TW201248089A - Boiler device - Google Patents

Description

201248089 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明，是關於鍋爐裝置’特別是關於具有可將空氣 供應至火爐內之空氣供應噴嘴的鍋爐裝置。 【先前技術】 例如將煤炭粉碎成煤粉使其浮游在火爐內燃燒的燒煤 粉鍋爐，如專利文獻1所示是於鍋爐火爐在下部設有煤粉 燃燒器，在燃燒器的下游（鍋爐上部）設有後續空氣噴嘴 ，從燃燒器供應煤粉燃料和燃燒用空氣，從後續空氣噴嘴 只供應空氣.。 燃燒器部的燃燒，是從燃燒器供應有要讓煤粉燃料完 全燃燒時所需之理論空氣比以下量的空氣，在空氣不足的 狀態使煤粉燃燒，構成還原氣層，抑制Nox形成。然而 ，該還原氣層因氧氣不足會殘留未燃燒部份，產生CO( 一氧化碳）。爲了使該還原氣層所產生的未燃燒部份及 CO完全燃燒，從位於燃燒器下游位置的後續空氣噴嘴對 火爐內供應有比理論空氣比不足部份之空氣量還若干多的 燃燒用空氣，藉此降低未燃燒部份及CO使燃燒廢氣從火 爐排出。 [先行技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1 ]日本特開平9 - 3 1 0 8 0 7號公報 201248089 [專利文獻2]日本特開平4-524 1 4號公報 [專利文獻3]日本特開2009-174751號公報 【發明內容】 [發明欲解決之課題] 燒煤粉鍋爐或燃油鍋爐等燃燒裝置中使燃料完全燃燒 是重要事項。因此，例如上述的燒煤粉鍋爐所示當從燃燒 器下游的後績空氣噴嘴供應空氣使煤粉完全燃燒時，是以 空氣能夠均勻分佈在火爐內促進空氣與未燃部份的混合爲 佳。於該形態時，除了需要將空氣供應至火爐中央之外， 爲了降低火爐壁附近之燃料的未燃燒部份還需要將空氣供 應至火爐壁附近。可使空氣供應至火爐附近的空氣供應手 段，是有將空氣旋轉在噴嘴內形成旋流供應至火爐內的方 法。例如：專利文獻2中揭示著可對後續空氣噴流的流動 樣式進行調整，爲了促進混合對空氣賦予順流和旋流的旋 轉構造。利用上述構造將空氣供應至火爐附近時，是採取 增加旋流的比率，利用離心力使空氣從噴嘴噴出後形成擴 散的方法。特別是當產生有強大的旋流時，利用空氣從噴 嘴噴出後也會沿著壁面流動的附壁效應就可形成有沿著火 爐壁面的壁面流》 不過，鍋爐之火爐構成用的分隔牆即火爐壁會隨著爐 內溫度的上升形成熱膨脹。一般，火爐其上部是被支撐著 ，成爲懸吊狀態。因此，熱膨脹會造成火爐壁往下方向移 動。此外，火爐以下部爲支撐時，熱膨脹會造成火爐壁往 -6 - 201248089 上方向移動。因此，後續空氣噴嘴等空氣供應噴嘴，一般 是與通往火爐內的貫通孔保持著間隙（空隙）設置成不緊 貼著該貫通孔。設有間隙對於熱膨脹造成移動之火爐壁的 貫通孔，是不會產生有其與固.定在設備基礎之空氣供應噴 嘴的接觸及千涉》 另一方面，火爐內爲了不讓燃燒氣體流出爐外是控制 成負壓，因此空氣會成爲泄漏流從該間隙流入火爐內。由 於泄漏流是直線前進流向火爐內作用在阻礙旋流流動的方 向，因此要沿著火爐壁形成強大的壁面流就變困難。此外 ，即使在空氣供應噴嘴和火爐壁之間設有空氣流入阻止用 的構造物（密封構件），但空氣供應噴嘴和火爐壁之間產 生的段差部份，因流路會急遽擴大，所以氣流會從壁面剝 離產生循環流，妨礙從噴嘴噴出的空氣沿著壁面流動。因 此，就難以形成有沿著火爐壁面流動的氣流，可能會造成 空氣無法充分供應在火爐壁附近導致殘留有未燃燒部份。 專利文獻3中，揭示著可沿著水管壁噴出空氣的噴嘴 。然而，其構成構件突出在火爐內部，恐怕燃燒器火災會 燒損噴嘴構件無法形成所需的空氣噴流。 本發明之目的，是在於提供一種即使通往火爐內之貫 通孔內所設置的噴嘴和貫通孔之間有間隙，還是能夠形成 有強大旋流使火爐內壁面形成有壁面流的同時能夠抑制輻 射熱造成的噴嘴燒損，具有高健全性之空氣供應噴嘴，並 且提供一種具有高信賴性、高經濟性之鍋爐裝置。 201248089 [用以解決課題之手段] 本發明相關的鍋爐裝置，具備有可使供 燃料燃燒的燃燒器，和，配設有水管且形成 爐其構成用的火爐壁，及，具有插入在貫通 應空氣的噴嘴以及可對供應在噴嘴內的空氣 成份的旋轉構件，在噴嘴和貫通孔之間設有 應噴嘴，其特徵爲，空氣供應噴嘴之貫通孔 是設置成離火爐壁內面有噴嘴內徑0.8倍以 此外，於具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝 爲，具有隨著噴嘴前端部朝下游側其剖面積 管構造。 另外，於具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝 爲，是於噴嘴內部設有朝向下游側其剖面積 擴管構件。 此外，於具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝 爲，是於噴嘴的前端設有凹凸狀的構件。 另外，於具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝 爲，貫通孔的火爐內面側具有擴管構造。 此外，於具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝 爲，是於火爐壁外側和上述噴嘴形成接觸的 流入阻止用的構造物。 另外，於具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝 爲，設有流體之旋流速度成份調整用的調整 此外，於具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝 應在火爐內的 有貫通孔之火 孔對火爐內供 賦予旋流速度 間隙的空氣供 內的前端位置 上的距離。 置中，其特徵 逐漸擴大的擴 置中，其特徵 擴大的圓筒狀 置中，其特徵 置中，其特徵 置中，其特徵 位置設有空氣 置中，其特徵 構件。 置中，其特徵 -8- ⑧ 201248089 爲，是於上述燃燒器的下游側設有空氣供應噴嘴。 再加上，於具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝置中’其特 徵爲，是於燃燒器的下游側設有至少2段以上的噴嘴可將 燃燒器其燃燒用空氣不足部份供應至火爐內’上述噴嘴的 一部份設有上述空氣供應噴嘴。 又加上，於具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝置中，其特 徵爲，是於燃燒器的配置高度設有上述空氣供應噴嘴。 [發明效果] 根據本發明時，因噴嘴的前端設置成離火爐壁內面有 0.8D以上的距離，所以從噴嘴噴出的氣流會逐漸朝徑方 向擴大，在貫通孔出口還上游側沿著貫通孔的內壁流動。 接著在貫通孔出口氣流更加擴大，沿著水管表面的火爐壁 內面流動。因此，即使通往火爐內的貫通孔內所設置的噴 嘴和貫通孔之間有間隙還是能夠沿著火爐壁內面形成有壁 面流。 當本發明的空氣供應噴嘴設置在燃燒器的下游時，是 能夠將充分的氧氣供應在壁附近降低壁附近存在的未燃燒 部份及CO。此外，在燃燒器的配置高度設有空氣供應噴 嘴時’是可沿著火爐壁表面供應氧氣，能夠抑制腐蝕的同 時’因噴嘴沒有突出在火爐內所以能夠抑制輻射熱造成的 噴嘴燒損提供具有高信賴性、高經濟性的鍋爐裝置。 【實施方式】 -9- 201248089 [發明之最佳實施形態] 以下，針對本發明實施例的鍋爐參照圖面進行說明。 [實施例1] 第1圖中圖示著本發明實施例1的空氣供應噴嘴4正 面圖，第2圖中圖示著第1圖的A-A剖面模式圖。於火 爐壁1的表面設有水管1 1，以不會干涉到圓形貫通孔3 0 的狀態使水管1 1也順著貫通孔3 0的形狀變形設置。火爐 壁1會因火爐內的熱造成其熱膨脹往下方延伸，所以設置 在貫通孔30內之噴嘴20的外徑和貫通孔30的內徑之間 設有間隙24。噴嘴20內設有圓形.的旋流葉片25做爲空 氣的旋轉構件。管道16構成爲可使空氣15經由噴嘴20 從貫通孔30供應至火爐內。 空氣15通過管道16內，從設置在噴嘴20的流入孔 22流入，經由旋流葉片25形成爲具有旋流速度成份之流 速的旋流從噴嘴20的前端流出，接著從貫通孔30流往火 爐內。空氣流量是以氣流調節器21的開度進行調整。爲 了讓空氣15全量流入火爐內是將火爐壁1和管道16構成 爲緊貼著，但管道1 6和火爐壁1之間存在著間隙26。 火爐內爲了不讓燃燒氣體流出爐外於運轉時一直都是 控制成負壓。因此從間隙26會流入空氣，造成泄漏流23 從間隙24噴出至火爐內。該泄漏流23是朝向火爐內直線 流入的順流，因此會阻礙到從噴嘴20噴出之強旋流所形 成之沿著爐內壁的壁面流。此外，爲了抑制泄漏流23即 -10- 201248089 使以密封構件27密封成阻止空氣的流入，但因爲有間隙 24所以在噴嘴20的前端部份會產生循環流31妨礙從噴 嘴20噴出之旋流沿著壁面流動。 第3圖中圖示著間隙24的有無對噴流造成的影響。 橫軸爲表示第2圖所示噴嘴20的前端至火爐壁1內面的 距離L除以噴嘴20的內徑D之後所獲得的値（L/D )。 縱軸爲表示間隙24的有無。圖中的〇表示來自於貫通孔 3〇的噴流沿著火爐壁噴出的壁面流，X表示非壁面流。圖 中的斜線部Η表示壁面流產生的區域，F表示非壁面流區 域。圖中的區域F也有暫時性產生壁面流的狀況，但當火 爐內的壓力變動等造成干擾.時就無法維持穩定的壁面流。 在區域Η的條件下，即使有該等千擾也不會受到影響能 夠形成穩定的壁面流。從第3圖得知有間隙24時要形成 壁面流則噴嘴20前端至火爐壁1內面的距離L需爲噴嘴 2 0的內徑D約0 · 8倍以上。 第4圖中，圖示著相當於第3圖之區域Η的壁面流 時噴流的模式圖。噴嘴20的前端位置因是設置成離火爐 壁1內面有0.8D以上的充分距離，所以從噴嘴噴出的旋 流會逐漸朝徑方向擴大，抑制泄漏流23、循環流3 1的同 時在貫通孔30的出口更加擴大，形成爲沿著水管11表面 之火爐壁1內面流動的壁面流。 另一方面，相當於第3圖之區域F的非壁面流時噴流 的模式圖如第5圖所示。因噴嘴20的前端位於火爐壁1 內面附近，所以從噴嘴20噴出的旋流朝徑方向尙未擴大 -11 - 201248089 就朝火爐內流出。如此一來，泄漏流23就會朝火爐內直 線前進流動，循環流31也會妨礙壁面流的形成，因此難 以形成有穩定的壁面流。 根據實施例1時，在通往火爐的貫通孔30和噴嘴20 之間即使有間隙24，只要將噴嘴20的前端位置設置成離 火爐壁1內面有0.8倍以上之噴嘴20內徑D的距離，就 能夠不受爐內壓力變動等干擾的影響形成有穩定的壁面流 [實施例2] 第6圖中圖示著本發明實施例2的噴嘴模式圖。除了 具備有贲施例1之噴嘴前端位置的條件以外，本實施例2 的噴嘴又具有隨著噴嘴20前端朝下游側其剖面積逐漸擴 大的擴管構造。根據實施例2時，因設置在噴嘴20的擴 管部3 2朝徑方向擴大所以就能夠抑制循環流3 1的形成， 使噴嘴20所噴出的旋流容易朝徑方向擴大，具有能夠形 成更加穏定之壁面流的優點。 [實施例3] 第7圖中圖示著本發明實施例3的噴嘴模式圖。本實 施例3的噴嘴是於噴嘴20內側的前端部設有隨著朝下游 側其剖面積逐漸擴大的圓筒狀擴管構件33。實施例3也 是擴管構件3 3朝徑方向擴大所以旋流容易朝徑方向擴大 ，能夠抑制循環流31的形成，因此能夠形成更加穩定的 -12- ⑧ 201248089 壁面流。此外’擴管構件3 3因是位於噴嘴內部所以其優 點是輻射熱的影響也較少。 [實施例4] 第8圖中圖示著本發明實施例4的噴嘴模式圖。本實 施例4的噴嘴是在噴嘴20內的前端部設有齒狀或短片狀 排列在圓周方向的凹凸狀構件34。經由構件34從噴嘴噴 出的氣流會產生亂流，使氣流容易朝周方向擴散。因此’ 從噴嘴噴出的氣流就容易擴大，能夠抑制循環流31的形 成，基於此從噴嘴20噴出的氣流就會成爲穩定的壁面流 [實施例5] 第9圖中圖示著本發明實施例5的噴嘴模式圖。本實 施例5的噴嘴是於火爐壁1的貫通孔30出口部份具有朝 出口擴大形成擴管部28的擴管構造。根據實施例5時， 從噴嘴20噴出的旋流會在貫通孔30出口容易朝徑方向擴 大，能夠抑制循環流31的形成，因此具有能夠形成更加 穩定之壁面流的優點。 [實施例6] 第10圖中圖示著本發明實施例6的噴嘴模式圖。本 實施例6是取代第9圖所示的旋流葉片25，設有排列在 圓周方向能夠調整半徑方向之葉片角度的導流葉片29。 -13- 201248089 空氣流量以氣流調節器36調整。實施例6也與第9圖相 同能夠產生強旋流成爲壁面流。再加上，以調整構件即調 整把35調整導流葉片29的角度，就能夠調整旋流速度成 份（旋流強度），因此具有能夠大幅度控制噴流形狀的優 點。 [實施例7] 第11圖中，圖示著實施例7之應用本發明噴嘴構造 的鍋爐模式圖。實施例7是於鍋爐下部具備燃燒器2,對 包括從燃燒器部上昇之未燃燒部份的氣體5從設置在鍋爐 上部的後續噴嘴3供應後續空氣（空氣）7使.未燃燒部份 完全燃燒成廢氣9排出爐外。於後續噴嘴3的下段具備有 本發明之空氣供應噴嘴4。在後續噴嘴3所無法供應的爐 壁附近將空氣（氧氣）以壁面流8進行供應，藉此就能夠 使空氣在火爐內混合成均勻，能夠降低爐壁附近的未燃燒 部份、CO。如此一來就能夠提供一種火爐內燃料的燃燒 率提昇，高經濟的鍋爐。 [實施例8] 第12圖中，圖示著實施例8之應用本發明噴嘴構造 的鍋爐模式圖。實施例8是於鍋爐下部的燃燒器2附近具 備有空氣供應噴嘴4。燃燒器附近氧氣濃度低，容易產生 火爐壁的腐蝕。第13圖中圖示著第12圖的B-B箭頭方向 看的模式圖。藉由在燃燒器設置高度設有本發明的空氣供 -14- ⑧ 201248089 應噴嘴4，如第13圖的噴流8所示由於沿著火爐壁的壁 面流會使空氣（氧氣）流動在水管表面因此就能夠使水管 表面形成氧化氣氛，能夠抑制腐蝕。此外，因噴嘴構成用 的構件沒有突出在火爐內所以也不會受到輻射熱的燒損， 信賴性也就比較高。第12圖中燃燒器2只設置在單側， 但即使如第1 1圖所示兩側設有燃燒器2還是相同效果。 此外，圖示著本實施例的第12圖中，是於燃燒器2設置 面以外的3面具備有空氣供應噴嘴4，但空氣供應噴嘴4 也可設置在燃燒器2的設置面。另外，圖示著本實施例的 第12圖中，是於燃燒器2的最下段高度具備有空氣供應 / 噴嘴4，但空氣供應噴嘴4也可設置在比後續空氣噴嘴3 還下側（上游側）之燃燒器2的任何設置高度。 根據本發明時，即使通往火爐內之貫通孔內所設置的 噴嘴和貫通孔之間有間隙，還是可形成有沿著壁面的氣流 ，當應用在位於燃燒器下游的後續空氣噴嘴時，能夠將氧 氣供應至爐壁附近，降低爐壁附近存在的未燃燒部份、 CO。此外，當應用在燃燒器附近時能夠沿著水管表面供 應氧氣，能夠抑制火爐壁腐蝕的同時因噴嘴構成用的構造 材沒有突出在火爐內，所以就能夠抑制輻射熱所造成之噴 嘴構件的燒損，能夠提供高信賴度、高經濟性的鍋爐裝置 【圖式簡單說明】 第1圖爲本發明實施例1的空氣供應噴嘴正面圖。 -15- 201248089 第2圖爲表示第1圖的A-A剖面模式圖。 第3圖爲表示L和有無間隙24時的噴流狀態圖表。 第4圖爲表示第3圖中壁面流形態（H區域）的噴流 模式圖。 第5圖爲第3圖中非壁面流形態（F區域）的噴流模 式圖。 第6圖爲本發明實施例2的空氣供應噴嘴模式圖。 第7圖爲本發明實施例3的空氣供應噴嘴模式圖。 第8圖爲本發明實施例4的空氣供應噴嘴模式圖。 第9圖爲本發明實施例5的空氣供應噴嘴模式圖。 第10圖爲本發明實施例6的空氣供應噴嘴模式圖。 第11圖爲表示本發明實施例7的鍋爐裝置模式圖。 第12圖爲表示本發明實施例7的鍋爐裝置模式圖。 第13圖爲第12圖之鍋爐的B-B箭頭方向看模式圖。 【主要元件符號說明】 1 :火爐壁 3 :後續空氣噴嘴 4 :空氣供應噴嘴 8 :空氣噴流 9 :燃燒廢氣 1 1 :水管 1 5 :空氣流 20 :噴嘴 -16- 201248089 23 ·· 2 4、 25 ： 27 ： 28、 29 ： 30 ： 3 1: 33 ： 34 ： 35 ： D ： L ： 泄漏流 26 :間隙 旋流葉片 密封構件 32 :擴管部 導流葉片 貫通孔 循環流 圓筒狀擴管構件 凹凸狀構件 調整把 噴嘴內徑 噴嘴前端和火爐壁內面的距離 -17-

Claims (1)

1. 201248089 七、申請專利範園： 1. 一種鍋爐裝置，具備有可使供應於火爐內的燃料 燃燒的燃燒器，和配設有水管且形成有貫通孔之上述火爐 構成用的火爐壁，及具有插入在上述貫通孔對上述火爐內 供應空氣的噴嘴以及可對供應該噴嘴內的空氣賦予旋流速 度成份的旋轉構件，在上述噴嘴和上述貫通孔之間設有間 隙的空氣供應噴嘴，其特徵爲： 上述空氣供應噴嘴之上述噴嘴之貫通孔內的前端位置 是設置成離上述火爐壁內面有噴嘴內徑0.8倍以上的距離 〇 2 .如申請專利範圍第1項所記載之具備有空氣供應 噴嘴的鍋爐裝置，其中，具有隨著上述噴嘴前端部朝下游 側的剖面積逐漸擴大的擴管構造。 3.如申請專利範圍第1項所記載之具備有空氣供應 噴嘴的鍋爐裝置，其中，於上述噴嘴內部設有朝向下游側 之剖面積擴大的圓筒狀擴管構件。 4 ·如申請專利範圍第1項所記載之具備有空氣供應 噴嘴的鍋爐裝置，其中，於上述噴嘴的前端設有凹凸狀的 構件。 5. 如申請專利範圍桌1項至第4項任一項所記載之 具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝置，其中，上述貫通孔的火 爐內面側具有擴管構造。 6. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載之 具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝置，其中，於上述火爐壁外 -18- 201248089 側和上述噴嘴形成接觸的位置設有防止空氣流通用的構造 物。 7.如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載之 具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝置，其中，設有上述流體之 旋流速度成份調整用的調整構件。 8 ·如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載之 具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝置，其中，於上述燃燒器的 下游側設有上述空氣供應噴嘴。 9. 如申請專利範圍第8項所記載之具備有空氣供應 噴嘴的鍋爐裝置，其中，於上述燃燒器的下游側設有至少 2段以上的噴嘴可將燃燒器之燃燒用空氣不足部份供應至 火爐內，並於上述噴嘴的一部份設置上述空氣供應噴嘴。 10. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載之 具備有空氣供應噴嘴的鍋爐裝置，其中，於上述燃燒器的 配置高度設有上述空氣供應噴嘴° 11. 如申請專利範圍第9項所記載之具備有空氣供應 噴嘴的鍋爐裝置，其中，於上述燃燒器的配置高度設有上 述空氣供應噴嘴。 -19-