JP3950428B2 - Fine fuel combustion burner and fine fuel combustion system - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、発電用あるいは工場用等において蒸気発生などに用いられる石炭等の固体燃料を微粉化して燃料として用いる微粉燃料燃焼バーナ及びこれを備える微粉燃料燃焼システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から揮発分が低い、あるいは燃料比(固定炭素分/揮発分)が高い石炭等の固体燃料を燃焼させる場合は、揮発分が少なく非常に燃焼し難くいことを考慮して燃焼を容易化する理由から、固体燃料を粉砕して空気搬送し、微粉炭量と空気量の重量比率を低めに抑えて燃焼させる方法が用いられている。
【0003】
このような燃焼を実施する微粉燃料燃焼バーナの一例を図4、図5を用いて説明する。
微粉燃料燃焼バーナは、火炉23に面する側と反対側に燃焼用の空気が流通するダクトに接続されたバーナ風箱13を備えており、このバーナ風箱13は複数の仕切板24によって複数のコンパートメント14,15,16等に分けられている。複数のコンパートメントのそれぞれをさらに詳しく説明すると、各コンパートメントの中の1つには、この内部に一次空気と石炭を微粉化した濃石炭混合気19を供給する配管14aが挿入されており、この配管14aの先端部には濃バーナノズル140が揺動可能に設けられている。ここでは、このようなコンパートメントを濃石炭コンパートメント14と呼ぶ。
【0004】
また、上述の濃石炭コンパートメント14に隣接するコンパートメントには、この内部に一次空気と石炭を微粉化した淡石炭混合気20を供給する配管15aが挿入されており、この配管15aの先端部には淡バーナノズル150が揺動可能に設けられている。ここでは、このようなコンパートメントを淡石炭コンパートメント15と呼ぶ。
【0005】
また、これら濃石炭コンパートメント14及び淡石炭コンパートメント15の隣には、燃焼に供される補助空気を火炉23に向かって送出する補助空気コンパートメントや、油を火炉23に向かって送出する油コンパートメント等もあり、図4では省略して符号16のコンパートメント、及びそのノズル160として示している。
【0006】
そして、これら濃石炭コンパートメント14と淡石炭コンパートメント15との組み合わせによる1つの組が微粉燃料燃焼バーナの1段として規定され、要求性能等に応じてバーナ風箱13内に複数段設置される。また、火炉23に面して設置されるバーナ風箱13は、例えば火炉23が四角形であれば、四方に設置される。この場合、各バーナ風箱13の各段は共通する微粉炭機(または石炭微粉砕装置)から微粉炭の供給を受けるように微粉燃料の供給回路が構築されている。
【0007】
さて、濃石炭コンパートメント14、及び淡石炭コンパートメント15の内部にそれぞれ挿入された状態で装着された微粉炭供給用の配管14a,15aの外側には、バーナ風箱13に接続されたダクトからの二次空気22a,22b(二次流体)が流通している。そして、この二次空気22a,22bは、各石炭コンパートメント14,15の断面形状に合わせて箱型の二重管構造とされた各バーナノズル140,150の外側の流路を通って火炉23に送出される。一方、濃石炭混合気19及び淡石炭混合気20は、各バーナノズル140,150の内側の流路を通って火炉23に送出される。濃バーナノズル140、及び淡バーナノズル150の基本構造は上述したようにほぼ同様であるので、以下に淡バーナノズル150を含むこととして濃バーナノズル140を用いてその構造を詳しく説明する。
【0008】
図5は、濃バーナノズル140の構成を説明する断面図である。
図に示されるように、濃バーナノズル140は、バーナ風箱13の火炉23側に位置しており、且つ、バーナ風箱13を区切る仕切板24に上下方向にて挟まれた状態で揺動可能に設置されている。
【0009】
濃バーナノズル140の揺動軸143は、配管14aの側壁に差し込まれることによって濃バーナノズル140の本体を揺動可能に支持している。そして、濃バーナノズル140が、この揺動軸143を中心に揺動することによって、該濃バーナノズル140に流入した濃石炭混合気19、及び二次空気22aを火炉23の上下方向に向けて送出することが可能とされている。
【0010】
濃バーナノズル140は、配管14aに繋がる内筒壁142と、この外側に位置する外筒壁141とを主に備えて構成されている。これら外筒壁141と内筒壁142とは後端部から火炉23側の先端部に向かうに従い窄まった形状とされ、この先端部には、内筒壁142によって囲まれて形成された濃石炭混合気噴出口140a(一次側噴出口)と、外筒壁141及び内筒壁142の間に形成された二次空気噴出口140b(二次側噴出口)とが備えられている。また、後端部は上述の各噴出口140a,140bが連通する導入口が備わり、濃石炭コンパートメント14の開口形状に合わせて各噴出口140a,140bの開口面積よりも拡大されている。
【0011】
さらに、内筒壁142と配管14aとの繋ぎ目の部分には、上述した揺動軸143を軸として揺動するシールプレート144が備えられている。このシールプレート144には、上面及び下面に揺動軸を中心とした曲面を有しており、このシールプレート144が配される配管14aの端部外周面14bが同様な曲面を有していることで、濃バーナノズル140の揺動に追従して繋ぎ目部分に生じる隙間を一定に保つことが可能である。また、このシールプレート144の後端部には、折り曲げによるフランジ部144aが形成され、揺動する際の濃バーナノズル140との位置決めがなされている。
なお、符号146は、濃石炭混合気19の流れを整流する整流板を示している。
【0012】
さて、このような構成を用いて微粉燃料による燃焼を実施する従来技術として、仕切板によってバーナ風箱を複数に分割することで上述したような各コンパートメントを形成する構造が既に開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0013】
また、バーナノズルを揺動させた際におけるバーナノズル内での流速の低下を回避すべく、バーナノズル後端側の流路中に凸状の突起部を形成して流路形態の変化を抑える技術が先行技術として開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0014】
また、バーナノズルを揺動させた際に、コンパートメント内を流通する二次空気が火炉内に直接漏れ出ないように、バーナノズルの後端部を、揺動軸を中心とした曲面(一般に「スクープ形状」とも言われる。)に形成する構成が既に開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
【0015】
【特許文献1】
特開平7−158818号公報(第16−18段落、第4図)
【特許文献2】
特開平9−133322号公報(第11−14段落、第1図)
【特許文献3】
特開平7−318049号公報(第19−21段落、第1図)
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
さて、このような微粉燃料燃焼バーナを備えたボイラ等の微粉燃料燃焼システムにおいて、仕切板によって区切られたバーナ風箱に備わる各コンパートメントにおける空間部分の高さ寸法は、燃焼時に生じる窒素酸化物(NOx)や、微粉燃料燃焼バーナが発生する熱負荷等の要求性能により決定される。
【0017】
そして、上記の要求に応じて各コンパートメントの高さ寸法を決定すると、この高さ寸法が拡大し、これに合わせて火炉側の開口部に位置するバーナノズルの形状を決定しようとすると、予め規定された各噴出口を有する先端部に対して後端部をコンパートメントの大きさに合わせて広げる必要がある。つまり、バーナノズルの後端部から先端部に向けて大きく窄めた形状とする必要がある。
【0018】
この場合、コンパートメント内に流入した二次空気は、バーナノズルの構造部材として設置される内筒壁よりも外側の流路を通ることになるが、バーナノズルに流入する段階ではコンパートメント内における流速とほぼ同じであり、最終的に送出される速度よりも遥かに遅い。したがって、二次空気は、窄まった形状のバーナノズル内を流通することでのみ流速が高められることになる。
【0019】
このことは、二次空気の流速が遅いことに起因するバーナノズル後端部における圧力の低下を招き、条件によっては、この付近における一次流体である微粉燃料の混合気の圧力と同等あるいはこれより低くなる場合がある。
このような状態では、バーナノズルと一次流体の配管との繋ぎ目部分の隙間から図5の矢印Lに示すように、一次流体である濃石炭混合気19が二次空気22aの流通側に漏れ出てしまう可能性があり、濃石炭混合気19の圧力に対して二次空気22aの圧力が大幅に低下すると、燃料となる混合気の漏れ量は多大となり、燃焼に対して多大な影響を与えかねない。また、風箱内部での石炭の燃焼によるバーナや風箱の焼損を引き起こすこととなり、バーナの運転に支障を来たすことにもなりかねない。
【0020】
また、同じ図5に示すように、濃バーナノズル140の高さ寸法が増大すると、この窄まり形状がさらに助長されることになるが、このような形状の濃バーナノズル140が揺動すると、揺動を可能とするスペースを確保する必要もあるために、この後端部が仕切板24から大きく離れてしまう。したがって、濃石炭コンパートメント14の開口部に多大な隙間が生じ、二次空気22aがバーナノズル140を介さず火炉に直接漏れ出てしまうことが多々あった。これにより濃バーナノズル140と一次空気流体の配管の隙間部付近の二次空気側圧力がさらに著しく低下することとなり、結果的に一次側と二次側の差圧の逆転を招き濃石炭混合気19の漏れが生じてしまうこととなる。
なお、濃石炭コンパートメント14について説明したが、淡石炭コンパートメント15についても同様である。
【0021】
ここで、バーナノズルの隙間部からの濃石炭混合気19の漏れる条件について説明する。
濃石炭混合気19が漏れる条件は、一次流体である濃石炭混合気19側の圧力が二次空気22a側よりも高いことにより成立するが、一次流体側圧力を一定として考えた場合、この二つの圧力が逆転する二次空気圧力、すなわち二次空気風量が存在する。二次空気22aの風量は風箱入口のダンパにより必要量に応じて調節され、このダンパを絞るにつれて二次空気22aの風量は減少する。前述の構造の石炭バーナにおいてはどのようなバーナにおいても二次空気22aの風量を絞っていけば両圧力が逆転するポイント(限界)の風量は存在するが、前述のようにコンパートメント高さやノズル形状が不適切な場合、この限界風量が高くなり漏れを防止するには本来燃焼に必要な二次空気風量以上の二次空気を必要とする、若しくは条件によってはダンパを全開にしても漏れを防止できないこととなり、漏れを発生しやすいバーナとなる。言い換えれば燃焼に必要な二次空気風量に設定しようとすると、漏れを発生する場合があることとなる。
また、濃バーナノズル140が揺動することによっても濃石炭混合気19が漏れる条件は変わる。配管14aの端部外周面14bが曲面形状をしているため、これにより二次空気22aの流れは濃バーナノズル140の入口付近でよどみ域を形成している。この時、たとえばノズルが上向きになると、濃バーナノズル140の隙間部は炉内側方向に移動し、二次空気22aの圧力を受けにくいよどみ域の部分に入ることとなり、限界風量も高くなる。
【0022】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、揺動可能とされたバーナノズルと一次流体の供給路との繋ぎ目におけるシール性を高めて一次流体の漏れを防止するとともに、バーナノズルの外側から直接火炉に漏れ出る二次流体の漏れ量を削減且つ安定させて、燃焼の安定化を得て燃焼効率の向上を実現する微粉燃料燃焼バーナ及びこれを備えた微粉燃料燃焼システムを提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項1に記載の発明は、バーナ風箱を仕切板によって区切った複数のコンパートメント内に、固体燃料を微粉砕したものと空気その他の気体とを混合した一次流体を火炉内に噴出する一次側噴出口、及び、前記コンパートメント内に供給された燃焼を補助する二次流体を一次流体の周囲に噴出する二次側噴出口を有する揺動可能とされたバーナノズルを備えた微粉燃料燃焼バーナにおいて、前記二次流体の流通方向に直交する前記コンパートメントの各断面における開口面積は、下流側に向かうに従い漸次縮小し、前記バーナノズル内を流通する前記一次流体と前記二次流体との隔壁をなす内筒壁には、該バーナノズルの後端部に位置して二次流体の流通側に突出して形成された鍔が設けられていることを特徴とする。
【0024】
このような構成によれば、コンパートメント内を流れる二次流体は、バーナノズルに向かうに従い流速が高められることになり、バーナノズルに流入する段階での二次流体の流速増大に伴ってバーナノズルの後端部における二次流体の圧力が高められる。また、バーナノズルの窄まり形状が低減される。
なお、コンパートメントの各断面における開口面積が下流側に向かうに従い漸次縮小する形状については、必ずしも二次流体の流通方向の全域に渡ってなされる必要はなく、部分的になされる構造であってもよい。
【0025】
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記仕切板に、前記二次流体の流通方向に直交する前記コンパートメントの各断面における開口面積を漸次縮小する流路縮小部が備えられてなることを特徴とする。
【0026】
このような構成によれば、仕切板は、二次流体の流通方向の下流側に向かうに従い肉厚が増し、この肉厚が増した部分が流路縮小部として機能することになる。そして、この流路縮小部によって、二次流体が流通するコンパートメント内の流路面積がバーナノズルに向かうに従い漸次縮小されることになる。これにより、二次流体は、流路縮小部に誘導される過程で流速、さらには圧力が高められることになり、圧力が高められた状態でバーナノズルに流入することになる。また、バーナノズルの窄まり形状が上記請求項と同様に低減されることになる。
【0027】
請求項3に記載の発明は、請求項2記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記流路縮小部の少なくとも一部が耐火材によって形成されてなることを特徴とする。
【0028】
このような構成によれば、バーナノズルが位置するバーナ風箱の火炉側がほぼ耐火材で形成されることになり、熱負荷に対するバーナ風箱の損傷が回避される。なお、耐火材は、流路縮小部を形成する枠組みに充填されることであってもよいし、予め成形された同材料からなる部材を仕切板に設置することであってもよい。
【0029】
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、
前記バーナノズルの後端部外周面の一部は、該バーナノズルの揺動軸を軸とする円筒面の一部として形成されてなることを特徴とする。
【0030】
このような構成によれば、仕切板に面するバーナノズルの後端部の外周面と、これが相対する仕切板との隙間がバーナノズルの揺動に関わらず一定に保たれる。そして、この隙間を最小限に抑えることによれば、バーナノズルが如何なる位置に揺動しても、コンパートメント内を流通する二次流体がバーナノズルを介さず直接火炉に漏れ出ることはなくなり、ほぼ全量がバーナノズル内に流入することになる。
【0031】
上記の微粉燃料燃焼バーナにおいて、前記バーナノズル内を流通する前記一次流体と前記二次流体との隔壁をなす内筒壁に、該バーナノズルの後端部に位置して二次流体の流通側に突出して形成された鍔が設けられていることを特徴とする。
【0032】
このような構成によれば、内筒壁の外側を流通する二次流体の一部が、内筒壁の後端部に位置して二次流体の流通側に突出した鍔に衝突することになり、この鍔よりも上流側の領域にて圧力が高まる。すなわち、バーナノズルと一次流体の供給路との繋ぎ目の部分に鍔が設けられることで、鍔付近の圧力を効率的に高く保つことができ、二次流体流量がより少ない場合にも二次流体側圧力と一次流体側圧力の逆転が生じない、すなわち一次流体が内筒壁の外側である二次流体の流通側に漏れ出ることがない。
【0033】
請求項に記載の発明に係る微粉燃料燃焼システムは、加熱対象物の近傍に設置された火炉と、該火炉に向けられて微粉化された燃料を噴出し燃焼させる請求項1から請求項のいずれか1項に記載の微粉燃料燃焼バーナと、該微粉燃料燃焼バーナに微粉燃料を含む一次流体を送給する微粉燃料供給回路と、該微粉燃料燃焼バーナに二次流体を送給する二次流体供給回路とを備えてなることを特徴とする。
【0034】
このような構成によれば、微粉燃料燃焼バーナによる安定した燃焼が火炉に対してなされることになり、加熱対象物は効率的に加熱されて例えば動力等に変換されることになる。
【0035】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態における微粉燃料燃焼バーナの部分構成を説明する部分断面図である。図2は、図1の符号Aの部分を拡大して示した微粉燃料燃焼バーナの要部断面図である。また、図3は、図1のB−B断面における微粉燃料燃焼バーナの平断面図である。
【0036】
なお、以下に説明する構成は、従来技術にて説明した濃石炭コンパートメント14の構成に基づくものとし、淡石炭コンパートメント15を含んで一部その説明を省略するものとする。なお、図3に示される符号40はバーナノズル30を揺動させる揺動装置である。
また、本実施形態の微粉燃料燃焼バーナが、微粉炭を生成し空気と混合する微粉燃料供給回路や、ダクトを用いた二次空気の供給回路を含めた微粉燃料燃焼システムに備えられることで、本発明に係る微粉燃料燃焼システムが実現されるものである。
【0037】
符号50に示される仕切板は複数の部材から構成されており、熱負荷の要求性能等に合わせて従来と同様な高さ方向における所定の位置に配置された仕切板主材51と、この仕切板主材51上に設置されて流路縮小部50aの一部を形成する第1仕切板補材52、及び第2仕切板補材53とからなる。
【0038】
第1仕切板補材52と第2仕切板補材53とは、コンパートメント14の長手方向(紙面にて左右方向)にて連設されており、二次空気22aの流通における上流側に、傾斜面52aを有する第1仕切板補材52が配され、該第1仕切板補材52の下流側に、火炉23側まで達する第2仕切板補材53が配されている。火炉23側に位置する第2仕切板補材53は、この材質がアルミナ等の耐火材とされており、火炉23に面するバーナ風箱13の壁面をほぼ耐火材としてバーナ風箱13の耐久性を向上させている。
【0039】
これら第1、第2仕切板補材52,53は、コンパートメント14の内部空間に向かって迫り出すことで流路縮小部50aを形成しており、コンパートメント14内を流通する二次空気22aの流速を高める役目を担っている。
すなわち、第1仕切板補材52の傾斜面52aによって仕切板50の肉厚が次第に増すことに反して、二次空気22aの流路面積が上流側から下流側に向かって符号S1,S2に示すように漸次縮小することになり、流路面積が漸次縮小することによれば、二次空気22aの流速が高められることになり、さらに、バーナノズル30に流入する際の圧力も高められることになる。
【0040】
なお、本実施形態においては、仕切板50の肉厚が変化する領域が、図に示すようにコンパートメント14の長手方向における一部分のみについて実施されており、バーナノズル30の水平位置における上端又は下端に流路縮小部50aの迫り出し高さが達した段階で水平となっている。
勿論、流路縮小部50aの形状はこれに限定されるものではなく、流路面積が漸次縮小するような構成であれば如何なる形状であってもよい。
【0041】
次に、バーナノズル30の構成について説明する。
図に示されるように、このバーナノズル30は、バーナ風箱13の火炉23側に位置しており、且つ、バーナ風箱13を区切る流路縮小部50aを有する仕切板50によって上下方向にて挟まれた形態で揺動可能に設置されている。このため、従来技術にて説明した各バーナノズルの形状と若干異なり、その異なる点としては、先端部の形状が同等であることに対して、後端部がコンパートメント14の火炉23側の開口面積が縮小されることによって小さくなるので、後端部から先端部に向かって窄まった形状が低減されている。
【0042】
バーナノズル30の揺動軸33は、一次流体である混合気供給用の配管14aの側壁に差し込まれることでバーナノズル30を揺動可能に支持している。そして、バーナノズル30が、この揺動軸33を中心に揺動することによって、バーナノズル30に流入した微粉炭と空気の混合気19(一次流体)、及び二次空気22a(二次流体)を火炉23の上下方向に向けて噴出することが可能とされている。
【0043】
また、このバーナノズル30は、従来技術にて説明したように箱形の二重管構造とされており、この構造は外観形状を形成する外筒壁31と、この内側に配された内筒壁32とによって主たる構成が形成されている。
【0044】
内筒壁32は、この後端部で混合気供給用の配管14aの端部に繋がれており、外筒壁31は、この後端部で開口面積が縮小されたコンパートメント14の開口部に面している。したがって、内筒壁32に囲まれた空間には一次流体である混合気19が流通することになり、該混合気19は、火炉23側に設けられた一次側噴出口30aから火炉23に噴出されることになる。また、内筒壁32と外筒壁31との間に形成される空間にはコンパートメント14内を流通する二次流体をなす二次空気22aが流通することになり、該補助流体22aは、火炉23側に設けられた二次側噴出口30bから上述の混合気19の周囲を覆うように噴出される。
【0045】
さらに、内筒壁32の後端部には、二次空気22aの流通側に突出して設けられた鍔32aが備えられる。この鍔32aは、内筒壁32の上面、及び下面側に備えられるとともに、図3に示すように側面にも備えられ、全体として内筒壁32の後端部の全周に形成されている。
【0046】
図2に示すように、この鍔32aの高さh1は、二次空気22aが流通する流路の高さh2の約35%程度に設定されており、ここを流通する補助流体22aの一部を堰き止めて圧力を高める役目を担っている。すなわち、流速が高められた二次空気22aは、バーナノズル30に流入した段階で、この一部が鍔32aに衝突することになり、鍔32aの上流側で二次空気22aの渦が生じて圧力が上昇する。
【0047】
このことは、シールプレート144とバーナノズル30との隙間から漏れ出ようとする混合気19が流出しない作用を導く。なぜなら、上述の隙間付近の圧力状態が鍔32aの設置によって高まり、二次空気22aの流量がより少ない場合においても二次空気22a側圧力と混合気19側圧力の逆転が生じず、混合気19が二次空気22a側に漏れ出ることがない。
【0048】
なお、鍔32aの高さh1が、この付近の流路高さh2の約35%程度に設定されることによって、バーナノズル30に流入する補助流体22aの流れは阻害されることはなく、混合気19の漏れを回避する必要最小限の圧力上昇を導く。
しかしながら、ここで説明した鍔32aの高さh1は、必ずしも流路高さh2の約35%程度に設定される必要はなく、鍔32a付近の流路開口面積を二次側噴出口30bの開口面積よりも大きくとりつつ、混合気19と二次空気22aとの圧力差が流路縮小部50a等の作用により予め規定以上ある場合であれば、5%程度に設定することとしてもよい。
【0049】
一方、外筒壁31の後端部における外周面の一部をなす上面及び下面には、揺動軸33を軸とする円筒面の一部をなすスクープ31aが形成されている。この曲面とされたスクープ31aの外側の半径は、揺動軸から流路縮小部50aの平面に降ろした垂線の長さとほぼ同等であり、正確にはバーナノズル30の揺動における仕切板50との干渉を回避するために数ミリ程度であるがスクープ31aの半径の方が上記垂線の長さよりも小さく設定されている。
【0050】
これにより、仕切板50の一部をなす流路縮小部50aに面するバーナノズル30の後端部の外周面と、上記流路縮小部50aの平面との隙間がバーナノズル30の揺動に関わらず一定に保たれ、この隙間が最小限に設定されているので、バーナノズル30が如何なる位置に揺動しても、コンパートメント14内を流通する二次空気22aが直接火炉23に漏れ出ることはごく僅かである。
この結果、コンパートメント14内を流れる二次空気22aのほぼ全量がバーナノズル30内に流入し、二次側噴出口30bから火炉23に吹き出されて燃焼に供されることになる。また、これによりバーナノズルの揺動時にバーナノズルと一次空気流体の配管の隙間部付近の二次空気側圧力が低下することはなくなり、一次側と二次側の差圧の逆転を防止できる。
【0051】
以上説明した本実施形態における微粉燃料燃焼バーナ及びこれを備えるボイラ等の微粉燃料燃焼システムによれば、以下の効果を奏することができる。
コンパートメント14内に流路縮小部50aが備えられることにより、バーナノズル30に流入する二次空気22aの流速を高めて、より少ない二次空気22aの流量で圧力状態を混合気19の圧力よりも高めることができるので、この差圧を用いてバーナノズル30の後端部におけるシール性を高めて混合気19の漏れを防止することができ、燃焼に関して最適な二次空気22aの流量に設定できる。
【0052】
さらに、バーナノズル30の窄まり形状を低減することができ、揺動によってコンパートメント14の開口部に隙間が生じることが抑えられることなり、二次空気22aの漏れを低減させて燃焼の安定化を図ることができる。また、流路縮小部50aに耐火材を用いることによって、バーナ風箱13の焼損等を回避できる耐久性の高い微粉燃料燃焼バーナを実現することができる。
【0053】
また、バーナノズル30の内筒壁32の後端部に鍔32aを備えることで、バーナノズルの後端部における圧力状態をより確実に高めることができ、二次空気22aの流量が少ない場合であっても確実に差圧を導いて混合気19の漏れを防止することができる。
また、バーナノズル30の後端部外周面の一部にスクープ31aを形成することにより、如何なる揺動角度においても、コンパートメント14内を流れる二次空気22aをバーナノズル30内に定量で流入させることができる。このことは、バーナノズル30の窄まり形状の低減とともに二次空気22aの漏れの低減を確実なものとする。
【0054】
そして、これら各効果によって、バーナノズル30が揺動することに左右されることなく、一次流体である微粉炭の混合気19を安定且つ規定量で火炉23に噴出することができ、また、二次流体である二次空気22aを安定且つ規定量で混合気19の周囲に噴出することができる。したがって、微粉燃料燃焼バーナによる微粉燃料の燃焼を、安定且つ高効率に行うことが可能となる。
そして、このような微粉燃料燃焼バーナを備えた微粉燃料燃焼システムによれば、安定した燃焼が行われることによる効率の良い加熱が可能となり、高効率な運用を実施することが可能となる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明した本発明の微粉燃料燃焼バーナ及びこれを備えた微粉燃料燃焼システムにおいては以下の効果を奏する。
請求項1記載の発明によれば、バーナノズルの周囲を流れる二次流体の圧力状態が高められることによってシール性が向上し、バーナノズルが揺動した条件を含め、二次流体の流量が少ない場合においても一次流体がコンパートメント内の二次流体側に漏れ出ることがない。これにより、バーナノズルが揺動することに左右されることなく、一次流体を安定且つ規定量で火炉に噴出することができ、また、二次流体を安定な状態で一次流体の周囲に噴出することができる。したがって、微粉燃料燃焼バーナによる微粉燃料の燃焼を、安定且つ高効率に行うことが可能となる。また、コンパートメントの大きさに左右されることなく、必要能力に適した形状を有するバーナノズルを設定することが可能となり、窄まり形状を低減して揺動におけるバーナノズル外側からの二次流体の漏れを低減することができる。
【0056】
請求項2記載の発明によれば、二次流体の流通方向に直交するコンパートメントの各断面における開口面積を、仕切板の一部をなす流路縮小部によって漸次縮小することができ、請求項1と同様な効果を的確に得ることができる。また、流路縮小部によって隣り合うバーナノズル同士の間隔を適宜規定することもでき、設計の自由度を高めることができる。また、バーナノズルの窄まり形状を低減して揺動の際におけるバーナノズル外側からの二次流体の漏れを低減することができる。
【0057】
請求項3記載の発明によれば、耐火材を用いて火炉側に位置する流路縮小部を形成することになるので、バーナ風箱の耐火性が向上し、バーナ風箱の焼損等を回避して微粉燃料燃焼バーナの耐久性を向上させることができる。
【0058】
請求項4記載の発明によれば、バーナノズルの後端部の外周面がバーナノズルの揺動軸を軸とする円筒面の一部として形成されているので、コンパートメントを流通する二次流体は、バーナノズルの揺動範囲全てで該バーナノズルにほぼ全量が流入する。これによって、一次側噴射口から噴出される一次流体に対して常に規定量の二次流体を供給することができ、且つ、バーナノズルの揺動時にバーナノズルと一次空気流体の配管の隙間部付近の二次空気側圧力が低下することはなくなり、一次側と二次側の差圧の逆転、すなわち一次空気流体の二次空気側への漏れを防止できる。この結果、微粉燃料燃焼バーナによる微粉燃料の燃焼を、バーナノズルの位置に左右されることなく安定且つ高効率に行うことが可能となる。
【0059】
請求項5記載の発明によれば、二次流体の流量が低下しても、一次流体と二次流体との差圧を十分に確保できるので、少ない流量で微粉燃料燃焼バーナを運用することができ、バーナノズル内に流入する一次流体がバーナノズルの後端部にて二次流体側に漏れ出ることがなくなり、不意な燃焼を起こすことなく一次流体を安定且つ規定量で一次側噴出口から噴出することができる。また、二次流体を一次流体の侵入に左右されることなく安定な状態で二次側噴出口から噴出することができる。
【0060】
請求項6記載の発明によれば、微粉燃料燃焼バーナによる安定した燃焼により効率の良い加熱が可能となるため、高効率な運用を可能とする微粉燃料燃焼システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態における微粉燃料燃焼バーナの部分構成を説明する部分断面図である。
【図2】 図1の符号Aの部分を拡大して示した微粉燃料燃焼バーナの要部断面図である。
【図3】 図1のB−B断面における微粉燃料燃焼バーナの平断面図である。
【図4】 従来の微粉燃料燃焼バーナの構成を説明するバーナ風箱の断面図である。
【図5】 従来の微粉燃料燃焼バーナの部分構成を説明する部分断面図である。
【符号の説明】
14 コンパートメント
14a 混合気供給用の配管(一次流体の供給路)
19 混合気(一次流体)
22a 二次空気(二次流体)
30 バーナノズル
30a 一次側噴出口
30b 二次側噴出口
31 外筒壁
31a スクープ
32 内筒壁
32a 鍔
33 揺動軸
50 仕切板
50a 流路縮小部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulverized fuel combustion burner which uses a solid fuel such as coal, which is used for generating steam or the like in power generation or factory for example, as a fuel and a pulverized fuel combustion system including the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when burning solid fuel such as coal with a low volatile content or a high fuel ratio (fixed carbon content / volatile content), combustion is facilitated considering that volatile content is low and it is very difficult to burn. For this reason, a method is used in which solid fuel is pulverized and conveyed by air, and burned while the weight ratio between the amount of pulverized coal and the amount of air is kept low.
[0003]
An example of a pulverized fuel combustion burner that performs such combustion will be described with reference to FIGS.
The pulverized fuel combustion burner includes a burner wind box 13 connected to a duct through which combustion air circulates on the side opposite to the side facing the furnace 23, and the burner wind box 13 is divided into a plurality of partitions 24. Compartments 14, 15, 16 and so on. Each of the plurality of compartments will be described in more detail. A pipe 14a for supplying a concentrated coal mixture 19 obtained by pulverizing primary air and coal is inserted into one of the compartments. A deep burner nozzle 140 is swingably provided at the tip of 14a. Here, such a compartment is referred to as a dense coal compartment 14.
[0004]
A pipe 15a for supplying a fresh coal mixture 20 obtained by pulverizing primary air and coal is inserted into a compartment adjacent to the concentrated coal compartment 14 described above. A light burner nozzle 150 is swingably provided. Here, such a compartment is referred to as a light coal compartment 15.
[0005]
Next to these concentrated coal compartment 14 and light coal compartment 15, there are an auxiliary air compartment for sending auxiliary air for combustion toward the furnace 23, an oil compartment for sending oil toward the furnace 23, and the like. Yes, it is omitted in FIG. 4 and shown as a compartment 16 and its nozzle 160.
[0006]
One set of the combination of the dense coal compartment 14 and the light coal compartment 15 is defined as one stage of the pulverized fuel combustion burner, and a plurality of stages are installed in the burner wind box 13 according to required performance and the like. Moreover, the burner wind box 13 installed facing the furnace 23 is installed in all directions if the furnace 23 is rectangular, for example. In this case, a pulverized fuel supply circuit is constructed so that each stage of each burner wind box 13 is supplied with pulverized coal from a common pulverized coal machine (or coal pulverizer).
[0007]
Now, on the outside of the pulverized coal supply pipes 14a, 15a mounted in the state of being inserted into the dense coal compartment 14 and the light coal compartment 15, respectively, two ducts connected to the burner wind box 13 are connected. Secondary air 22a, 22b (secondary fluid) is circulating. And this secondary air 22a, 22b is sent to the furnace 23 through the flow path outside each burner nozzle 140,150 made into the box-type double tube structure according to the cross-sectional shape of each coal compartment 14,15. Is done. On the other hand, the rich coal mixture 19 and the light coal mixture 20 are sent to the furnace 23 through the flow passages inside the burner nozzles 140 and 150. Since the basic structure of the dark burner nozzle 140 and the light burner nozzle 150 is substantially the same as described above, the structure will be described in detail below using the dark burner nozzle 140 as including the light burner nozzle 150.
[0008]
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the dark burner nozzle 140.
As shown in the figure, the deep burner nozzle 140 is located on the furnace 23 side of the burner wind box 13 and can swing while being sandwiched in a vertical direction by a partition plate 24 that divides the burner wind box 13. Is installed.
[0009]
The rocking shaft 143 of the dark burner nozzle 140 supports the main body of the dark burner nozzle 140 so as to be rocked by being inserted into the side wall of the pipe 14a. Then, the rich burner nozzle 140 swings about the swing shaft 143, thereby sending the concentrated coal mixture 19 and the secondary air 22a flowing into the rich burner nozzle 140 in the vertical direction of the furnace 23. It is possible.
[0010]
The dark burner nozzle 140 mainly includes an inner cylinder wall 142 connected to the pipe 14a and an outer cylinder wall 141 located outside the inner cylinder wall 142. The outer cylindrical wall 141 and the inner cylindrical wall 142 have a shape that narrows from the rear end toward the front end on the furnace 23 side, and the front end is surrounded by the inner cylindrical wall 142. A coal mixture jet outlet 140a (primary side jet outlet) and a secondary air jet outlet 140b (secondary side jet outlet) formed between the outer cylinder wall 141 and the inner cylinder wall 142 are provided. In addition, the rear end portion is provided with an introduction port through which each of the above-described jet outlets 140a and 140b communicates, and is expanded more than the opening area of each of the jet outlets 140a and 140b in accordance with the opening shape of the dense coal compartment 14.
[0011]
Further, a seal plate 144 that swings around the swing shaft 143 described above is provided at a joint portion between the inner cylindrical wall 142 and the pipe 14a. The seal plate 144 has curved surfaces centering on the swing axis on the upper surface and the lower surface, and the outer peripheral surface 14b of the pipe 14a on which the seal plate 144 is arranged has a similar curved surface. Thus, it is possible to keep constant the gap generated in the joint portion following the swing of the dark burner nozzle 140. Further, a flange portion 144a is formed at the rear end portion of the seal plate 144 to be positioned with the dark burner nozzle 140 when swinging.
Reference numeral 146 indicates a current plate that rectifies the flow of the rich coal mixture 19.
[0012]
As a conventional technique for carrying out combustion with pulverized fuel using such a configuration, a structure for forming each compartment as described above by dividing a burner wind box into a plurality of parts by a partition plate has already been disclosed ( For example, see Patent Document 1.)
[0013]
In addition, in order to avoid a decrease in the flow rate in the burner nozzle when the burner nozzle is swung, a technology that suppresses the change in the flow path form by forming a convex protrusion in the flow path on the rear end side of the burner nozzle is preceded. It is disclosed as a technique (for example, see Patent Document 2).
[0014]
In addition, when the burner nozzle is swung, the rear end of the burner nozzle has a curved surface (generally a “scoop shape” so that the secondary air flowing through the compartment does not leak directly into the furnace. The structure formed is also disclosed (for example, refer to Patent Document 3).
[0015]
[Patent Document 1]
JP-A-7-158818 (paragraphs 16-18, FIG. 4)
[Patent Document 2]
JP-A-9-133322 (paragraphs 11-14, FIG. 1)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-318049 (paragraphs 19-21, FIG. 1)
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
In the pulverized fuel combustion system such as a boiler equipped with such a pulverized fuel combustion burner, the height dimension of the space portion in each compartment provided in the burner wind box partitioned by the partition plate is the nitrogen oxide ( NOx) and required performance such as heat load generated by the pulverized fuel combustion burner.
[0017]
Then, if the height dimension of each compartment is determined in accordance with the above requirements, this height dimension is expanded, and if it is attempted to determine the shape of the burner nozzle located at the opening on the furnace side in accordance with this, it is prescribed in advance. Further, it is necessary to widen the rear end portion in accordance with the size of the compartment with respect to the front end portion having each jet port. That is, it is necessary to make the shape greatly narrowed from the rear end portion to the front end portion of the burner nozzle.
[0018]
In this case, the secondary air that has flowed into the compartment passes through the flow path outside the inner cylinder wall that is installed as the structural member of the burner nozzle, but at the stage of flowing into the burner nozzle, it is almost the same as the flow velocity in the compartment. And much slower than the final rate. Accordingly, the flow rate of the secondary air is increased only by flowing through the burner nozzle having a narrow shape.
[0019]
This leads to a decrease in pressure at the rear end of the burner nozzle due to the slow flow rate of the secondary air, and depending on the conditions, it is equal to or lower than the pressure of the mixture of pulverized fuel that is the primary fluid in the vicinity. There is a case.
In such a state, as shown by an arrow L in FIG. 5, the concentrated coal mixture 19 as the primary fluid leaks out to the distribution side of the secondary air 22a from the gap at the joint portion between the burner nozzle and the primary fluid pipe. If the pressure of the secondary air 22a is significantly reduced with respect to the pressure of the rich coal mixture 19, the amount of leakage of the mixture as a fuel becomes great, which has a great influence on the combustion. It might be. In addition, burning of the burner and the wind box due to the combustion of coal inside the wind box may be caused, which may impede the operation of the burner.
[0020]
Further, as shown in FIG. 5, when the height dimension of the dark burner nozzle 140 is increased, this constricted shape is further promoted. Since it is necessary to secure a space that enables the rear end portion, the rear end portion is greatly separated from the partition plate 24. Therefore, a large gap is generated in the opening of the dense coal compartment 14, and the secondary air 22a often leaks directly into the furnace without passing through the burner nozzle 140. As a result, the secondary air side pressure in the vicinity of the gap between the rich burner nozzle 140 and the primary air fluid pipe is further remarkably reduced. As a result, the pressure difference between the primary side and the secondary side is reversed, and the rich coal mixture 19 Leakage will occur.
In addition, although the rich coal compartment 14 was demonstrated, it is the same also about the light coal compartment 15. FIG.
[0021]
Here, the conditions under which the rich coal mixture 19 leaks from the gap portion of the burner nozzle will be described.
The condition that the rich coal mixture 19 leaks is established when the pressure on the concentrated coal mixture 19 side, which is the primary fluid, is higher than that on the secondary air 22a side. There is a secondary air pressure at which the two pressures are reversed, that is, a secondary air flow rate. The air volume of the secondary air 22a is adjusted according to the required volume by a damper at the wind box inlet, and the air volume of the secondary air 22a decreases as this damper is throttled. In any coal burner with the above-mentioned structure, there is a point (limit) air volume at which both pressures are reversed if the air volume of the secondary air 22a is reduced in any burner, but as described above, the compartment height and nozzle shape If the air pressure is inappropriate, this limit airflow will be high and to prevent leakage, secondary air more than the primary airflow required for combustion is required, or depending on the conditions, leakage will be prevented even if the damper is fully opened. As a result, the burner is prone to leakage. In other words, if an attempt is made to set the secondary air flow rate necessary for combustion, leakage may occur.
Further, the condition that the rich coal mixture 19 leaks also changes when the rich burner nozzle 140 swings. Since the outer peripheral surface 14b of the end portion of the pipe 14a has a curved shape, the flow of the secondary air 22a forms a stagnation region near the inlet of the concentrated burner nozzle 140. At this time, for example, when the nozzle is directed upward, the gap portion of the rich burner nozzle 140 moves toward the inside of the furnace, and enters the stagnation region where it is difficult to receive the pressure of the secondary air 22a, and the critical air volume also increases.
[0022]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and enhances the sealing performance at the joint between the burner nozzle that can be swung and the supply path of the primary fluid to prevent leakage of the primary fluid, and the outside of the burner nozzle. To provide a pulverized fuel combustion burner and a pulverized fuel combustion system including the same, which reduce and stabilize the amount of secondary fluid leaking directly from the furnace to the furnace to achieve stable combustion and improve combustion efficiency With the goal.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
In the first aspect of the present invention, a primary fluid in which a primary fluid obtained by mixing finely pulverized solid fuel with air or other gas is injected into a furnace in a plurality of compartments in which a burner wind box is partitioned by a partition plate. In a pulverized fuel combustion burner comprising a jet nozzle and a swingable burner nozzle having a secondary jet nozzle that jets a secondary fluid that assists combustion supplied into the compartment around the primary fluid, The opening area in each cross section of the compartment orthogonal to the flow direction of the secondary fluid is gradually reduced toward the downstream side. The inner cylinder wall forming the partition wall between the primary fluid and the secondary fluid that circulates in the burner nozzle has a ridge formed at the rear end portion of the burner nozzle and protruding toward the secondary fluid flow side. Is provided It is characterized by that.
[0024]
According to such a configuration, the flow rate of the secondary fluid flowing in the compartment increases as it goes to the burner nozzle, and the rear end portion of the burner nozzle increases as the flow rate of the secondary fluid increases at the stage of flowing into the burner nozzle. The pressure of the secondary fluid at is increased. Further, the constricted shape of the burner nozzle is reduced.
Note that the shape in which the opening area in each cross section of the compartment gradually decreases as it goes downstream is not necessarily formed over the entire area in the flow direction of the secondary fluid, and may be a partially formed structure. Good.
[0025]
The invention according to claim 2 is the pulverized fuel combustion burner according to claim 1,
The partition plate is provided with a flow path reducing portion that gradually reduces the opening area in each cross section of the compartment orthogonal to the flow direction of the secondary fluid.
[0026]
According to such a configuration, the partition plate increases in thickness as it goes downstream in the flow direction of the secondary fluid, and the increased thickness portion functions as a flow path reduction portion. Then, the flow path area in the compartment through which the secondary fluid flows is gradually reduced by the flow path reducing portion as it goes to the burner nozzle. As a result, the flow rate and further the pressure of the secondary fluid are increased in the process of being guided to the flow path reduction portion, and the secondary fluid flows into the burner nozzle in a state where the pressure is increased. Further, the constricted shape of the burner nozzle is reduced in the same manner as in the above claims.
[0027]
The invention according to claim 3 is the pulverized fuel combustion burner according to claim 2,
At least a part of the flow path reduction portion is formed of a refractory material.
[0028]
According to such a configuration, the furnace side of the burner wind box in which the burner nozzle is located is substantially formed of the refractory material, and damage to the burner wind box due to heat load is avoided. Note that the refractory material may be filled in a frame that forms the flow path reduction portion, or a member made of the same material that is molded in advance may be installed on the partition plate.
[0029]
The invention according to claim 4 is the pulverized fuel combustion burner according to any one of claims 1 to 3,
A part of the outer peripheral surface of the rear end portion of the burner nozzle is formed as a part of a cylindrical surface with the swing axis of the burner nozzle as an axis.
[0030]
According to such a configuration, the gap between the outer peripheral surface of the rear end portion of the burner nozzle facing the partition plate and the partition plate facing the burner nozzle is kept constant regardless of the swing of the burner nozzle. And by minimizing this gap, no matter what position the burner nozzle swings, the secondary fluid flowing in the compartment will not leak directly into the furnace without going through the burner nozzle, and almost the entire amount will be It will flow into the burner nozzle.
[0031]
the above In the pulverized fuel combustion burner, the inner cylinder wall forming the partition wall between the primary fluid and the secondary fluid that circulates in the burner nozzle is positioned at the rear end portion of the burner nozzle and protrudes toward the secondary fluid circulation side. A formed ridge is provided.
[0032]
According to such a configuration, a part of the secondary fluid that circulates outside the inner cylinder wall collides with a ridge that is located at the rear end of the inner cylinder wall and protrudes toward the secondary fluid circulation side. Thus, the pressure increases in a region upstream of the soot. That is, by providing a soot at the joint between the burner nozzle and the primary fluid supply path, the pressure in the vicinity of the soot can be efficiently kept high, and even when the secondary fluid flow rate is lower, the secondary fluid The reversal of the side pressure and the primary fluid side pressure does not occur, that is, the primary fluid does not leak to the secondary fluid circulation side outside the inner cylindrical wall.
[0033]
Claim 5 The pulverized fuel combustion system according to claim 1 is a furnace installed in the vicinity of an object to be heated, and jetted and combusted fuel atomized toward the furnace. 4 A pulverized fuel combustion burner according to any one of the above, a pulverized fuel supply circuit for supplying a primary fluid containing pulverized fuel to the pulverized fuel combustion burner, and a secondary fluid for supplying a secondary fluid to the pulverized fuel combustion burner. And a secondary fluid supply circuit.
[0034]
According to such a configuration, stable combustion by the pulverized fuel combustion burner is performed on the furnace, and the object to be heated is efficiently heated and converted to, for example, power.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a partial configuration of a pulverized fuel combustion burner in the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the pulverized fuel combustion burner showing an enlarged portion indicated by the symbol A in FIG. FIG. 3 is a plan sectional view of the pulverized fuel combustion burner in the BB section of FIG.
[0036]
In addition, the structure demonstrated below shall be based on the structure of the concentrated coal compartment 14 demonstrated by the prior art, and the description shall be partially omitted including the light coal compartment 15. FIG. In addition, the code | symbol 40 shown by FIG. 3 is a rocking device which rocks the burner nozzle 30. FIG.
In addition, the pulverized fuel combustion burner of this embodiment is provided in a pulverized fuel combustion system including a pulverized fuel supply circuit that generates pulverized coal and mixes with air, and a secondary air supply circuit using a duct. The pulverized fuel combustion system according to the present invention is realized.
[0037]
The partition plate denoted by reference numeral 50 is composed of a plurality of members, and a partition plate main member 51 disposed at a predetermined position in the height direction similar to the conventional one according to the required performance of the thermal load, and the partition. It consists of the 1st partition plate auxiliary material 52 and the 2nd partition plate auxiliary material 53 which are installed on the plate main material 51, and form a part of flow-path reduction part 50a.
[0038]
The first partition plate auxiliary material 52 and the second partition plate auxiliary material 53 are connected in the longitudinal direction of the compartment 14 (left and right direction on the paper surface), and are inclined to the upstream side in the circulation of the secondary air 22a. A first partition plate auxiliary material 52 having a surface 52 a is arranged, and a second partition plate auxiliary material 53 reaching the furnace 23 side is arranged downstream of the first partition plate auxiliary material 52. The second partition plate auxiliary material 53 located on the furnace 23 side is made of a refractory material such as alumina, and the durability of the burner wind box 13 is made almost using the wall surface of the burner wind box 13 facing the furnace 23 as a refractory material. Improves sex.
[0039]
These first and second partition plate auxiliary materials 52 and 53 form a flow path reducing portion 50 a by being pushed out toward the internal space of the compartment 14, and the flow velocity of the secondary air 22 a flowing through the compartment 14. It plays a role to raise.
That is, contrary to the fact that the thickness of the partition plate 50 is gradually increased by the inclined surface 52a of the first partition plate auxiliary material 52, the flow passage area of the secondary air 22a is changed from the upstream side to the downstream side by reference numerals S1 and S2. As shown in the figure, when the flow path area is gradually reduced, the flow velocity of the secondary air 22a is increased, and the pressure when flowing into the burner nozzle 30 is also increased. Become.
[0040]
In the present embodiment, the region in which the thickness of the partition plate 50 changes is implemented only for a part in the longitudinal direction of the compartment 14 as shown in the figure, and flows to the upper or lower end of the burner nozzle 30 in the horizontal position. It becomes horizontal when the projecting height of the road reducing portion 50a has reached.
Of course, the shape of the flow path reducing portion 50a is not limited to this, and may be any shape as long as the flow path area is gradually reduced.
[0041]
Next, the configuration of the burner nozzle 30 will be described.
As shown in the figure, the burner nozzle 30 is positioned on the furnace 23 side of the burner wind box 13 and sandwiched in the vertical direction by a partition plate 50 having a flow path reducing portion 50a that divides the burner wind box 13. It is installed so that it can swing. For this reason, the shape of each burner nozzle described in the prior art is slightly different, and the difference is that the shape of the tip is the same, whereas the opening area on the furnace 23 side of the compartment 14 is the rear end. Since the size is reduced by the reduction, the shape narrowed from the rear end portion toward the front end portion is reduced.
[0042]
The swing shaft 33 of the burner nozzle 30 supports the burner nozzle 30 so as to be swingable by being inserted into the side wall of the air-fuel mixture supply pipe 14a that is the primary fluid. The burner nozzle 30 swings about the swing shaft 33, whereby the mixture 19 (primary fluid) of pulverized coal and air and the secondary air 22a (secondary fluid) flowing into the burner nozzle 30 are heated in the furnace. 23 can be ejected in the vertical direction.
[0043]
The burner nozzle 30 has a box-shaped double pipe structure as described in the prior art, and this structure has an outer cylindrical wall 31 forming an external shape and an inner cylindrical wall arranged on the inner side. 32 constitutes the main structure.
[0044]
The inner cylindrical wall 32 is connected to the end of the mixture supply pipe 14a at the rear end, and the outer cylindrical wall 31 is connected to the opening of the compartment 14 whose opening area is reduced at the rear end. Facing. Accordingly, the air-fuel mixture 19 that is the primary fluid flows through the space surrounded by the inner cylindrical wall 32, and the air-fuel mixture 19 is ejected from the primary-side outlet 30a provided on the furnace 23 side to the furnace 23. Will be. In addition, secondary air 22a that constitutes a secondary fluid that circulates in the compartment 14 circulates in a space formed between the inner cylindrical wall 32 and the outer cylindrical wall 31, and the auxiliary fluid 22a is supplied to the furnace. It is ejected from the secondary side ejection port 30b provided on the 23rd side so as to cover the periphery of the air-fuel mixture 19.
[0045]
Furthermore, the rear end portion of the inner cylindrical wall 32 is provided with a flange 32a provided so as to protrude to the flow side of the secondary air 22a. The flange 32a is provided on the upper surface and the lower surface side of the inner cylinder wall 32, and is also provided on the side surface as shown in FIG. 3, and is formed on the entire circumference of the rear end portion of the inner cylinder wall 32 as a whole. .
[0046]
As shown in FIG. 2, the height h1 of the flange 32a is set to about 35% of the height h2 of the flow path through which the secondary air 22a flows, and a part of the auxiliary fluid 22a flowing therethrough It plays the role of increasing the pressure by blocking. That is, when the secondary air 22a whose flow velocity has been increased flows into the burner nozzle 30, a part of the secondary air 22a collides with the flange 32a, and the vortex of the secondary air 22a is generated upstream of the flange 32a. Rises.
[0047]
This leads to an operation in which the air-fuel mixture 19 that leaks from the gap between the seal plate 144 and the burner nozzle 30 does not flow out. This is because the pressure state in the vicinity of the gap is increased by the installation of the flange 32a, and even when the flow rate of the secondary air 22a is smaller, the secondary air 22a side pressure and the air-fuel mixture 19 side pressure are not reversed, and the air-fuel mixture 19 Does not leak to the secondary air 22a side.
[0048]
The height h1 of the flange 32a is set to about 35% of the flow path height h2 in the vicinity thereof, so that the flow of the auxiliary fluid 22a flowing into the burner nozzle 30 is not hindered, and the air-fuel mixture It leads to the minimum pressure increase necessary to avoid 19 leaks.
However, the height h1 of the eaves 32a described here is not necessarily set to about 35% of the flow path height h2, and the flow path opening area in the vicinity of the eaves 32a is not limited to the opening of the secondary side outlet 30b. If the pressure difference between the air-fuel mixture 19 and the secondary air 22a is greater than or equal to a predetermined value by the action of the flow path reducing portion 50a or the like while taking a larger area, it may be set to about 5%.
[0049]
On the other hand, a scoop 31 a forming a part of a cylindrical surface with the swing shaft 33 as an axis is formed on the upper surface and the lower surface forming a part of the outer peripheral surface at the rear end portion of the outer cylindrical wall 31. The outer radius of the curved scoop 31a is substantially the same as the length of the perpendicular dropped from the swing axis to the plane of the flow path reducing portion 50a. To be precise, the radius with respect to the partition plate 50 when the burner nozzle 30 swings. To avoid interference, the radius of the scoop 31a is set to be smaller than the length of the perpendicular.
[0050]
As a result, the gap between the outer peripheral surface of the rear end portion of the burner nozzle 30 that faces the flow path reducing portion 50a that forms part of the partition plate 50 and the plane of the flow path reducing portion 50a is independent of the oscillation of the burner nozzle 30. Since the gap is set to a minimum, the secondary air 22a flowing through the compartment 14 is hardly leaked directly into the furnace 23 regardless of the position of the burner nozzle 30. It is.
As a result, almost the entire amount of the secondary air 22a flowing in the compartment 14 flows into the burner nozzle 30 and is blown out from the secondary side outlet 30b to the furnace 23 for combustion. Further, this prevents the secondary air side pressure in the vicinity of the gap between the burner nozzle and the primary air fluid pipe from being lowered when the burner nozzle is swung, thereby preventing reversal of the differential pressure between the primary side and the secondary side.
[0051]
According to the pulverized fuel combustion burner in the present embodiment described above and the pulverized fuel combustion system such as a boiler equipped with the burner, the following effects can be obtained.
By providing the flow path reducing portion 50a in the compartment 14, the flow rate of the secondary air 22a flowing into the burner nozzle 30 is increased, and the pressure state is increased more than the pressure of the air-fuel mixture 19 with a smaller flow rate of the secondary air 22a. Therefore, by using this differential pressure, the sealing performance at the rear end of the burner nozzle 30 can be enhanced to prevent the air-fuel mixture 19 from leaking, and the flow rate of the secondary air 22a can be set to be optimal for combustion.
[0052]
Further, the constricted shape of the burner nozzle 30 can be reduced, and the occurrence of a gap in the opening of the compartment 14 due to the swinging is suppressed, and the leakage of the secondary air 22a is reduced to stabilize the combustion. be able to. Further, by using a refractory material for the flow path reducing portion 50a, it is possible to realize a highly durable pulverized fuel combustion burner capable of avoiding burning of the burner wind box 13 and the like.
[0053]
In addition, by providing the flange 32a at the rear end portion of the inner cylindrical wall 32 of the burner nozzle 30, the pressure state at the rear end portion of the burner nozzle can be more reliably increased, and the flow rate of the secondary air 22a is small. However, the differential pressure can be reliably guided to prevent the air-fuel mixture 19 from leaking.
Further, by forming the scoop 31a on a part of the outer peripheral surface of the rear end portion of the burner nozzle 30, the secondary air 22a flowing in the compartment 14 can be quantitatively introduced into the burner nozzle 30 at any swing angle. . This ensures a reduction in the leakage of the secondary air 22a as well as a reduction in the constricted shape of the burner nozzle 30.
[0054]
And by each of these effects, the air-fuel mixture 19 of pulverized coal, which is the primary fluid, can be stably ejected to the furnace 23 in a specified amount without being influenced by the swinging of the burner nozzle 30. The secondary air 22a as a fluid can be ejected around the air-fuel mixture 19 in a stable and specified amount. Therefore, it becomes possible to perform combustion of the pulverized fuel by the pulverized fuel combustion burner stably and with high efficiency.
And according to the pulverized fuel combustion system provided with such a pulverized fuel combustion burner, efficient heating can be performed by performing stable combustion, and highly efficient operation can be performed.
[0055]
【The invention's effect】
The pulverized fuel combustion burner of the present invention described above and the pulverized fuel combustion system including the same have the following effects.
According to the first aspect of the present invention, when the pressure state of the secondary fluid flowing around the burner nozzle is increased, the sealing performance is improved, and the flow rate of the secondary fluid is low, including the condition that the burner nozzle is swung. However, the primary fluid does not leak to the secondary fluid side in the compartment. As a result, the primary fluid can be ejected to the furnace in a stable and specified amount without being influenced by the swinging of the burner nozzle, and the secondary fluid is ejected around the primary fluid in a stable state. Can do. Therefore, it becomes possible to perform combustion of the pulverized fuel by the pulverized fuel combustion burner stably and with high efficiency. In addition, it is possible to set a burner nozzle having a shape suitable for the required capacity without being affected by the size of the compartment, reducing the constriction shape and preventing leakage of secondary fluid from the outside of the burner nozzle during oscillation. Can be reduced.
[0056]
According to invention of Claim 2, the opening area in each cross section of the compartment orthogonal to the flow direction of a secondary fluid can be gradually reduced by the flow-path reduction part which makes a part of partition plate, Claim 1 The same effect as can be accurately obtained. Moreover, the space | interval of adjacent burner nozzles can also be prescribed | regulated suitably according to a flow path reduction part, and the freedom degree of design can be raised. Further, the constricted shape of the burner nozzle can be reduced, and the leakage of the secondary fluid from the outside of the burner nozzle during swinging can be reduced.
[0057]
According to the third aspect of the present invention, since the flow path reducing portion located on the furnace side is formed using the refractory material, the fire resistance of the burner wind box is improved, and the burner wind box is prevented from being burned out. Thus, the durability of the pulverized fuel combustion burner can be improved.
[0058]
According to the invention described in claim 4, since the outer peripheral surface of the rear end portion of the burner nozzle is formed as a part of a cylindrical surface with the swing axis of the burner nozzle as an axis, the secondary fluid flowing through the compartment is the burner nozzle. The entire amount flows into the burner nozzle in the entire swing range. As a result, a predetermined amount of secondary fluid can always be supplied to the primary fluid ejected from the primary side injection port, and the second fluid in the vicinity of the gap between the burner nozzle and the primary air fluid pipe when the burner nozzle swings. The primary air side pressure does not decrease, and the reverse of the differential pressure between the primary side and the secondary side, that is, leakage of the primary air fluid to the secondary air side can be prevented. As a result, the combustion of the pulverized fuel by the pulverized fuel combustion burner can be performed stably and efficiently without being influenced by the position of the burner nozzle.
[0059]
According to the fifth aspect of the present invention, even if the flow rate of the secondary fluid is lowered, a sufficient differential pressure between the primary fluid and the secondary fluid can be secured, so that the pulverized fuel combustion burner can be operated with a small flow rate. The primary fluid flowing into the burner nozzle does not leak to the secondary fluid side at the rear end of the burner nozzle, and the primary fluid is ejected from the primary side outlet in a stable and prescribed amount without causing unexpected combustion. be able to. Further, the secondary fluid can be ejected from the secondary-side jet outlet in a stable state without being influenced by the intrusion of the primary fluid.
[0060]
According to the sixth aspect of the present invention, since efficient heating is possible by stable combustion by the pulverized fuel combustion burner, it is possible to realize a pulverized fuel combustion system that enables highly efficient operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a partial configuration of a pulverized fuel combustion burner according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a pulverized fuel combustion burner in which a portion indicated by reference sign A in FIG.
FIG. 3 is a plan sectional view of the pulverized fuel combustion burner in the BB section of FIG. 1;
FIG. 4 is a sectional view of a burner wind box for explaining the configuration of a conventional pulverized fuel combustion burner.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view illustrating a partial configuration of a conventional pulverized fuel combustion burner.
[Explanation of symbols]
14 compartments
14a Pipe for supplying air-fuel mixture (primary fluid supply path)
19 Air-fuel mixture (primary fluid)
22a Secondary air (secondary fluid)
30 Burner nozzle
30a Primary outlet
30b Secondary outlet
31 outer cylinder wall
31a scoop
32 Inner cylinder wall
32a 鍔
33 Oscillating shaft
50 divider
50a Flow path reduction part

Claims (5)

バーナ風箱を仕切板によって区切った複数のコンパートメント内に、固体燃料を微粉砕したものと空気その他の気体とを混合した一次流体を火炉内に噴出する一次側噴出口、及び、前記コンパートメント内に供給された燃焼を補助する二次流体を一次流体の周囲に噴出する二次側噴出口を有する揺動可能とされたバーナノズルを備えた微粉燃料燃焼バーナにおいて、前記二次流体の流通方向に直交する前記コンパートメントの各断面における開口面積は、下流側に向かうに従い漸次縮小し、前記バーナノズル内を流通する前記一次流体と前記二次流体との隔壁をなす内筒壁には、該バーナノズルの後端部に位置して二次流体の流通側に突出して形成された鍔が設けられていることを特徴とする微粉燃料燃焼バーナ。In a plurality of compartments in which a burner-like box is divided by a partition plate, a primary side jet outlet for jetting a primary fluid mixed with finely pulverized solid fuel and air or other gas into a furnace, and in the compartment In a pulverized fuel combustion burner having a oscillating burner nozzle having a secondary-side jet outlet for jetting a supplied secondary fluid for assisting combustion around the primary fluid, orthogonal to the flow direction of the secondary fluid The opening area in each cross section of the compartment is gradually reduced toward the downstream side, and the inner cylinder wall forming the partition wall between the primary fluid and the secondary fluid flowing through the burner nozzle has a rear end of the burner nozzle. A pulverized fuel combustion burner, characterized by being provided with a soot that is located at a portion and protrudes toward the flow side of the secondary fluid . 請求項1記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、前記仕切板には、前記二次流体の流通方向に直交する前記コンパートメントの各断面における開口面積を漸次縮小する流路縮小部が備えられてなることを特徴とする微粉燃料燃焼バーナ。  2. The pulverized fuel combustion burner according to claim 1, wherein the partition plate is provided with a flow path reducing portion that gradually reduces an opening area in each cross section of the compartment orthogonal to the flow direction of the secondary fluid. Features a pulverized fuel combustion burner. 請求項2記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、前記流路縮小部は、この少なくとも一部が耐火材によって形成されてなることを特徴とする微粉燃料燃焼バーナ。  The pulverized fuel combustion burner according to claim 2, wherein at least a part of the flow path reducing portion is formed of a refractory material. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の微粉燃料燃焼バーナにおいて、前記バーナノズルの後端部外周面の一部は、該バーナノズルの揺動軸を軸とする円筒面の一部として形成されてなることを特徴とする微粉燃料燃焼バーナ。  4. The pulverized fuel combustion burner according to claim 1, wherein a part of the outer peripheral surface of the rear end portion of the burner nozzle is a part of a cylindrical surface about the swing axis of the burner nozzle. A pulverized fuel combustion burner characterized by being formed. 加熱対象物の近傍に設置された火炉と、該火炉に向けられて微粉化された燃料を噴出し燃焼させる請求項1から請求項のいずれか1項に記載の微粉燃料燃焼バーナと、該微粉燃料燃焼バーナに微粉燃料を含む一次流体を送給する微粉燃料供給回路と、該微粉燃料燃焼バーナに二次流体を送給する二次流体供給回路とを備えてなることを特徴とする微粉燃料燃焼システム。A furnace installed in the vicinity of an object to be heated, and a pulverized fuel combustion burner according to any one of claims 1 to 4 , wherein the pulverized fuel directed toward the furnace is ejected and burned. A fine powder comprising a pulverized fuel supply circuit for supplying a primary fluid containing pulverized fuel to a pulverized fuel combustion burner, and a secondary fluid supply circuit for supplying a secondary fluid to the pulverized fuel combustion burner. Fuel combustion system.
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