃燒。
另外，中心空氣噴口10和追加空氣孔或追加空氣噴口12最好設置在燃料噴口11出口的上游側(cè)。此時，為了防止在燃料噴口11內(nèi)的煤粉的著火導致的燃料噴口11的燒損和回火現(xiàn)象，最好使得燃料噴口11內(nèi)的煤粉滯留時間比煤粉的著火延遲時間短地決定中心空氣噴口10和追加空氣孔或追加空氣噴口12在燃料噴口11內(nèi)的配置位置。通常大體判斷比煤粉等著火延遲時間短的氣體燃料的著火延遲時間(約0.1秒)和燃料噴口11內(nèi)的流速10-20m/s。例如，設燃料噴口11出口與中心空氣噴口10出口之間的距離和燃料噴口11出口與追加空氣孔或追加空氣噴口12出口間的距離在1m左右以內(nèi)。
在高負荷條件下，通過使火焰形成在從燃燒器42離開的位置，使燃燒器附近的熱負荷降低。為此，在本實施例中，從追加空氣孔或追加空氣噴口12的空氣供給量比低負荷條件的場合低。另外，增加從中心空氣噴口10的空氣供給量，使該空氣流速也比燃料噴口11內(nèi)的煤粉流16的噴射流速高。通過減少追加空氣的供給量，使得在火焰穩(wěn)定器23附近的煤粉流16中的氧濃度比低負荷條件時低，燃燒速度也變慢。為此，形成于火焰穩(wěn)定器23下游側(cè)的循環(huán)流19的溫度變低，燃燒器構(gòu)造物受到的輻射熱減少。另外，通過提高來自中心空氣噴口10的空氣的流速，使煤粉流16在燃料噴口11出口的流速增大。為此，在燃燒器附近的燃料粒子的滯留時間縮短，燃料的大部分在離開燃燒器42的位置著火。這樣，可降低從火焰接受的輻射熱，抑制在燃燒器構(gòu)造物和爐膛壁的結(jié)渣。
另外，在本實施例中，將旋流器25設置到中心空氣噴口10，向中心空氣流15提供旋轉(zhuǎn)強度。為此，當中心空氣流15從燃燒器42離開時，擴散地流動，所以，流速降低，在離開燃燒器42的位置，空氣流速與火焰?zhèn)鞑ニ俣绕胶猓悍鄯€(wěn)定地燃燒。另外，通過如本實施例那樣在火焰穩(wěn)定器23的下游側(cè)形成循環(huán)流19，使燃料的一部分在循環(huán)流19內(nèi)燃燒，從而使該區(qū)域的火焰成為起動火舌(種火)。從獲得的起動火舌向在離開燃燒器42的位置形成的火焰穩(wěn)定地供給高溫氣體，所以，從燃燒器42離開的位置的火焰穩(wěn)定，不發(fā)火的危險減小。
另外，為了降低由煤粉的燃燒產(chǎn)生的廢氣中的NOx濃度，最好調(diào)整空氣量，使得從燃料噴口11、中心空氣噴口10、及追加空氣孔或追加空氣噴口12供給的空氣量的總和與使燃料中的揮發(fā)成分完全燃燒所需的空氣量的比(相對于揮發(fā)成分的空氣比)為0.85-0.95。煤粉的大部分與從燃料噴口11供給的空氣混合進行燃燒(第1階段)，之后，與2次空氣流17和3次空氣流18混合進行燃燒(第2階段)。另外，在設置有將空氣供給到燃燒器42下游側(cè)的爐膛41內(nèi)的后空氣孔49(參照圖27)的場合，與從后空氣孔49供給的空氣混合，煤粉完全燃燒(第3階段)。燃料中的揮發(fā)成分由于與固定碳相比燃燒速度快，所以在上述第1階段燃燒。
此時，相對揮發(fā)成分的空氣比為0.85-0.95，使得含氧量不足，但煤粉的燃燒得到促進，在高的火焰溫度下進行煤粉燃燒。由于在上述第1階段的燃燒中使煤粉進行缺氧的還原燃燒，所以，將從煤粉中的氮和空氣中的氮產(chǎn)生的NOx轉(zhuǎn)換成無害的氮，可減少從爐膛41排出的NOx量。另外，由于在高溫下反應，所以，上述第2階段的反應受到促進，可減少未燃燒成分。在表1中示出對改變了空氣量的場合從爐膛出口排出的NOx的濃度進行比較后獲得的結(jié)果。在這里，燃料使用褐煤，燃料比(固定碳/揮發(fā)成分的比)為0.82。
(表1)

與條件A相比，條件B通過使相對揮發(fā)成分的空氣比(表1的D欄)從0.79成為0.84，可減少氮氧化物的濃度。
另外，本實施例的燃燒器42如圖3的從爐膛側(cè)看到的正面圖所示那樣為以同心圓狀配置圓柱狀的中心空氣噴口10、燃料噴口11、追加空氣噴口12、2次空氣噴口13、及3次空氣噴口14的圓形，但燃料噴口11也可為方形。另外，也可如圖4的從爐膛側(cè)觀看燃燒器42的正面圖所示那樣形成由2次空氣噴口13和3次空氣噴口14等的外側(cè)空氣供給用噴口的至少一部分夾住燃料噴口11地設置的空氣噴口構(gòu)造。另外，也可如圖5的燃燒器斷面圖所示那樣從1個噴口(2次空氣噴口13)供給外側(cè)空氣，也可形成為分割成3個以上的噴口構(gòu)造(圖中未示出)。另外，本實施例如圖1、圖2所示那樣，在燃料噴口11內(nèi)設置了縮小流路的流路縮流部件32和朝燃料噴口外側(cè)分隔壁22側(cè)濃縮燃料粒子的濃縮器33，但也可為沒有這些構(gòu)成物的場合(圖5)。
另外，在本實施例中，如圖1和圖2所示那樣在燃料噴口11的外側(cè)分隔壁22的前端設置了火焰穩(wěn)定器23，但也可如圖5所示那樣不設置火焰穩(wěn)定器23，而是設置用于向外側(cè)空氣流(2次空氣流17)施加旋轉(zhuǎn)強度、在外側(cè)分隔壁22前端的下游引起循環(huán)流19的擴錐部件50。
另外，圖6示出圖1所示燃燒器42的變型例。
該燃燒器42的追加空氣噴口12的空氣供給部不是從風箱26供給燃燒用空氣，而是連接到為了向該空氣供給部供給燃燒用氣體而專門設置的燃燒用氣體供給裝置(圖中未示出)。通過將追加空氣噴口12的空氣供給部連接到專用的燃燒用空氣供給裝置，可相應于煤粉等固定燃料的燃燒性或在爐膛41的負荷下降時等容易地向追加空氣噴口12供給增加了氧濃度的氣體或純氧。另外，由于可將燃燒用空氣流量調(diào)節(jié)機構(gòu)(圖中未示出)設置到專用的燃燒用氣體供給裝置，所以，可對其供給量進行控制。
另外，當在燃料著火時從專用的燃燒用空氣供給裝置將有效的燃燒用氣體(空氣)經(jīng)由追加空氣噴口12導入至燃燒器42時，可形成與由風箱26獲得的燃燒用空氣壓力不同的燃燒用空氣壓力。另外，由于可在專用的燃燒用空氣供給裝置設置燃燒用空氣流量調(diào)節(jié)機構(gòu)，所以，可簡單地進行其供給量的控制。(第2實施例)圖7示出本發(fā)明第2實施例的燃燒器42的斷面圖。圖7示出在高負荷條件下運用爐膛41的場合的燃燒器42的運用狀態(tài)，但本實施例與第1實施例在將中心空氣噴口10內(nèi)的旋流器25的配置位置形成為可移動的構(gòu)成這一點不同。在本實施例的燃燒器42以低負荷條件運用的場合，與示出圖1所示第1實施例的低負荷條件下的燃燒器42的運用狀態(tài)的圖完全相同，使旋流器25的配置位置朝中心空氣噴口10的前端部移動。另外，在高負荷條件下的燃燒器運用狀態(tài)與圖2所示場合的高負荷條件下的運用狀態(tài)相比較，在將配置于中心空氣噴口10的旋流器25的位置朝上游側(cè)移動這一點上不同。另外，在使旋流器25朝中心空氣噴口10的上游側(cè)移動的場合，增大中心空氣噴口10的噴口斷面積，相比于將旋流器25配置于中心空氣噴口10前端部(下游側(cè))的場合，減小了旋流器25在該噴口斷面積中所占比例，這一點與上述第1實施例的燃燒器42不同。
下面說明在使用本實施例的燃燒器42的場合，改變爐膛41處于高負荷條件下時的中心空氣流15的旋轉(zhuǎn)流速的場合。
在高負荷條件下，與第1實施例相比，使旋流器25的設置位置移動到中心空氣噴口10的上游側(cè)，使火焰離開燃燒器42形成，從而減小燃燒器附近的熱負荷。為此，在本實施例中，與低負荷條件下的運用時相比，可降低高負荷條件下從追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12的空氣供給量。
另外，在高負荷條件下，由于中心空氣噴口10的流路寬度內(nèi)的旋流器25的斷面積與低負荷條件下相比變大，所以，向從中心空氣噴口10噴出的空氣施加的旋轉(zhuǎn)強度降低。為此，與旋轉(zhuǎn)強度高的場合相比，中心空氣流15在從中心空氣噴口10噴出到爐膛41內(nèi)后不擴散。因此，在燃燒器附近的燃料粒子的滯留時間變短，在燃燒器附近燃燒的燃料量變少。這樣，燃燒器構(gòu)造體和爐膛壁從火焰接受到的輻射熱減少，可抑制在燃燒器構(gòu)造物和爐膛壁結(jié)渣。另外，火焰穩(wěn)定器23下游側(cè)循環(huán)流19的溫度也隨著來自火焰的輻射熱的下降而降低。
在本實施例中，說明了使中心空氣流15的旋轉(zhuǎn)流速變化的場合的效果，但也可如第1實施例那樣并用改變向各空氣噴口10-14供給的空氣量的方法。此時的作用與第1實施例所述相同。
另外，在本實施例中，作為向從中心空氣噴口10噴出的空氣施加旋轉(zhuǎn)強度的方法，示出由相對空氣流傾斜地設置的葉片形成旋轉(zhuǎn)強度的旋流器25的場合。另外，作為改變旋轉(zhuǎn)強度的方法，使用在中心空氣噴口10內(nèi)改變旋流器25的設置位置、相對噴口斷面積改變旋流器25所占比例的方法。作為改變上述旋轉(zhuǎn)強度的方法，也可使用改變旋流器25的葉片的角度的方法。另外，也可為如圖8的中心空氣噴口10的斷面圖所示那樣將中心空氣噴口10的上游側(cè)的配管52分成2個配管52a、52b、相對中心空氣噴口10斷面使空氣朝切線方向流入從而改變上述旋轉(zhuǎn)強度的方法。在該場合，通過在高負荷條件下使用相向的2個配管52a、配管52b，使旋轉(zhuǎn)強度抵消。另外，通過在低負荷條件下主要從單側(cè)的配管52a或配管52b使空氣流入，可增大上述旋轉(zhuǎn)強度。(第3實施例)圖9示出本發(fā)明實施例的作為固體燃料將褐煤用作燃料的燃燒器42的斷面圖，圖10示出從爐膛側(cè)觀看該燃燒器時的正面圖。
作為燃料的煤粉和燃料廢氣的混合流體通過燃料噴口11供給爐膛41，在燃料噴口11的前端設置斷面為L形的鯊魚齒狀的火焰穩(wěn)定器36，由形成于其下游側(cè)的循環(huán)流19的效果從燃燒器近旁形成火焰。作為圖9所示燃燒器的特征構(gòu)成，使著火用空氣流入到鯊魚齒狀的火焰穩(wěn)定器23間地設置追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12(參照圖10)，所以，煤粉易于轉(zhuǎn)入鯊魚齒狀的火焰穩(wěn)定器36而著火(在鯊魚齒狀的火焰穩(wěn)定器36后側(cè)著火)。(第4實施例)圖11和圖12為示出本發(fā)明第4實施例的燃燒器42的斷面圖，圖11示出從處于低負荷條件的燃燒器42噴出的燃料在爐膛41燃燒的狀態(tài)，圖12和圖14示出從處于高負荷條件下的燃燒器42噴出的燃料在爐膛41燃燒的狀態(tài)。圖13為從爐膛41側(cè)觀看圖11所示燃燒器42的示意圖。
第4實施例所示燃燒器42在中心部設置助燃用的油槍24，在該油槍24的周圍設置噴出燃料和其輸送用氣體的混合流體的燃料噴口11。沿著燃料噴口11的外側(cè)分隔壁22的內(nèi)側(cè)配置多個追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12。另外，在燃料噴口11的外側(cè)具有與該燃料噴口11同心圓狀的空氣噴出用的2次空氣噴口13和3次空氣噴口14。在燃料噴口11的壁面前端部(爐膛41出口側(cè))的外側(cè)設置有火焰穩(wěn)定器23?；鹧娣€(wěn)定器23相對從燃料噴口11噴出的煤粉流16和在2次空氣噴口13中流動的2次空氣流17作為障礙物起作用。為此，火焰穩(wěn)定器23的下游側(cè)(爐膛41內(nèi)部)的壓力下降，該部分引起與煤粉流16和2次空氣流17相反方向的流動，產(chǎn)生循環(huán)流19，在該循環(huán)流19中由來自爐膛41內(nèi)的輻射熱使燃料粒子的溫度上升、著火。
另外，在外側(cè)空氣噴口(2次空氣噴口13、3次空氣噴口14等)的出口設置用于將外側(cè)空氣的噴出方向朝離開燃燒器42的中心軸離開的方向引導的導向器25時，與火焰穩(wěn)定器23一起使得循環(huán)流19容易形成。
貫通燃料噴口11的中心部設置的助燃用的油槍24在燃燒器42起動時用于燃料著火。另外，對從2次空氣噴口13和3次空氣噴口14噴出的空氣施加旋轉(zhuǎn)力的旋流器27、28分別設于噴口13、14內(nèi)。
2次空氣噴口13和3次空氣噴口14由分隔壁29隔開，分隔壁29的前端部分形成使3次空氣流18相對煤粉流16朝外側(cè)擴散地噴出的導向器25。構(gòu)成爐膛41壁的燃燒器喉部30兼為3次空氣噴口14的外周壁。另外，在爐膛41壁設置水管31。
設于燃料噴口11內(nèi)用于縮小流路的流路縮流部件32位于燃料噴口11的上游側(cè)的外側(cè)分隔壁22內(nèi)側(cè)，另外，用于將燃料朝燃料噴口11的外側(cè)分隔壁22側(cè)濃縮的濃縮器33設于油槍24的外側(cè)部。濃縮器33設于流路縮流部件32的燃燒器42的下游側(cè)(爐膛41側(cè))。
在本實施例中，說明利用從爐膛41排出的燃燒廢氣作為燃料輸送用氣體、煤粉流16中的氧濃度較低的場合的燃燒器構(gòu)成和褐煤的燃燒方法。
在使用煤化程度低的燃料時的燃燒器42的高負荷條件和低負荷條件下，燃燒狀態(tài)不同產(chǎn)生的在低負荷下燃燒時的火焰吹走和不發(fā)火的問題、高負荷燃燒時的燃燒灰在燃燒器構(gòu)造部等的附著和熔融的問題，在本實施例中通過相應于燃燒器42的負荷改變爐膛41內(nèi)的火焰的形成位置加以解決。即，在高負荷條件下，將火焰形成于離開燃燒器42的爐膛41內(nèi)的位置，在低負荷條件下將火焰從燃料噴口11出口附近的爐膛41內(nèi)形成。在低負荷條件下，即使火焰接近爐膛41壁和燃燒器42，也由于爐膛41內(nèi)的熱負荷低，所以，燃燒器42和其周圍的爐膛壁的溫度比高負荷條件的場合低。所以，在燃燒器構(gòu)造部和爐膛壁不結(jié)渣。
在低負荷條件下，由于火焰從燃料噴口11的出口附近的爐膛41內(nèi)形成，所以，在本實施例中，高溫氣體不滯留在形成于火焰穩(wěn)定器23和導向器25下游側(cè)的循環(huán)流19，另外，通過從追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12供給空氣，可提高火焰穩(wěn)定器23附近的煤粉流16中的氧濃度。為此，燃燒速度與氧濃度低的場合相比變高，所以，燃料粒子的著火提前，火焰從燃料噴口11附近的爐膛41內(nèi)形成。
另外，追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12最好設置在燃料噴口11前端部(爐膛41出口部)的上游側(cè)。此時，為了防止在燃料噴口11內(nèi)的燃料的著火導致的燃料噴口11的燒損和回火現(xiàn)象，最好使得燃料噴口11內(nèi)的燃料滯留時間比燃料的著火延遲時間短地決定追加空氣孔或追加空氣噴口12在燃料噴口11內(nèi)的配置位置。通常大體判斷比煤粉等著火延遲時間短的氣體燃料的著火延遲時間(約0.1秒)和燃料噴口11內(nèi)的流速10-20m/s。例如，設燃料噴口11出口與追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12出口間的距離為1m左右以內(nèi)。
在爐膛41的高負荷條件下，通過使火焰形成在從燃燒器42離開的爐膛41內(nèi)的位置，使燃燒器42附近的熱負荷降低。為此，在本實施例中，使得從追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12的空氣供給量比低負荷條件的場合低。通過減少追加空氣的供給量，使得在火焰穩(wěn)定器23附近的煤粉流16中的氧濃度比低負荷條件時低，燃燒速度也變慢。為此，形成于火焰穩(wěn)定器23下游側(cè)的循環(huán)流19的溫度變低，燃燒器構(gòu)造物受到的輻射熱減少，可抑制結(jié)渣。
另外，如本實施例那樣在火焰穩(wěn)定器23的下游側(cè)形成循環(huán)流19，使燃料的一部分在循環(huán)流19內(nèi)燃燒，從而使該區(qū)域的火焰成為起動火舌。從獲得的起動火舌向在離開燃燒器42的爐膛41內(nèi)的位置形成的火焰穩(wěn)定地供給高溫氣體，所以，使得從燃燒器42離開的位置的火焰穩(wěn)定，不發(fā)火的危險減小。
另外，圖14示出在爐膛41的高負荷條件下離開火焰穩(wěn)定器23的下游側(cè)的循環(huán)流19形成燃燒器42的火焰的場合。在該場合，為了降低不發(fā)火的危險，火焰最好如圖23(a)所示利用了本發(fā)明的燃燒器42的燃燒裝置(爐膛41)的水平斷面圖那樣，通過使火焰20在爐膛41內(nèi)相互混合，在爐內(nèi)使其穩(wěn)定燃燒。在圖23(a)中示出了將燃燒器42設置于爐膛41壁的四角的場合，但將燃燒器42配置于相向的爐膛41壁的對沖燃燒方式的場合也相同。
另外，為了降低由燃燒產(chǎn)生的廢氣中的NOx濃度，最好調(diào)整空氣量，使得從燃料噴口11和追加空氣孔或追加空氣噴口12供給的空氣量的總和與使燃料中的揮發(fā)成分完全燃燒所需的空氣量的比(相對于揮發(fā)成分的空氣比)為0.85-0.95。煤粉的大部分與從燃料噴口11內(nèi)的追加空氣孔或追加空氣噴口12供給的空氣混合進行燃燒(第1階段)，之后，與2次空氣流17和3次空氣流18混合進行燃燒(第2階段)。另外，在設置有將空氣供給到燃燒器42下游側(cè)的爐膛41內(nèi)的后空氣孔49(參照圖27)的場合，與從該后空氣孔49供給的空氣混合，燃料完全燃燒(第3階段)。燃料中的揮發(fā)成分由于與固定碳相比燃燒速度快，所以在上述第1階段燃燒。
此時，相對揮發(fā)成分的空氣比為0.85-0.95，含氧量不足，但燃料的燃燒得到促進，可在高的火焰溫度下進行燃燒。由于在上述第1階段的燃燒中使煤粉進行缺氧的還原燃燒，所以，可將從燃料中的氮和空氣中的氮產(chǎn)生的NOx轉(zhuǎn)換成無害的氮，減少從爐膛41排出的NOx量，另外，上述第2階段的反應受到促進，可減少未燃燒成分。表2示出在改變了空氣量的場合從爐膛41出口排出的氮氧化物的濃度的比較結(jié)果。在這里，燃料使用褐煤，燃料比(固定碳/揮發(fā)成分的比)為0.82。
相對于表2中的揮發(fā)成分的空氣比(表2的C欄)在條件A下為0.70，而在條件B下為0.85，所以，可降低火焰中的氮氧化物濃度。
(表2)

另外，本實施例的燃燒器42如從圖13的爐膛41側(cè)看到的正面圖所示那樣為以同心圓狀配置圓柱狀的燃料噴口11、2次空氣噴口13、及3次空氣噴口14的圓形，但燃料噴口11也可為方形，濃縮器33也可為方型，也可如圖15(從爐膛41側(cè)觀看燃燒器42的正面圖)所示那樣形成由2次空氣噴口13和3次空氣噴口14等的外側(cè)空氣供給用噴口的至少一部分夾住燃料噴口11地設置的空氣噴口構(gòu)造。另外，也可為如圖5的燃燒器42所示那樣將追加空氣噴口12形成為沿燃料噴口11的外側(cè)分隔壁22設置的1個噴口。
另外，也可如圖16的燃燒器42的斷面圖所示那樣，從1個噴口(2次空氣噴口13)供給外側(cè)空氣，或形成分割成3個以上的噴口構(gòu)造(圖中未示出)。另外，本實施例如圖11、圖12所示那樣，在燃料噴口11內(nèi)設置了縮小流路的流路縮流部件32和朝燃料噴口11的壁面22的內(nèi)側(cè)濃縮燃料粒子的障礙物(濃縮器)濃縮器33，但在沒有這些構(gòu)成物的場合也可獲得與圖11-圖15所示燃燒器42相同的作用。
另外，在本實施例中，如圖11和圖12所示那樣在燃料噴口11的前端部壁面22設置了火焰穩(wěn)定器23，但也可如圖16所示那樣采用通過使外側(cè)空氣流(2次空氣流17)朝離開燃料噴口11的方向噴出的導向器35從而在該導向器35的內(nèi)側(cè)(爐膛41的中心側(cè))近旁形成循環(huán)流19的方法。(第5實施例)圖17和圖18為示出本發(fā)明第5實施例的燃燒器42的斷面圖，圖17示出從處于低負荷條件的燃燒器42噴出的燃料在爐膛41燃燒的狀態(tài)，圖18示出從處于高負荷條件下的燃燒器42噴出的燃料在爐膛41燃燒的狀態(tài)。
本實施例與第4實施例的主要不同點在于，未在燃料噴口11的壁面22的前端設置火焰穩(wěn)定器23和導向器35。為了在不設置火焰穩(wěn)定器23和導向器35的場合改變火焰形狀，本實施例使用了設于2次空氣流路的旋流器27。
在爐膛41的低負荷條件下從燃料噴口11的出口形成火焰。為此，通過從追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12供給空氣，可在燃料噴口11的分隔壁22附近提高煤粉流16中的氧濃度。為此，燃燒速度與氧濃度低的場合相比變大，所以，燃料粒子的著火提前，火焰可從燃料噴口11附近形成。
另外，在本實施例中，由設于2次空氣噴口13的旋流器27對2次空氣施加強的旋轉(zhuǎn)流速(通常旋轉(zhuǎn)數(shù)在1以上)。2次空氣流17在旋轉(zhuǎn)流速產(chǎn)生的離心力的作用下，從2次空氣噴口13噴出后朝離開煤粉流16的方向擴散。此時，在煤粉流16和2次空氣流17間的區(qū)域中，壓力下降，引起與煤粉流16和2次空氣流17相反方向的流動即循環(huán)流19。另外，在2次空氣噴口13安裝用于減少流量的擋板(圖中未示出)，通過將2次空氣流量減少到接近零，可在3次空氣噴口14的3次空氣流18與煤粉流16之間形成循環(huán)流19。
在爐膛41的高負荷條件下，通過使火焰形成在離開燃燒器42的爐膛41內(nèi)的位置，減少燃燒器42附近的熱負荷。為此，與低負荷條件的場合相比減少從追加空氣孔或追加空氣噴口12的空氣供給量。通過減少追加空氣的供給量，在燃料噴口11的分隔壁22附近使煤粉流16中的氧濃度比低負荷條件時低，燃燒速度也變慢。另外，在本實施例中，減弱由設于2次空氣噴口13的旋流器27向2次空氣施加的旋轉(zhuǎn)流速。為此，2次空氣流17從2次空氣噴口13噴出后，與煤粉流16平行地流動，所以，在煤粉流16與2次空氣流17間的區(qū)域不產(chǎn)生反方向的流動即循環(huán)流19。另外，通過打開安裝于2次空氣噴口13的擋板(圖中未示出)，增加2次空氣流量，可使得不在煤粉流16與2次空氣流17間的區(qū)域產(chǎn)生反方向的流動即循環(huán)流19。(第6實施例)圖19示出本發(fā)明第6實施例的燃燒器42的斷面圖，圖20為從爐膛41側(cè)觀看該燃燒器42時的正面圖。
燃料與燃燒廢氣的混合流體通過燃料噴嘴11供給到爐膛41。在燃料噴口11的前端設置斷面為L形的鯊魚齒火焰穩(wěn)定器36，由形成于其下游側(cè)(爐膛41的內(nèi)側(cè))的循環(huán)流19的效果從燃燒器42形成火焰。作為圖19所示燃燒器42的特征構(gòu)成，使著火用空氣流入到鯊魚齒狀的火焰穩(wěn)定器36間地設置追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12(參照圖20)，所以，煤粉易于轉(zhuǎn)入鯊魚齒狀的火焰穩(wěn)定器36而著火(在鯊魚齒狀的火焰穩(wěn)定器36后側(cè)著火)。(第7實施例)
下面說明本發(fā)明的第7實施例。圖21為第7實施例的燃燒器的斷面圖。圖21(a)為燃燒器斷面，圖21(b)為從爐膛側(cè)觀看到的燃燒器正面圖。
作為燃料的煤粉與輸送用氣體(1次空氣)的混合流體通過燃料噴口11供給到爐膛41。在燃料噴口11的前端設置斷面為L形的鯊魚齒火焰穩(wěn)定器36，由形成于其下游側(cè)的循環(huán)流19的效果從燃燒器近旁形成火焰。
在燃料噴口11的內(nèi)部設置濃縮器33，提高火焰穩(wěn)定器36近旁的煤粉濃度，從而促進著火。從風箱26向燃料噴口11外周供給燃燒用空氣(2次空氣流17和3次空氣流18)。3次空氣流18由旋流器28施加適當?shù)男D(zhuǎn)，設定為對于低NOx燃燒最佳的條件。3次空氣流18由分隔壁29朝外側(cè)擴散，形成火焰中心部缺氧的所謂燃料過剩的條件，獲得對于煤粉燃燒的低NOx化的燃燒。
作為圖21所示燃燒器的特征構(gòu)成，在濃縮器33與燃料噴口11的內(nèi)壁之間設置著火用的追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12。通過向由濃縮器33朝燃料噴口11內(nèi)壁側(cè)濃縮后流動的煤粉流供給著火用追加空氣，從而在將煤粉濃度維持在規(guī)定濃度以上的條件下提高氧濃度，所以，著火性提高。另外，在燃燒器42的中心軸部配置用于燃燒器起動時的油燃燒器24。在燃料噴口11前端部的濃縮器33與火焰穩(wěn)定器36之間設置著火用追加空氣與混合流體的混合區(qū)域S。這樣，著火用空氣21與燃料噴口11內(nèi)的混合流體的混合可充分進行。另外，由于在鯊魚齒狀的火焰穩(wěn)定器36間設置著火用追加空氣孔或追加空氣噴口12的出口(參照圖21(b))，所以，易于轉(zhuǎn)入鯊魚齒狀的火焰穩(wěn)定器36而著火(在鯊魚齒狀的火焰穩(wěn)定器36的下游著火)。
另外，也可在外側(cè)空氣噴口(2次空氣流17、3次空氣流18)的流路出口設置將外側(cè)空氣的噴出方向朝擴散方向引導的導向器36′。導向器36′與火焰穩(wěn)定器36一起使循環(huán)流19進一步容易形成。該導向器36′對在低負荷時將火焰形成于爐膛壁近旁有利。另外，沒有必要一定設置導向器36′。(第8實施例)圖22(圖22(a)為燃燒器42的斷面圖，圖22(b)為從爐膛側(cè)看到的燃燒器正面圖。)所示第8實施例的燃燒器42的特征在于，從著火用追加空氣孔或追加空氣噴口專用的供給管線66通過著火用追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12將著火用空氣67導入到該著火用空氣67與燃料噴口11內(nèi)的混合流體的混合區(qū)域S。
在圖22所示燃燒器42中，從供給管線66導入的著火用空氣67可成為與由風箱26獲得的空氣壓力不同的空氣壓力，所以，可自由地選定追加空氣孔(圖中未示出)或追加空氣噴口12的大小。另外，由于可在專用的著火用追加空氣管線66設置著火用空氣流量調(diào)節(jié)機構(gòu)(圖中未示出)，所以，其供給量的控制可簡單地進行。另外，通過使用富氧氣體作為著火用空氣67，可進一步提高著火性。
圖23將示出本發(fā)明的上述實施例中的任一個燃燒器用作四角燃燒方式的燃燒器的爐膛41的水平斷面圖。
在四角燃燒方式的燃燒器中，通常在爐膛41的四角設置用于燃燒器室37(參照圖30)的設置的水平部。在圖23(a)所示爐膛41為高負荷時，來自燃燒器室37的各燃燒器的射流在燃燒器根部形成吹走部38，在爐膛41內(nèi)形成穩(wěn)定的區(qū)域。
作為圖23所示四角燃燒方式的燃燒器的運用的一例，例如用于爐膛內(nèi)穩(wěn)定的燃燒區(qū)域形成的最外側(cè)的3次空氣噴口14的3次空氣流18的流速在50m/s以上，由廢氣供給的煤粉流16的流速為5m/s～30m/s，促進燃料的著火的中心空氣噴口10的空氣流速為5m/s-20m/s。
當圖23(b)所示爐膛41處于低負荷條件下時，之后使燃燒用空氣的分配和旋轉(zhuǎn)變化，從各燃燒器形成自穩(wěn)焰型火焰36。圖24示出從設于爐膛41的各側(cè)壁的4個燃燒器室37將燃料供給到爐膛41內(nèi)的場合的一實施例，圖25示出從設于爐膛41的各側(cè)壁的6個燃燒器室37將燃料投入到爐膛41內(nèi)的場合的一實施例。圖25(a)示出高負荷時，圖25(b)示出低負荷時。
由以上的設定，使得高負荷時在燃燒器42的根部氧濃度低，沒有高溫氣體的循環(huán)等的熱源，所以燃料不著火，形成吹走部38。在爐膛41的中央部，與從其它燃燒器42的射流和最外側(cè)的空氣噴口14混合，形成穩(wěn)定的燃燒區(qū)域，從而開始穩(wěn)定燃燒。高負荷運用中的最外側(cè)的空氣噴口14的作用與過去相同，用于使爐膛內(nèi)的燃燒區(qū)域的形成穩(wěn)定化，例如最好流速在50m/s以上。
即，本發(fā)明在過去的四角燃燒和切圓燃燒方式的爐膛41中，分別使用高負荷時在燃料射流的燃燒器42的根部形成吹走部38、在爐膛41內(nèi)形成穩(wěn)定的燃燒區(qū)域的方式和低負荷時從燃料射流的燃燒器42的根部穩(wěn)焰的自穩(wěn)焰方式，從而可對應寬范圍的爐膛41的負荷變化。
作為具體的方法，不改造各爐膛壁面的水冷壁構(gòu)造，而是將燃燒器室37的一部分改變成由燃料和多個燃燒用空氣流路組成的燃燒器構(gòu)造，根據(jù)各燃燒用空氣的分配、燃料與燃燒用空氣的射流的旋轉(zhuǎn)的有無，控制爐膛的低負荷和高負荷下的運用。
另外，在這里，僅示出不改造水冷壁而是改造燃燒器室37的一部分的方式，但在新設的鍋爐中的鄰接的2個燃燒器42之間設置水冷壁構(gòu)造的場合也可應用本發(fā)明。
圖27示出使用本發(fā)明的褐煤等煤的燃燒器的燃燒裝置的示意圖。另外，圖28為圖27的水平斷面圖。下面，根據(jù)圖27和圖28進行說明。
在爐膛41沿上下方向設置2段燃燒器42，沿水平方向從爐膛41的四角朝中央設置燃燒器42。煤等從燃料倉43通過加煤機44供給到風扇磨煤機45。由風扇磨煤機45粉碎后，煤粉通過燃料配管54供給到燃燒器42。此時，將從爐膛41上部抽出的燃燒廢氣在加煤機44下游側(cè)的廢氣管道55內(nèi)與煤混合，導入至風扇磨煤機45。通過使煤與高溫的燃燒氣體混合，使含在煤中的水分蒸發(fā)。另外，由于氧濃度下降，所以，即使在風扇磨煤機45中粉碎時成為高溫，也可抑制自然著火和爆炸。在褐煤的場合，氧濃度為8-15％左右。供給到燃燒器42和設于其下游側(cè)的后空氣孔49的空氣從鼓風機46供給。雖然采用了從燃燒器42投入比燃料完全燃燒所需空氣量少的空氣、從后空氣孔49供給余下空氣的兩級燃燒方式，但也可為不設置后空氣孔49、從燃燒器42投入全部所需空氣的單級燃燒方式。
在燃燒器42中，根據(jù)燃燒裝置(爐膛41)的負荷改變?nèi)紵绞健＜丛诟哓摵蓷l件下，通過使火焰形成于從燃燒器42離開的位置，減少在燃燒器42附近的熱負荷。另外，在低負荷條件下，從燃料噴口11出口形成火焰。此時，為了安全地運用燃燒裝置，需要監(jiān)視火焰。在本發(fā)明中，由于根據(jù)負荷改變?nèi)紵绞?，所以，最好火焰的監(jiān)視方式也改變。即為了在低負荷條件下對各燃燒器42監(jiān)視形成的火焰，需要將火焰檢測器47設置到各燃燒器42。另外，為了在高負荷條件下將火焰形成于從燃燒器42離開的位置，需要設置監(jiān)視爐膛中心部的火焰檢測器48。相應于名種負荷和燃燒方法，選擇火焰檢測器47、48的信號監(jiān)視火焰。
另外，為了減少在高負荷條件下的燃燒器構(gòu)造物和爐膛壁的結(jié)渣，也可在爐膛壁和煤粉燃燒器42設置圖中未示出的溫度計和輻射量測定器，根據(jù)其信號調(diào)整追加空氣流量和中心空氣流量。
圖29示出作為固體燃料將褐煤等煤用作燃料的本發(fā)明上述實施例記載的各種燃燒器用于煤粉鍋爐系統(tǒng)的場合的構(gòu)成圖。
圖29所示煤粉鍋爐具有使用兩級燃燒方式的燃燒器42的排列和后空氣孔49。燃燒器42設置有多個，沿爐膛41的高度方向排列成3級，沿爐膛41的水平方向也排列有5列。爐膛41的水平方向的燃燒器排列雖未在圖中示出，但燃燒器42的根數(shù)和排列根據(jù)燃燒器單體的容量(最大煤粉燃燒量、鍋爐容量等)和鍋爐的構(gòu)造決定。
各燃燒器42按各級收容于風箱26。在燃燒器42具有以空氣作為輸送用氣體將助燃用的油噴出的霧化器，助燃料通過分配器58供給到各燃燒器42的噴油口24。燃燒用空氣51由熱交換器52升溫，作為約300℃左右的加熱空氣由擋板56調(diào)整流量后，導入至風箱26，可從各燃燒器42噴出到爐膛41內(nèi)。燃燒用空氣51還通過擋板57供給到后空氣孔49。
從連接到爐膛出口的廢氣出口部附近的燃燒廢氣管道55取出燃燒廢氣，供給到加煤機44。煤粉與輸送用氣體一起供給到風扇磨煤機45，在這里粉碎，經(jīng)調(diào)整粒徑分布后，供給到燃燒器42。供給到燃燒器42的煤粉的粒徑和其分布根據(jù)鍋爐負荷的不同而變化。爐膛41的壁面通常形成為水冷構(gòu)造，在這里生成一次蒸汽，該一次蒸汽在過熱器50過熱后，作為過熱蒸汽送到圖中未示出的汽輪機。汽輪機與發(fā)電機直接連接，所以，可使發(fā)電機工作產(chǎn)生電力。
在用于將煤粉鍋爐的燃燒廢氣從煙囪63排放到大氣的煙道中設置由脫氮裝置60、電除塵器61、及脫硫裝置62等構(gòu)成的廢氣凈化裝置。
供給到各燃燒器42的燃燒用空氣量為煤的理論空氣量的89-90容量％，來自后空氣孔49的后空氣量為煤的理論空氣量的40-30容量％左右，作為全空氣量為煤的理論空氣量的120％左右。煤粉燃燒器42的火焰按比理論空氣量少的空氣量燃燒，由后空氣減少燃料的未燃成分。
另外，在燃煤鍋爐中使用本發(fā)明的燃燒器42，在爐膛壁面設置多個該燃燒器42，由這些燃燒器42使煤粉燃燒，由獲得的燃燒熱加熱水，產(chǎn)生蒸汽，通過使用具有這樣的燃煤鍋爐、由該鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動的汽輪機、及由該汽輪機驅(qū)動的發(fā)電機(圖中未示出)的燃煤火力發(fā)電系統(tǒng)，可利用褐煤等煤化程度低的煤進行火力發(fā)電。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性按照本發(fā)明，可獲得即使是褐煤等煤化程度低的煤等燃燒性較差的固體燃料也可在從高負荷條件到低負荷條件的寬范圍穩(wěn)定燃燒的固體燃料燃燒器，使用該燃燒器的燃燒方法，具有該燃燒器的爐膛、加熱爐或熱風發(fā)生爐等燃燒裝置和其運用方法，燃煤鍋爐和其系統(tǒng)，及燃煤火力發(fā)電系統(tǒng)。
按照本發(fā)明，即使在使用氧濃度低的氣體作為輸送用氣體的場合，也可從燃燒器近旁著火。為此，即使在低負荷區(qū)域，即使為褐煤等灰特性差的粉碎煤，也可在燃燒器出口近旁使其迅速地以高效率燃燒，實現(xiàn)燃燒氣體的低NOX化，防止燃燒器周圍的結(jié)灰。
權利要求
1.一種固體燃料燃燒器，其特征在于具有噴出空氣的中心空氣噴口；配置于該中心空氣噴口外側(cè)的用于噴出固體燃料與其輸送用氣體的混合流體的燃料噴口；配置于上述燃料噴口的內(nèi)側(cè)壁面用于噴出空氣的追加空氣孔或追加空氣噴口；及配置于上述燃料噴口外側(cè)用于噴出燃燒用空氣的1個以上的外側(cè)空氣噴口。
2.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于上述中心空氣噴口和上述追加空氣孔或追加空氣噴口中的任一方或雙方的噴口出口位于上述燃料噴口的出口的燃燒器上游側(cè)。
3.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于向追加空氣孔或追加空氣噴口供給導入加熱和/或加壓后的空氣。
4.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述中心空氣噴口的外側(cè)壁設置由從燃燒器上游側(cè)依次逐漸增大斷面積的圓錐部和逐漸減小斷面積的圓錐部構(gòu)成的濃縮器。
5.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述燃料噴口的內(nèi)側(cè)壁設置從燃燒器上游側(cè)依次將上述噴口的流路斷面積一時縮小后再擴大到原來大小的流路縮流部件。
6.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述中心空氣噴口內(nèi)設置旋流器。
7.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述外側(cè)空氣噴口內(nèi)設置旋流器。
8.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述外側(cè)空氣噴口的出口設置決定外側(cè)空氣的噴出方向的導向器。
9.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在外側(cè)空氣噴口出口設置使來自上述外側(cè)空氣噴口的外側(cè)空氣相對燃燒器中心軸以45度以下的傾斜角度噴出的導向器。
10.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述燃料噴口與上述外側(cè)空氣噴口之間設置相對從噴口噴出的固體燃料混合物和空氣的流動成為障礙的火焰穩(wěn)定器。
11.根據(jù)權利要求10所述的固體燃料燃燒器，其特征在于設置具有朝上述燃料噴口出口內(nèi)側(cè)凸出的鯊魚齒狀凸起的火焰穩(wěn)定器。
12.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于上述中心空氣噴口的下游側(cè)的流路斷面積比上述中心空氣噴口的上游側(cè)的流路斷面積小。
13.根據(jù)權利要求12所述的固體燃料燃燒器，其特征在于可在該中心空氣噴口內(nèi)朝燃燒器中心軸方向移動地配置上述中心空氣噴口內(nèi)的旋流器的設置位置。
14.根據(jù)權利要求1所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述中心空氣噴口內(nèi)設置根據(jù)燃燒負荷使空氣流的旋轉(zhuǎn)強度變化的旋流器。
15.一種使用權利要求1所述的固體燃料燃燒器的燃燒方法，其特征在于設置有旋流器，該旋流器可相應于燃燒負荷選擇從中心空氣噴口噴出的空氣為直進流或弱旋轉(zhuǎn)流的空氣噴出方法和為強旋轉(zhuǎn)流的空氣噴出方法這樣2種空氣噴出方法中的任一種。
16.一種使用權利要求1所述的固體燃料燃燒器的燃燒方法，其特征在于在燃燒負荷低的場合，從上述中心空氣噴口噴出強空氣旋轉(zhuǎn)流，在燃燒負荷高的場合，從上述中心空氣噴口噴出弱的空氣旋轉(zhuǎn)流或直進流。
17.一種使用權利要求1所述的固體燃料燃燒器的燃燒方法，其特征在于可相應于燃燒負荷改變從中心空氣噴口和追加空氣孔或噴口噴出的空氣量的比例。
18.一種使用權利要求1所述的固體燃料燃燒器的燃燒方法，其特征在于在燃燒負荷低的場合，減少從中心空氣孔噴出的空氣，同時，增加從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量的比例，在燃燒負荷高的場合，增加從中心空氣口噴出的空氣量，同時，減少從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量的比例。
19.一種使用權利要求1所述的固體燃料燃燒器的燃燒方法，其特征在于調(diào)整空氣量，使得從燃燒器的燃料噴口、中心空氣噴口、及追加空氣孔或追加空氣噴口分別供給的空氣量的總和與使燃料中的揮發(fā)成分完全燃燒所需空氣量的比為0.85-0.95。
20.一種燃燒裝置，其特征在于使用燃燒廢氣作為權利要求1所述固體燃料燃燒器的固體燃料的輸送用氣體，設置有配置了多個該固體燃料燃燒器的爐膛壁面。
21.根據(jù)權利要求20所述的燃燒裝置，其特征在于具有爐膛，該爐膛將權利要求1所述的固體燃料燃燒裝置作為1個裝置，在四角或相向的側(cè)壁面分別成對地配置該多個裝置。
22.根據(jù)權利要求20所述的燃燒裝置，其特征在于固體燃料燃燒器的中心空氣噴口為圓筒形狀，在該中心空氣噴口的上游側(cè)的部位作為空氣供給用的配管連接一對空氣配管，從中心空氣噴口的圓筒斷面的相向位置的切線方向使空氣流入地分別連接該一對空氣配管。
23.根據(jù)權利要求20所述的燃燒裝置，其特征在于在將燃燒裝置用于高燃燒負荷的場合，增加從固體燃料燃燒器的中心空氣口噴出的空氣量，同時，減少從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量的比例，在離開固體燃料燃燒器的位置形成固體燃料火焰，在將燃燒裝置用于低燃燒負荷的場合，減少從固體燃料燃燒器的中心空氣噴口噴出的空氣，同時，增加從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量的比例，從緊靠固體燃料燃燒器的燃料噴口出口后的位置形成固體燃料火焰。
24.根據(jù)權利要求20所述的燃燒裝置，其特征在于在固體燃燒器或該固體燃料燃燒器外側(cè)的爐膛壁面設置溫度計或輻射強度計，根據(jù)這些檢測裝置的信號，調(diào)整從固體燃料燃燒器的中心空氣噴口噴出的空氣量和空氣旋轉(zhuǎn)強度或從追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量
25.一種權利要求20所述的燃燒裝置的運用方法，其特征在于在燃燒裝置用于高負荷的場合，使得在燃料噴口中心軸上從燃料噴口出口離開0.5m以上的爐膛內(nèi)的位置燃燒，在燃燒裝置用于低負荷的場合，使爐膛內(nèi)的固體燃料火焰的前端在燃料噴口出口外側(cè)部爐膛壁面近旁燃燒。
26.一種權利要求20所述的燃燒裝置的運用方法，其特征在于在將燃燒裝置用于高負荷的場合，由火焰檢測器或目測監(jiān)視固體燃料燃燒器的火焰集中的爐膛內(nèi)中央部分的火焰，在將燃燒裝置用于低負荷的場合，監(jiān)視形成于固體燃料燃燒器出口近旁的各火焰。
27.根據(jù)權利要求22所述的燃燒裝置的運用方法，其特征在于在將該燃燒裝置用于高負荷的場合，從2個空氣供給用配管將相同空氣流量供給到中心空氣噴口內(nèi)，在將燃燒裝置用于低燃燒負荷的場合，通過使從2個空氣供給配管供給到中心空氣噴口內(nèi)的空氣流量的分配存在差異，調(diào)整與高負荷和低負荷相應的中心空氣流的旋轉(zhuǎn)強度。
28.一種燃煤鍋爐，其特征在于具有爐膛和熱交換器，該爐膛具有配置了多個權利要求1所述的固體燃料燃燒器的壁面，該熱交換器設于該爐膛內(nèi)，由在上述爐膛內(nèi)的固體燃料的燃燒產(chǎn)生的火焰對水進行加熱，產(chǎn)生蒸汽。
29.一種燃煤鍋爐系統(tǒng)，其特征在于具有權利要求28所述的燃煤鍋爐；成為該鍋爐的廢氣流路的煙道；設于該煙道的廢氣凈化裝置；將煤以煤粉形式輸送到鍋爐的燃燒器的煤粉輸送裝置；調(diào)整從該煤粉輸送裝置供給到固體燃燒器的煤粉量的煤粉供給量調(diào)整裝置；及調(diào)整從燃燒器噴出的空氣量的空氣量調(diào)整裝置。
30.一種燃煤火力發(fā)電系統(tǒng)，具有在爐膛壁面配置有多個權利要求1所述的固體燃料燃燒器的的爐膛；由該燃燒器燃燒固體燃料獲得的燃燒熱對水進行加熱從而產(chǎn)生蒸汽的鍋爐；由該鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動的汽輪機；及由該汽輪機驅(qū)動的發(fā)電機。
31.一種固體燃料燃燒器，其特征在于具有用于噴出固體燃料與其輸送用氣體的混合流體的燃料噴口；配置于上述燃料噴口的內(nèi)側(cè)壁面用于噴出空氣的追加空氣孔或追加空氣噴口；及配置于上述燃料噴口壁面外側(cè)用于噴出空氣的1個以上的外側(cè)空氣噴口。
32.根據(jù)權利要求31所述的固體燃料燃燒器，其特征在于向追加空氣孔或追加空氣噴口供給導入加熱和/或加壓后的空氣。
33.根據(jù)權利要求31所述的固體燃料燃燒器，其特征在于上述追加空氣孔或追加空氣噴口的出口位于上述燃料噴口的出口的燃燒器上游側(cè)。
34.根據(jù)權利要求31所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述燃料噴口的內(nèi)部設置具有從燃燒器上游側(cè)向下游側(cè)依次增大斷面積的部分和減小斷面積的部分的濃縮器。
35.根據(jù)權利要求31所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述燃料噴口的內(nèi)側(cè)壁面設置從燃燒器上游側(cè)向下游側(cè)依次將燃料噴口的流路斷面積一時縮小后再擴大到原來大小的流路縮流部件。
36.根據(jù)權利要求31所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述外側(cè)空氣噴口設置旋流器。
37.根據(jù)權利要求31所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述外側(cè)空氣噴口的出口設置決定從外側(cè)空氣噴口噴出的外側(cè)空氣的流動方向的導向器。
38.根據(jù)權利要求31所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在將上述燃料噴口與上述外側(cè)空氣噴口隔開的壁面的前端部與從上述各燃料噴口噴出的固體燃料混合物和空氣流對抗地設置火焰穩(wěn)定器。
39.根據(jù)權利要求38所述的固體燃料燃燒器，其特征在于上述火焰穩(wěn)定器具有朝在上述燃料噴口的前端部壁面內(nèi)側(cè)凸出的鯊魚齒狀凸起。
40.根據(jù)權利要求31所述的固體燃料燃燒器，其特征在于使用燃燒廢氣作為固體燃料的輸送用氣體，上述追加空氣孔或追加空氣噴口出口設置在上述濃縮器的斷面積逐漸減少的圓錐部與上述火焰穩(wěn)定器之間。
41.根據(jù)權利要求31所述的固體燃料燃燒器，其特征在于上述追加空氣孔或追加空氣噴口的空氣供給部連接到風箱，該風箱用于向上述外側(cè)空氣噴口供給燃燒用空氣。
42.根據(jù)權利要求31所述的固體燃料燃燒器，其特征在于上述追加空氣孔或追加空氣噴口的空氣供給部連接到為向該空氣供給部供給燃燒用氣體而專門設置的燃燒用氣體供給裝置上。
43.根據(jù)權利要求42所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述燃燒用氣體供給裝置連接供給增加了氧濃度的氣體或純氧的裝置。
44.根據(jù)權利要求42所述的固體燃料燃燒器，其特征在于在上述燃燒用氣體供給裝置設置燃燒用氣體流量調(diào)節(jié)機構(gòu)。
45.一種使用權利要求31所述的固體燃料燃燒器的燃燒方法，其特征在于在燃燒負荷低的場合，減少從上述追加空氣孔或追加空氣噴口供給的空氣量，增加從上述外側(cè)空氣噴口中的靠上述燃料噴口最近的外側(cè)空氣噴口供給的空氣流量或提高旋轉(zhuǎn)強度，另外，在燃燒負荷高的場合，減少從上述追加空氣孔或追加空氣噴口供給的空氣量，增加從上述外側(cè)空氣噴口中靠上述燃料噴口最近的外側(cè)空氣噴口供給的空氣量或減小旋轉(zhuǎn)強度。
46.一種燃燒裝置，其特征在于設置有在壁面配置了多個如權利要求31所述的固體燃料燃燒器的爐膛。
47.一種燃燒裝置，其特征在于具有爐膛，該爐膛將權利要求31所述的固體燃料燃燒裝置作為1個裝置，在四角或相向的側(cè)壁面分別成對地配置該多個裝置。
48.一種燃煤鍋爐，其特征在于具有爐膛和熱交換器，該爐膛具有配置了多個權利要求31所述的固體燃料燃燒器的壁面，該熱交換器設于該爐膛內(nèi)，由在上述爐膛內(nèi)的固體燃料的燃燒產(chǎn)生的燃燒熱對水進行加熱，產(chǎn)生蒸汽。
49.一種使用權利要求31所述的固體燃料燃燒器的燃燒方法，其特征在于在燃燒負荷低的場合，增加從追加空氣孔或追加空氣噴口供給的空氣量，在燃燒負荷高的場合，減少從追加空氣孔或追加空氣噴口供給的空氣量。
50.一種權利要求46所述的燃燒裝置的運用方法，其特征在于在將燃燒裝置用于高燃燒負荷的場合，從離開固體燃料燃燒器的爐膛內(nèi)的位置形成固體燃料的火焰，在將燃燒裝置用于低燃燒負荷的場合，從緊靠固體燃料燃燒器的燃料噴口出口后的爐膛壁面附近形成固體燃料的火焰。
51.根據(jù)權利要求50所述的燃燒裝置的運用方法，其特征在于在固體燃燒器或該固體燃燒器近旁的爐膛壁面設置溫度計或輻射強度計，根據(jù)這些檢測裝置的信號，調(diào)整從設于固體燃料燃燒器的追加空氣孔或追加空氣噴口噴出的空氣量。
52.根據(jù)權利要求50所述的燃燒裝置的運用方法，其特征在于在燃燒裝置用于高負荷的場合，使得在燃料噴口中心軸上從燃料噴口出口離開0.5m以上的爐膛內(nèi)的位置燃燒，在燃燒裝置用于低負荷的場合，使爐膛內(nèi)的固體燃料火焰的前端在燃料噴口出口外側(cè)部爐膛壁面近旁燃燒。
53.根據(jù)權利要求50所述的燃燒裝置的運用方法，其特征在于在將燃燒裝置用于高燃燒負荷的場合，由設于爐膛內(nèi)的火焰檢測器或目測監(jiān)視固體燃料燃燒器的火焰集中的爐膛內(nèi)的中央部分的火焰，在將燃燒裝置用于低燃燒負荷的場合，由設于爐膛內(nèi)的火焰檢測器或目測監(jiān)視形成于固體燃料燃燒器的燃料噴口出口附近的爐膛內(nèi)的各火焰。
54.根據(jù)權利要求50所述的燃燒裝置的運用方法，其特征在于在將燃燒裝置用于低燃燒負荷的場合，調(diào)整供給到固體燃料燃燒器的空氣量，使得從固體燃料燃燒器供給的空氣量的總和與使燃料中的揮發(fā)成分完全燃燒所需空氣量的比為0.85-0.95。
55.一種燃煤火力發(fā)電系統(tǒng)，具有在爐膛壁面配置有多個 31所述的固體燃料燃燒器的的爐膛、由該燃燒器使固體燃料燃燒并由獲得的燃燒熱對水進行加熱從而產(chǎn)生蒸汽的鍋爐、由該鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動的汽輪機、及由該汽輪機驅(qū)動的發(fā)電機。
全文摘要
一種燃燒器,在所述燃燒器中,即使褐煤等劣質(zhì)的固體燃料也可在從高負荷條件到低負荷條件的寬范圍內(nèi)穩(wěn)定地燃燒。根據(jù)爐膛41的燃燒負荷的不同,可調(diào)整從追加空氣孔或追加空氣噴口12供給的空氣量。低負荷時增加從追加空氣孔或追加空氣噴口12供給的空氣量,提高形成于燃料噴口11出口外側(cè)的下游部的循環(huán)流19的氧濃度,使其穩(wěn)定地燃燒。高負荷時,減少從追加空氣孔或追加空氣噴口12供給的空氣量,在離開燃料噴口11的位置形成火焰,從而抑制固體燃料燃燒器42的構(gòu)造物和爐膛41壁接受的輻射熱。固體燃料燃燒器42可用于褐煤等劣質(zhì)固體燃料和作為其輸送用氣體的燃燒廢氣的燃燒。
文檔編號F23C6/04GK1386180SQ01802284
公開日2002年12月18日 申請日期2001年8月3日 優(yōu)先權日2000年8月4日
發(fā)明者津村俊一, 木山研滋, 倉增公治, 菊池仁志, 高橋芳孝, 森田茂樹, 酒井和人, 岡﨑洋文, 谷口正行, 小林啟信, 下郡三紀 申請人:巴布考克日立株式會社