TWI429853B - Flammable fuel burner - Google Patents

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TWI429853B
TWI429853B TW096137289A TW96137289A TWI429853B TW I429853 B TWI429853 B TW I429853B TW 096137289 A TW096137289 A TW 096137289A TW 96137289 A TW96137289 A TW 96137289A TW I429853 B TWI429853 B TW I429853B
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Koutaro Fujimura
Akiyasu Okamoto
Takayuki Suto
Iwamaro Amano
Toshihiro Hirata
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Description

難燃性燃料用燃燒器
本發明係關於使用難燃性燃料之微粉碳燃燒鍋爐等的各種燃燒裝置所適用之難燃性燃料用燃燒器。
以往，在使用細粉末狀的難燃性燃料(例如無煙碳、石油焦等)之微粉碳燃燒鍋爐中，係採用燃燒粉末狀的難燃性燃料之難燃性燃料用燃燒器(以下稱「燃燒器」)。
例如像第4圖及第5圖所示，以微粉碳(細粉末狀的無煙碳)為燃料而在鍋爐的火爐1內進行燃燒之習知燃燒器10A，係具備：位於燃燒器中心部，流過微粉碳及一次空氣的混合流體之約100℃的微粉碳混合氣系統、位於其外周部，流過約300~350℃的二次空氣之二次空氣系統。
一次空氣系統，為了提昇著火性而具備設置於燃燒器部的上游之分離器20A。該分離器20A，係利用旋風分離的原理，可將燃料粒子分離成濃部位(濃部)和淡部位(淡部)。
一次空氣系統之分離器的下游側係分支成：導入高粒子濃度氣體(燃料粒子的濃度高)而使其燃燒之濃部噴嘴24、導入低粒子濃度氣體(燃料粒子的濃度低)而使其燃燒之淡部噴嘴26。在使用難燃性燃料的情形，為了提昇著火性，一般是將燃燒器10A全體設置成向下傾斜。
關於淡部噴嘴26，係設置於形成火爐1的火爐壁2側，藉此形成氧化環境氣氛以防止結塊(slugging)。
圖中之符號23，係將高粒子濃度氣體從分離器20A導至濃部噴嘴24之高粒子濃度氣體配管；圖中之符號25，係將低粒子濃度氣體從分離器20A導至淡部噴嘴26之低粒子濃度氣體配管(例如參照日本特開平8－178210號公報(第5圖))。
然而，依據上述習知技術，當隨著鍋爐負載等改變而造成氣體量改變時，可能會影響導火性、穩定燃燒。此外，在使用難燃性燃料的情形，特別是相鄰噴嘴間之火焰發生干涉時，也會影響導火性和穩定燃燒。
具體而言，燃料粒子之濃淡分布效率係依據分離器20A的效率來決定。因此，當氣體供應量降低之局部負載時，由於離心力降低而造成分離器20A的分離效率變差，因此要使濃度噴嘴24及淡度噴嘴26獲得期望的濃淡分布率會有困難。
此外，在部分負載或預備燃燒器等之未使用燃燒器的情形，基於負壓可能會產生從淡部噴嘴配管25朝分離器20A方向之氣體逆流。
上述濃淡分布率之變動、氣體逆流、以及相鄰噴嘴間之火焰干涉，會對難燃性燃料用燃燒器10A(利用分離器20A來分配難燃性燃料的燃料粒子)之著火性及穩定燃燒造成影響，因此期望開發出能解決該問題之難燃性燃料用燃燒器。
本發明係有鑑於上述事情而構成者，其目的係提供一種即使隨著鍋爐負載等的改變而造成氣體量改變，仍能確保良好的著火性和穩定燃燒之難燃性燃料用燃燒器。
本發明之難燃性燃料用燃燒器，係將和空氣一起供應之粉末狀的難燃性燃料用分離器分離後，分配至配設於火爐內之濃部噴嘴及淡部噴嘴而進行燃燒之難燃性燃料用燃燒器，其特徵在於：在從前述分離器的下游連通至前述濃部噴嘴及前述淡部噴嘴之氣體流路內的至少一方，係設有流路截面積之可變控制手段。
依據本發明之難燃性燃料用燃燒器，係在從前述分離器的下游連通至前述濃部噴嘴及前述淡部噴嘴之氣體流路內的至少一方，設有流路截面積之可變控制手段，因此藉由適當改變氣體流路之流路截面積，即可按照部分負載等的運轉狀況而調整成最佳值。
如此般之難燃性燃料用燃燒器較佳為，前述可變控制手段，係設於從前述分離器朝前述濃部噴嘴供應高粒子濃度氣體之氣體流路內之可動式阻抗體。藉此，能使朝濃部噴嘴供應高粒子濃度氣體之氣體流路的流路截面積適當地改變。因此，能按照運轉狀況來調整供應高粒子濃度氣體之氣體流路內的氣體流量，以使分離器之分離效率能按照部分負載等的運轉狀況而形成最佳化。
如此般之難燃性燃料用燃燒器較佳為，前述可變控制手段，係設於從前述分離器朝前述淡部噴嘴供應低粒子濃度氣體之氣體流路內之流量調整遮斷閥。藉此，能使朝淡部噴嘴供應低粒子濃度氣體之氣體流路的截面積在全開至全閉之間適當地改變。因此，能按照運轉狀況來調整供應低粒子濃度氣體之氣體流路內的氣體流量，或在不使用燃燒器時能遮斷氣體流路。
如此般之難燃性燃料用燃燒器較佳為，在供應至前述分離器內之難燃性燃料所衝撞的壁面實施耐磨耗處理，藉此，可提昇難燃性燃料所衝撞的壁面之耐磨耗性。
本發明之難燃性燃料用燃燒器，係將和空氣一起供應之粉末狀的難燃性燃料用分離器分離後，分配至配設於火爐內之濃部噴嘴及淡部噴嘴而進行燃燒之難燃性燃料用燃燒器，其特徵在於：將前述濃部噴嘴和前述淡部噴嘴之噴吹角度在上下方向偏移。
藉由使用如此般之難燃性燃料用燃燒器，由於將濃部噴嘴和淡部噴嘴之噴吹角度在上下方向偏移，故可防止噴嘴間之火焰干涉。
本發明之難燃性燃料用燃燒器，係將和空氣一起供應之粉末狀的難燃性燃料用分離器分離後，分配至配設於火爐內之濃部噴嘴及淡部噴嘴而進行燃燒之難燃性燃料用燃燒器，其特徵在於：使前述淡部噴嘴之噴吹角度朝水平方向之爐壁側偏移。
藉由使用如此般之難燃性燃料用燃燒器，由於前述淡部噴嘴之噴吹角度朝水平方向之爐壁側偏移，故可防止噴嘴間之火焰干涉，且能防止火爐壁面之結塊。
依據上述之本發明，在藉由分離器來分配難燃性燃料的燃料粒子之難燃性燃料用燃燒器，可防止按照運轉狀況之濃淡分布率的變動及氣體逆流，因此能確保良好的著火性及穩定燃燒。
另外，藉由防止相鄰噴嘴間之火焰干涉，也能確保良好的著火性及穩定燃燒。
以下，參照圖式來說明本發明的難燃性燃料用燃燒器之一實施形態。
第1圖至第3圖所示之難燃性燃料用燃燒器(以下稱「燃燒器」)10，例如是設置於微粉碳燃燒鍋爐等的火爐1內。該燃燒器10，係將和空氣一起供應之難燃性燃料的粉粒體(微細粉末狀)在火爐1內燃燒。在此，難燃性燃料之具體例係包含無煙碳和石油焦等。
以下係說明：將難燃性燃料的無煙碳變成微細粉末狀(微粉碳燃料)予以供應並使其燃燒之燃燒器10。
燃燒器10係具備：將約100℃之較低溫的一次空氣和微粉碳一起供應之微粉碳供應系統、將約300~350℃之較高溫的二次空氣予以供應之二次空氣系統。
微粉碳供應系統，係大致位於燃燒器10的中心部，且基於提昇著火性的目的而具備：用來將一次空氣及微粉碳的混合流體分配至後述的濃部及淡部之分離器20。該分離器20，係利用離心分離之旋風分離器，在外筒21的側面，連接著從切線方向供應混合流體之一次空氣配管22。在將外筒21縮徑成圓錐台狀的細徑部21a，連接著高粒子濃度氣體配管23，在其前端部設有朝向火爐1內開口之濃部噴嘴24。
在外筒21的內部，以同心的方式插入低粒子濃度氣體配管25。該低粒子濃度氣體配管25，係從外筒21朝與高粒子濃度氣體配管23的相反側延伸後迴轉，在其前端部，設有和濃部噴嘴24大致在相同高度鄰接之淡部噴嘴26。低粒子濃度氣體配管25之開口部25a，在混合流體之流動方向係位於比一次空氣配管22的連接部更下游側(濃部噴嘴24側)。
濃部噴嘴24和淡部噴嘴26之位置關係為：將用來燃燒低粒子濃度氣體之淡部噴嘴26配置於形成火爐1之火爐壁2側。
在分離器20的下游，在連通於濃部噴嘴24和淡部噴嘴26之氣體流路內之至少一方，設有可改變流路截面積之可變控制手段。
在圖示的構造，在和高粒子濃度氣體配管23(從分離器20朝濃部噴嘴24供應高粒子濃度氣體)連接之細徑部21a內，例如設有截面三角形之中子27，以作為可在氣體流動方向往復移動之可動式阻抗體。該中子27，藉由在細徑部21a內朝箭頭28所示之軸方向移動，能使從分離器20連通至高粒子濃度氣體配管23之流路截面積產生變化，因此實質上等同於讓高粒子濃度氣體配管23的流路截面積改變。
另外，關於可動式阻抗體，並不限於圖示之中子27，例如也可以是蝶閥等之能改變高粒子濃度氣體配管23的流體截面積者。
在從分離器20朝淡部噴嘴26供應低粒子濃度氣體之氣體流路內，亦即在低粒子濃度氣體配管25內的適當位置，係設有可變控制手段之蝶閥等的流量調整遮斷閥29。該流量調整遮斷閥29，藉由讓閥體在全開位置至全閉位置之間變化，以調整從分離器20連通至低粒子濃度氣體配管25之流路截面積。該流量調整遮斷閥29，視需要也能使低粒子濃度氣體配管25形成全閉(流路截面積＝0)。
在濃部噴嘴24和淡部噴嘴26的外周部，以包圍兩噴嘴的周圍之方式設置連通至火爐1內之二次空氣供應流路(二次空氣配管)30。該二次空氣供應流路30，係用來對兩噴嘴24、26供應較高溫的空氣之二次空氣系統。
在上述分離器20，使供應自一次空氣配管22之混合流體在外筒21的內部繞低粒子濃度氣體配管25的周圍迴旋流動，藉此使外周側之濃部和中心部側之淡部進行離心分離。結果，高粒子濃度氣體(微粉碳之粒子濃度較高)，會繞低粒子濃度氣體配管25的周圍迴旋而氣體流動方向流動，再通過細徑部21a及高粒子濃度氣體配管23而導入濃部噴嘴24。
以粉末狀無煙碳之微粉碳為燃料的情形，適當的燃料粒子之濃淡分配率，亦即可持續良好的著火性及穩定燃燒之微粉碳粒子之濃淡分配率，係在全混合流體中，將微粉碳93~95%左右及空氣量50~55%左右分配至濃部噴嘴24，將微粉碳5~7%左右及空氣量45~50%左右分配至淡部噴嘴26。
在上述構造之噴嘴10中，隨著鍋爐負載的變動等而造成混合氣體供應量產生改變時，由於燃料粒子之濃淡分配率會跟著改變，故須調整中子27的位置而維持於既定的濃淡分配率。
具體而言，低粒子濃度氣體配管25之開口部25a係設定成：依照額定運轉時等的既定運轉狀態所供應的混合氣體供應量而成為期望的濃淡分配率，當混合氣體的供應量減少時，由於離心力降低而造成朝高粒子濃度氣體側分配之微粉碳有減少的傾向。於是，因應混合氣體供應量之降低使中子27朝箭頭28方向移動，而將從分離器20連通至高粒子濃度氣體配管23之流路截面積予以增加。結果，可減少通往濃部噴嘴24之流路阻抗，而增加分配至濃部噴嘴24側之微粉碳量，藉此將微粉碳之濃淡分配率調整成既定值。
此外，如此般濃淡分配率的調整，也能藉由操作設於低粒子濃度氣體配管25之流量調整遮斷閥29來進行。
具體而言，當混合氣體的供應量減少時，因應於混合氣體供應量的減少朝關閉方向操作流量調整遮斷閥29，而使低粒子濃度氣體配管25之流路截面積減少。結果，通往淡部噴嘴26之流路阻抗增加，另一方面通往濃部噴嘴24之流路阻抗相對減少，因此朝濃部噴嘴24側分配之微粉碳量增加，藉此將微粉碳之濃淡分配率調整成既定值。
另一方面，當混合氣體的供應量增加時，因應於混合氣體供應量的增加朝打開方向操作流量調整遮斷閥29，而使低粒子濃度氣體配管25之流路截面積增加。結果，通往淡部噴嘴26之流路阻抗減少，另一方面通往濃部噴嘴24之流路阻抗相對增加，因此朝濃部噴嘴24側分配之微粉碳量減少，藉此將微粉碳之濃淡分配率調整成既定值。
如此般，微粉碳之濃淡分配率，可藉由操作中子27或流量調整遮斷閥29之任一方來進行調整，因此只要具備至少一方即可，當然也能同時操作雙方來進行調整。
另外，操作流量調整遮斷閥29使其位於全閉位置時，由於能遮斷低粒子濃度氣體配管25，例如在不使用燃燒器10的情形，可防止淡部噴嘴26朝分離器20側之逆流。
然而，在上述分離器20之外筒21，係包含從一次空氣配管22高速流入之微粉碳粒子衝撞的區域。於是，對於該區域之內壁面，例如像第2圖所示，視需要實施耐磨耗處理而形成耐磨耗壁面21b。
這時較佳耐磨耗處理之具體例，例如採用：貼合陶瓷材、或進行耐磿耗硬化增厚(25Cr鑄鐵、CHR－3等)。藉由形成這種耐磨耗壁面21b，可提昇耐磨耗性，即使受到微粉碳粒子之衝撞也不會使壁面提早變薄，而能提昇分離器20之耐久性。
此外，關於上述濃部噴嘴24及淡部噴嘴26，係將淡部噴嘴26配置成靠近火爐壁2側，但較佳為，將淡部噴嘴26配置成朝水平方向之火爐壁2側偏移。亦即，淡部噴嘴26之噴吹角度，如俯視之第1圖所示，在水平方向相對於噴吹方向與火爐壁2平行的濃部噴嘴24形成偏移，其噴吹方向係朝向火爐壁2側。這時較佳的噴吹角度θ h，在水平方向相對於濃部噴嘴24，係朝火爐壁2側傾斜10度左右的角度。
如此般，藉由使淡部噴嘴26的噴吹角度朝向火爐壁2側偏移，可防止相鄰之濃部噴嘴24及淡部噴嘴26之噴嘴間發生火焰干涉，因此能持續進行低未燃成分之良好燃燒，且能提昇著火性。再者，藉由使淡部噴嘴26的噴吹方向偏向火爐壁2，也能緩和附著於火爐1壁面之煤灰等異物造成之結塊情形。
此外，關於上述濃部噴嘴24及淡部噴嘴26，係將淡部噴嘴26配置成靠近火爐壁2側，但較佳為如第3圖所示，使濃部噴嘴24及淡部噴嘴26之噴吹角度在上下方向偏移。具體而言，將淡部噴嘴26之噴吹角度設定成水平，將濃部噴嘴24之噴吹角度θ v向下傾斜。這時，濃部噴嘴24之適當的傾斜角度θ v，當以水平位置為基準且向下為正(＋)方向時，大致在－10度~30度的範圍，較佳的傾斜角度θ v為向下30度。此乃基於，當傾斜角度θ v大於30度時，相鄰的上下濃部噴嘴24間將會發生火焰干涉的問題。
如此般，可防止相鄰之濃部噴嘴24及淡部噴嘴26之噴嘴間發生火焰干涉，因此能持續進行低未燃成分之良好燃燒，且能提昇著火性。
此外，上述濃部噴嘴24及淡部噴嘴26之噴吹角度，藉由將水平方向及上下方向之偏移加以組合，將更容易謀求火焰干涉之防止。
依據上述之本發明，在藉由分離器20來分配難燃性燃料的燃料粒子之燃燒器10中，藉由操作中子27或流量調整遮斷閥29，可防止隨著運轉狀況所造成之濃淡分布率的變動及氣體逆流，而能確保良好的著火性及穩定燃燒。此外，藉由使濃部噴嘴24及淡部噴嘴26之噴吹方向形成偏移，可防止相鄰噴嘴間之火焰干涉，藉此也能確保良好的著火性及穩定燃燒。
本發明並不限於上述實施形態，在不脫離本發明要旨的範圍內當然能做適當的變更。
1．．．火爐
2．．．火爐壁
10、10A．．．燃燒器
20、20A．．．分離器
21．．．外筒
21a．．．細徑部
21b．．．耐磨耗壁面
22．．．一次空氣配管
23．．．高粒子濃度氣體配管
24．．．濃部噴嘴
25．．．低粒子濃度氣體配管
25a．．．開口部
26．．．淡部噴嘴
27．．．中子
29．．．流量調整遮斷閥
30．．．二次空氣供應流路
θ h、θ v．．．噴吹角度
第1圖係顯示本發明之難燃性燃料用燃燒器之一實施形態之橫截面圖。
第2圖係顯示第1圖的分離器及一次空氣配管的構造之縱截面圖。
第3圖係顯示濃部噴嘴及淡部噴嘴的噴吹角度一例之縱截面圖。
第4圖係顯示習知的難燃性燃料用燃燒器之橫截面圖。
第5圖係顯示第4圖的濃部噴嘴及淡部噴嘴的噴吹角度一例之縱截面圖。
1．．．火爐
2．．．火爐壁
10．．．燃燒器
20．．．分離器
21．．．外筒
21a．．．細徑部
21b．．．耐磨耗壁面
22．．．一次空氣配管
23．．．高粒子濃度氣體配管
24．．．濃部噴嘴
25．．．低粒子濃度氣體配管
25a．．．開口部
26．．．淡部噴嘴
27．．．中子
29．．．流量調整遮斷閥
30．．．二次空氣供應流路
θ h．．．噴吹角度

Claims (4)

  1. 一種難燃性燃料用燃燒器，係將和空氣一起供應之粉末狀的難燃性燃料用分離器分離後，分配至配設於火爐內之濃部噴嘴及淡部噴嘴而進行燃燒之難燃性燃料用燃燒器，其特徵在於：在從前述分離器的下游連通至前述淡部噴嘴之氣體流路內，設置第1流路截面積之可變控制手段；在從前述分離器的下游連通至前述濃部噴嘴之氣體流路內，設置第2流路截面積之可變控制手段；藉由前述第1流路截面積之可變控制手段控制分配給前述濃部噴嘴的燃料和分配給前述淡部噴嘴的燃料之比例，藉由前述第2流路截面積之可變控制手段控制分配給前述濃部噴嘴的燃料和分配給前述淡部噴嘴的燃料之流量；在前述燃燒器之橫截面上，使前述濃部噴嘴的噴吹方向與火爐壁平行，使前述淡部噴嘴的噴吹角度朝火爐壁傾斜；或是在前述燃燒器之縱截面上，將前述淡部噴嘴的噴吹角度設定成水平，使前述濃部噴嘴的噴吹角度向下傾斜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之難燃性燃料用燃燒器，其中，前述第2流路截面積之可變控制手段，係設於從前述分離器朝前述濃部噴嘴供應高粒子濃度氣體之氣體流路內之可動式阻抗體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之難燃性燃料用燃燒 器，其中，前述第1流路截面積之可變控制手段，係設於從前述分離器朝前述淡部噴嘴供應低粒子濃度氣體之氣體流路內之流量調整遮斷閥。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之難燃性燃料用燃燒器，其中，在供應至前述分離器內之難燃性燃料所衝撞的壁面實施耐磨耗處理。
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