TWI748336B - 固體燃料燃燒器 - Google Patents

Abstract

本發明係具備：文氏管(33)，其將燃料噴嘴(21)內之混合流體之流路(24)向流路剖面之中心縮窄；燃料濃縮器(34)，其對混合流體賦予由燃料噴嘴(21)之中心離開之方向之速度成分；及流路區劃構件 (36)，其將燃料噴嘴(21)之流路區劃為內側與外側；且藉由對混合流體賦予迴旋且未全面固定於燃料噴嘴(21)之內側之複數個葉片(34c、34d)，即使於使用粉碎生物燃料而成之固體燃料粒子之情形時，亦可確保燃料之濃縮效果。

Description

固體燃料燃燒器

本發明係關於一種搬送並使固體燃料燃燒之固體燃料燃燒器，尤其關於一種應用於如生物粒子般粒徑較大之燃料粒子之固體燃料燃燒器。

為使火力發電廠等之鍋爐所使用之固體燃料燃燒器之著火性提高，並提高火焰之穩定性，而局部地提高燃料濃度。

一般而言於將煤粉等作為燃料之固體燃料燃燒器中，較多設置燃料濃縮器(機構)，其對燃料搬送氣體與燃料粒子之混合流體，賦予於燃料噴嘴內朝向噴嘴內壁面之速度成分並將燃料粒子沿噴嘴內壁面濃縮。

例如，於專利文獻1(日本專利特許第6231047號說明書：JP6231047B2)中，記載有於燃料噴嘴(有時亦稱為1次空氣噴嘴)(9)之中心部設置對混合流體賦予迴旋之第一迴旋器(6)、及賦予與第一迴旋器(6)反向之迴旋之第二迴旋器(7)的技術。於專利文獻1記載之技術中，以第一迴旋器(6)對混合流體施加較強之迴旋，且使固體燃料粒子沿燃料噴嘴之外周側(沿燃料噴嘴之內壁面)移動。

接著，以第二迴旋器(7)賦予與第一迴旋器(6)反向之迴旋，藉此減弱混合流體之迴旋。

因此，於設置於燃燒器之開口部、燃料噴嘴之前端部之火焰穩定器(10)之周邊濃縮固體燃料粒子之狀態得以保持，且於供給至燃燒器之燃料 濃度為較低之低負荷時亦可提高燃料粒子之著火性，且提高火焰之穩定性。

同時，因迴旋較弱之混合流體自開口部噴出，故混合流體未於火爐內過度擴散，緩和與二次空氣或三次空氣等燃燒用氣體(空氣)之混合，並謀求抑制氮氧化物(NOx)產生。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特許第6231047號說明書(「0004」、「0048」~「0061」、圖1-圖3、圖21)

[專利文獻2]日本專利特許第4919844號說明書(「0021」~「0023」)

[專利文獻3]日本專利特開2010-242999號公報(「0033」)

作為火力發電用煤炭(煤粉)燃燒鍋爐之混燃用之燃料，較多使用將木質系原料顆粒化者。此處，顆粒並非直接使用，而以搬送氣體將由以煤炭用磨粉機(煤粉機)為基礎之改良磨粉機(粉碎機、分級機)作為粉碎裝置粉碎、分級所得之燃料粒子搬送至固體燃料燃燒器，並將燃料粒子與搬送氣體之混合流體供給至燃燒器，與煤粉同樣燃燒。

然而，生物燃料與煤炭相比難以細粉碎，且磨粉機之粉碎動力極大(由粒徑50mm之木質晶片成為與煤炭相同之粒度需要大致煤炭之10倍左右之動力)，故難以微粒化至與現狀之煤粉相同之位準。又，若 使生物燃料細粉化則急速燃燒之可能性變高，亦需該防止對策。因此，生物燃料與煤炭相比，以相當粗之粒子之狀態自磨粉機排出(參照專利文獻2：日本專利特許第4919844號公報、專利文獻3；日本專利特開2010-242999號公報等)。

結果，粒子較粗之生物燃料與煤粉相比著火性變低。

另一方面，於使用著火性較低之燃料之情形時，若混合流體之流速下降則容易著火，但對於粒子較大之生物燃料而言下降流速並自粉碎裝置搬送至燃燒器有招致於搬送系統內滯留之可能性，故並不現實。

因而，於以燃燒器燃燒之前需將混合流體(燃料搬送氣體)之流速保持得較高。

因此，認為燃料噴嘴之流路剖面積於上游側，即自粉碎裝置連接之燃料搬送系統(與燃料搬送配管之連接部)側較小，於下游側，即火爐開口部側大於上游側並降低流速，藉此使著火性提高。

此處，專利文獻3揭示有固體燃料燃燒器，其具備文氏管及賦予由燃料噴嘴之中心離開之方向之速度成分之燃料濃縮器作為用於謀求混合流體之燃料濃縮之機構，且燃料噴嘴之火爐側開口部之內徑形成為大於文氏管之上游端之內徑。若為此種構成，則因於搬送系統內將混合流體之流速保持得較高，且於使燃燒器燃燒燃料粒子前可使流速降低，故謀求著火性之提高。

另一方面，於專利文獻3所記載之固體燃料燃燒器之燃料噴嘴上游側，於與磨粉機至燃燒器之燃料搬送配管之連接部，設置有曲管部。混合流體流通於自燃料搬送配管經過曲管部朝向燃料噴嘴之直管部連通之流路。

根據發明者們之模擬模型等之解析結果，判明於此種構成中，通過曲管部之高速之流體於碰撞上表面之後，容易以被反射之方式向下方流通，尤其於文氏管中於噴嘴中心軸側濃縮燃料之後，若藉由紡錘狀之燃料濃縮器，賦予由燃料噴嘴之中心離開之方向之速度成分，則產生周向之燃料粒子之偏重，且根據燃料噴嘴各部之長度之設定等，燃料噴嘴之上側之流體之流速容易變得過慢。且，可知若流速變得過慢，則因燃料之自重，易使燃料向徑向之中央部靠近，且於燃料噴嘴之出口附近，於上側之徑向外側，產生燃料之濃度較低之區域，有燃料之濃縮效果下降之可能性。

本發明之技術性問題在於，即使於固體燃料燃燒器中，使用以磨粉機粉碎生物燃料(將木質系原料設為顆粒者等)所得之粒子較粗之燃料之情形時，亦確保利用設置於燃料噴嘴內之燃料濃縮器之燃料之濃縮效果，並使著火性與火焰之穩定性提高。

為解決上述技術性問題，如請求項1記載之固體燃料燃燒器之特徵在於，具備：燃料噴嘴，其流通固體燃料與其搬送氣體之混合流體，並向火爐開口；燃燒用氣體噴嘴，其配置於上述燃料噴嘴之外周側，使燃燒用氣體噴出；及燃料濃縮器，其設置於上述燃料噴嘴之中心側，將自上述燃料噴嘴之中心離開之方向之速度成分賦予上述混合流體；且上述燃料濃縮器具有：第1迴旋器，其為具有對上述混合流體賦予迴旋之複數個葉片，且各個葉片未全面固定於燃料噴嘴之內側而自上述燃料 噴嘴之內表面離開配置者，且配置於上述混合流體之流通方向之上游側；及第2迴旋器，其相對於上述第1迴旋器配置於上述混合流體之流通方向之下游側，且上述複數個葉片之迴旋方向與上述第1迴旋器為反方向；且相對於上述第2迴旋器，於上述混合流體之流通方向之下游側，設置有將上述燃料噴嘴之流路區劃為流路剖面中之內側與外側之流路區劃構件，上述第1迴旋器及上述第2迴旋器之外徑為上述流路區劃構件之上游端之內徑以下。

如請求項2記載之發明之固體燃料燃燒器之特徵在於，如請求項1記載之固體燃料燃燒器中，上述燃料噴嘴之流路具有：上游部，其內徑於上述第1迴旋器之上游側相同或單調增加；擴管部，其連通於上述上游部之下游側且內徑逐漸擴大；及下游部，其連通於上述擴管部之下游側且內徑為特定。

如請求項3記載之發明之特徵在於，如請求項2記載之固體燃料燃燒器中，上述第1迴旋器之至少一部分位於上述燃料噴嘴流路之上游部之範圍；上述第2迴旋器之至少一部分位於上述燃料噴嘴流路之下游部之範圍。

如請求項4記載之發明之特徵在於，如請求項3記載之固體燃料燃燒器中，具備：流路區劃構件，其於上述燃料噴嘴流路之下游部之範圍，將上述燃料噴嘴之流路區劃為流路剖面之內側與外側。

如請求項5記載之發明之特徵在於，如請求項6記載之固體燃料燃燒器中，上述流路區劃構件為上游端之內徑大於下游端之內徑之形狀；上述第2迴旋器之外徑小於上述流路區劃構件之上游端之內徑，且大於上述流路區劃構件之下游端之內徑。

如請求項6記載之發明之特徵在於，如請求項1至5中任一項記載之固體燃料燃燒器中，上述各迴旋器之外徑未達上述燃料噴嘴流路之上游部之內徑。

根據請求項1記載之發明，藉由具有含2個迴旋器之燃料濃縮器與流路區劃構件，即使於固體燃料燃燒器中，使用以磨粉機粉碎生物燃料(將木質系原料作為顆粒者等)獲得之粒子較粗之燃料之情形時，亦可確保利用設置於燃料噴嘴內之燃料濃縮器之燃料之濃縮效果，並使著火性與火焰之穩定性提高。

又，根據請求項1記載之發明，除請求項1記載之發明之效果以外，與各迴旋器之葉片之外徑大於流路區劃構件之上游端之內徑之情形相比，可使燃料直接靠近外周側並使搬送氣體分散於內周側，故可使外周側之燃料之濃縮效果提高。又，根據請求項1記載之發明，可使通過流路區劃構件之混合流體之氣體側之流速進一步降低，並可使著火性與火焰穩定性提高。

根據請求項2記載之發明，燃料噴嘴具有：擴管部，其於第1迴旋器之上游側，以相同或單調增加之直管狀，連通其下游側且內徑逐漸擴大；及直管狀之下游部，其進而連通擴管部之下游側且內徑大於上 游側；且於搬送配管內，為了不招致粒徑較大之燃料粒子之滯留而以高流速進行搬送，且於火爐開口部側使流路剖面積較上游側更大並降低流速，藉此可確保燃料之濃縮效果，且提高著火性與火焰之穩定性。

根據請求項3記載之發明，關於第1迴旋器，可使燃料粒子向燃料噴嘴外側(沿內壁)濃縮，關於第2迴旋器，可使迴旋之消除有效地作用。即，第1迴旋器可於長邊方向之至少一部分中之上游部發動其葉片，對流通於上游部之混合流體有效地賦予徑向外方向之速度成分。

根據請求項4之發明，與不具有流路區劃構件之情形相比，可提高燃料粒子向燃料噴嘴外側(沿內壁)之濃縮效果，且該效果不易消失，故於作為燃料濃縮器之第1迴旋器與第2迴旋器之組合時，無賦予及消除過量迴旋之必要。因而，可減少燃燒器之壓力損失。又，將作為燃料濃縮器之第1迴旋器與第2迴旋器之組合小型化，可縮短燃料噴嘴之全長，亦關係到構件之使用量抑制。

根據請求項5之發明，可於流路區劃構件之內周側(噴嘴中心側)，使源自第2迴旋器之迴旋之抵消效果遍及徑向整體。因此，可使迴旋較弱之混合流體自燃燒器開口部噴出，且混合流體未於火爐內過度擴散，緩和與二次空氣或三次空氣等燃燒用氣體(空氣)之混合，並提高氮氧化物(NOx)產生之抑制作用。

根據請求項6記載之發明，可將燃料濃縮器沿燃料噴嘴之軸向拉出並卸除，進行保養、檢查。因此，可使保養、檢查之作業性提高。

01:文氏管

1:燃燒裝置

4:料庫

4':料庫

5:磨粉機

5':磨粉機

6:鍋爐

7:固體燃料燃燒器

7':固體燃料燃燒器

8:燃料配管

9:脫硝裝置

10:空氣預熱器

11:鼓風機

12:空氣配管

13:氣體-氣體加熱器

14:乾式集塵機

15:脫硫裝置

16:濕式集塵機

17:氣體-氣體加熱器

18:煙囪

20:彎管

20a:碰撞板凸緣

21:燃燒噴嘴

21a:直管部

21b:擴大部

21c:下游部

22:火爐

23:壁面

24:混合流體之流路

24a:外側流路

24b:內側流路

26:燃燒用氣體噴嘴

26a:導向葉片

27:燃燒用氣體噴嘴

27a:喉部

27b:擴大部

28:風箱

31:火焰穩定器

31a:內周側突起

32:點火燃燒器

32a:碰撞板

33:文氏管

34:燃料濃縮器

34a:第1迴旋器

34b:第2迴旋器

34c:葉片

34d:葉片

36:流路區劃構件

37:支持構件

D1:內徑

D2:內徑

D_S1:內徑

D_S2:內徑

D_w1:外徑

D_w2:外徑

fs:下游端

L1:距離

L2:距離

L3:距離

L4:距離

L5:距離

S1:上游端

S2:下游端

θ1:角

θ2:傾斜角

III:箭頭

IVB-IVB:線

圖1係本發明之實施例1之燃料系統之整體說明圖。

圖2係實施例1之固體燃料燃燒器之說明圖。

圖3係自圖2之箭頭III方向觀察之圖。

圖4係實施例1之流路區劃構件之說明圖，圖4(A)為側視圖，圖4(B)為圖4(A)之IVB-IVB線剖視圖，圖4(C)為對應於變化例1之圖4(B)之圖，圖4(D)為對應於變化例2之圖4(B)之圖。

圖5係比較例之說明圖。

圖6係模擬結果之說明圖。

圖7係具備本發明之固體燃料燃燒器之鍋爐(燃燒裝置)之說明圖，圖7(A)為於爐(鍋爐)前後各3段之固體燃料燃燒器中之爐前側及爐後側之最上段，設置有使用生物燃料之本發明之固體燃料燃燒器之情形之說明圖，圖7(B)及圖7(D)係於爐前側之最上段，設置有使用生物燃料之本發明之固體燃料燃燒器之情形之說明圖，圖7(C)及圖7(E)係於爐後側之最上段，設置有使用生物燃料之本發明之固體燃料燃燒器之情形之說明圖。

其次一面參照圖式，一面說明本發明之實施形態之具體例(以下，記載為實施例)，但本發明並非限定於以下實施例者。另，於使用以下圖式之說明中，為了容易理解而適當省略說明所需之構件以外之圖示。

[實施例1]

圖1係本發明之實施例1之燃燒系統之整體說明圖。

於圖1中，於火力発電所等使用之實施例1之燃燒系統(燃燒裝置)1，生物燃料(固體燃料)收容於料庫(燃料斗)4。料庫4之生物燃料由磨粉機(粉 碎機)5粉碎。經粉碎之燃料通過燃料配管8供給至鍋爐(火爐)6之固體燃料燃燒器7並被燃燒。另，固體燃料燃燒器7於鍋爐6設置複數個。

自鍋爐6排出之廢氣由脫硝裝置9進行脫銷。經脫銷之廢氣通過空氣預熱器10。於空氣預熱器10中，進行自鼓風機11送出之空氣與廢氣之熱交換。因此，將廢氣低溫化，且加熱來自鼓風機11之空氣。來自鼓風機11之空氣通過空氣配管12，作為燃燒用空氣供給至固體燃料燃燒器7及鍋爐6。

通過空氣預熱器10之廢氣於通過氣體-氣體加熱器(熱回收器)13時回收熱並使之低溫化。

通過氣體-氣體加熱器(熱回收器)13之廢氣於乾式集塵機14經回收並去除廢氣中之塵埃等。

通過乾式集塵機14之廢氣發送至脫硫裝置15進行脫硫。

通過脫硫裝置15之廢氣於濕式集塵機16經回收並去除廢氣中之塵埃等。

通過濕式集塵機16之廢氣由氣體-氣體加熱器(再加熱器)17進行再加熱。

通過氣體-氣體加熱器(再加熱器)17之廢氣自煙囪18排出至大氣。

另，磨粉機5自身之構成可使用先前周知之各種構成，且因於例如日本專利特開2010-242999號公報等中記載故省略詳細之說明。

圖2係實施例1之固體燃料燃燒器之說明圖。

圖3係自圖2之箭頭III方向觀察之圖。

於圖2、圖3中，實施例1之固體燃料燃燒器7具有流通搬送氣體之燃料噴嘴21。燃料噴嘴21之下游端之開口設置於鍋爐6之火爐22之壁面(火爐 壁、水管壁)23。燃料噴嘴21於搬送氣體之流通方向之上游端部形成有作為曲管部之一例之彎管20。於彎管20，混合流體之流通方向以大致90°曲折之方式彎曲。於彎管20之上游端，連接燃料配管8。燃料噴嘴21形成為中空之筒狀，且於燃料噴嘴21之內部，形成有流通包含固體燃料(經粉碎之生物燃料)與搬送氣體之混合流體之流路24。

於燃料噴嘴21之外周，設置有將燃燒用空氣噴出至火爐22之內側燃燒用氣體噴嘴(2次燃燒用氣體噴嘴)26。又，於內側燃燒用氣體噴嘴26之外周側，設置有外側燃燒用氣體噴嘴(3次燃燒用氣體噴嘴)27。各燃燒用氣體噴嘴26、27將來自風箱(風箱)28之空氣向火爐22內噴出。於實施例1，於內側燃燒用氣體噴嘴26之下游端，形成有相對於燃燒噴嘴21之中心於徑向外側傾斜(直徑隨著向下游側前進而擴大)之導向葉片26a。又，於外側燃燒用氣體噴嘴27之下游部，形成有沿軸向之喉部27a、與平行於導向葉片26a之擴大部27b。因此，自各燃燒用氣體噴嘴26、27噴出之燃燒用空氣以自軸向之中心擴散之方式噴出。

又，火焰穩定器31於燃料噴嘴21之下游端之開口部受支持。

於圖2、圖3中，於燃料噴嘴21之流路剖面之中心部，貫通配置有點火燃燒器(油槍)32。點火燃燒器32以貫通燃料噴嘴21之碰撞板凸緣20a所支持之碰撞板32a之狀態受支持。

於燃料噴嘴21，相對於混合流體之流通方向，於彎管20之下游側，設置有作為上游部之一例之直管部21a。直管部21a形成為與流路24之剖面積相同之直管狀。

於直管部21a之下游側，連接有內徑(即剖面積)隨著向下游側前進而 擴大之擴大部21b。於擴大部21b之下游側，連接有面向下游端且剖面積相同之直管狀之下游部21c。

於實施例1，將擴大部21b之內壁相對於直管部21a之延長線所成之角θ1設定為10°~15°。於θ1未達10°之情形時，燃料噴嘴21之軸向之長度變長，於θ1超過15°之情形時，有於混合流之流通中產生剝離，於流通中產生沉澱且於沉澱之部分容易積壓燃料之問題，故θ1較佳為10°~15°。

燃料噴嘴之形狀未必自上游側如直管部21a(=上游部)、擴大部21b、下游部21c般，以直管、擴管、直管之方式連通。例如，若設置有後述之流路區劃構件，則亦有提高著火性及火焰之穩定性，且即使通體為直管狀亦無問題之情形。

只要構成為通過噴嘴整體，使用生物燃料般粒子較粗之燃料亦無需過度增強迴旋，而能夠進行壓力損失或對燃料粒子之迴旋器(34a、34b)之附著即可。

於燃料噴嘴21之內部，配置有燃料濃縮器34。燃料濃縮器34受點火燃燒器32支持。燃料濃縮器34具有上游側之第1迴旋器34a、與下游側之第2迴旋器34b。

第1迴旋器34a具有形成為以點火燃燒器32為軸之螺旋狀之複數個第1迴旋葉片34c。又，第2迴旋器34b具有沿第1迴旋葉片34c之反向(逆卷之螺旋狀)傾斜之第2迴旋葉片34d。各迴旋葉片34c、34d未固定於燃燒噴嘴21之內表面，且迴旋葉片34c、34d之外周端自燃料噴嘴21之內表面離開設置。

因此，於實施例1之燃料濃縮器34中，對燃料與搬送氣體之混合流體，於通過第1迴旋器34a時賦予朝徑向之外側之迴旋。因而，燃 料向燃料噴嘴21之內壁面濃縮。且，於通過第2迴旋器34b時賦予逆迴旋，使迴旋減弱。因而，於燃料濃縮器34之下游側，混合流體將燃料於外周側濃縮且成為接近直進流之流體。

於具有此種擴管形狀之燃料噴嘴21內配置第1迴旋器34a與第2迴旋器34b時，期望針對第1迴旋器34a，使燃料粒子向燃料噴嘴21外側(沿內壁)濃縮，針對第2迴旋器34b，使迴旋之消除有效地作用，且以燃料之濃縮效果及迴旋之抵消效果不易受損之方式適當地設定燃料噴嘴內之配置。

期望第1迴旋器34a於長邊方向(之至少一部分)中之上游部(直管部21a)發動其葉片34c。藉此，可對流通於上游部21a之混合流體有效地賦予徑向外方向(噴嘴內壁方向)之速度成分。

又，期望第1迴旋器34a設置為其葉片34c之長邊方向(燃料噴嘴之軸向)下游側端部與燃料噴嘴21之上游部(上游側之直管部21a)與擴大部21b(連通上游部之擴管部)之邊界部相同位置或位於較此更靠下游側，即擴大部21b側。此原因在於減少來自噴嘴內壁之燃料粒子之彈回，並提高濃縮效果。因可不賦予過量之迴旋，故可將第2迴旋器34b之迴旋之消除作用抑制得不過高，且對抑制通過2個迴旋器34a、34b之燃料噴嘴21之流路內之壓力損失之增大亦有效果。

又，針對第2迴旋器34b，期望於長邊方向(之至少一部分)中之下游部21c(下游側之直管部)發動其葉片34d。即，期望設置為該葉片之長邊方向(燃料噴嘴21之軸向)下游側端部位於燃料噴嘴21之下游部21c(下游側之直管部)。藉此，作為第2迴旋器34b可抑制壓力損失，且空開與第1迴旋器34a之適當之間隔而配置迴旋之抵消效果充分者。

於實施例1，第1迴旋葉片34c之外徑D_W1相對於直管部之內徑D1設定為70%作為一例，但較佳設定為60%~85%。若未達60%，則賦予之迴旋較弱且燃料之濃縮效果變低。又，存在若超過85%則迴旋流過強之情形。

第2迴旋葉片34d之外徑D_W2形成為第1迴旋葉片34c之外徑D_W1以上之大小(即，D_W2≧D_W1)。又，於實施例1，形成為外徑D_W2<內徑D1。進而，第2迴旋葉片34d之外徑D_W2相對於下游部21c之內徑D2設定為65%作為一例，較佳設定為55%~80%。若未達55%，則通過逆迴旋來消除迴旋之效果變低。又，若超過80%，則於維修時難以自燃料噴嘴21拉出點火燃燒器32。因此，於不拉出點火燃燒器32之情形時，外徑D_W2亦可超過內徑D2之80%，或設為外徑D_W2≧內徑D1。

又，於實施例1，於相對於混合流之流通方向，將燃料噴嘴21之下游端fs至直管部21a之下游端(=擴大部21b之上游端)之距離設為L1，將燃料噴嘴21之下游端fs至下游部21c之上游端(=擴大部21b之下游端)之距離設為L2，將燃料噴嘴21之下游端fs至第2迴旋器34b之中央部之距離設為L4，將燃料噴嘴21之下游端fs至第1迴旋器34a之中央部之距離設為L5之情形時，於實施例1，作為一例，如以下般設定。

(1)L2=L4

(2)L5-L4=0.7×D2

(3)L5-L1=0.1×D2

另，關於(1)而言，亦可設為L2≠L4。

關於(2)而言，以燃燒試驗確認0.7×D2~1.3×D2為較佳。若未達0.7，則於燃料通過第1迴旋器34a之迴旋充分到達外徑側之前，以第2迴旋 器34b消除迴旋，降低燃料之濃縮效果。若超過1.3，則有迴旋之消除變慢，於燃料噴嘴21之下游端殘留較強之迴旋，且NOx增加之問題。

關於(3)而言，較佳設為0×D2~0.5×D2。於未達0，即L5-L1<0之情形時，第1迴旋器34a之大部分配置於擴大部21b，第1迴旋葉片34c之外徑相對於燃料噴嘴21之內徑之比率相對較低，且燃料之濃縮效果下降。另一方面，若超過0.5，則以第1迴旋器34a賦予之迴旋向外周側靠近之燃料碰撞燃料噴嘴21之內周面，以反射之形容易返回至徑向內側，使燃料之濃縮效果下降。

即，於實施例1，第1迴旋器34a之至少一部分位於燃料噴嘴21之直管部(上游部)21a之範圍。又，第2迴旋器34b之至少一部分位於燃料噴嘴21之下游部21c之範圍。因此，於在具有擴管形狀(擴大部21b)之燃料噴嘴21內配置第1迴旋器34a與第2迴旋器34b時，針對第1迴旋器34a，使燃料粒子向燃料噴嘴外側(沿內壁)濃縮，針對第2迴旋器34b，使迴旋之消除有效地作用，且燃料不易受損。

第1迴旋器34a於長邊方向(之至少一部分)中之上游部(直管部21a)發動其葉片34c，並可對流通於上游部21a之混合流體有效地賦予徑向外方向(噴嘴內壁方向)之速度成分。

圖4係實施例1之流路區劃構件之說明圖，圖4(A)為側視圖，圖4(B)為圖4(A)之IVB-IVB線剖視圖，圖4(C)為與變化例1之圖4(B)對應之圖，圖4(D)為與變化例2之圖4(B)對應之圖。

於圖2、圖3中，於燃料濃縮器34之下游側，配置有流路區劃構件36。流路區劃構件36於燃料噴嘴21之內表面藉由支持構件37支持。實施例1之流路區劃構件36形成為內徑隨自上游端S1向下游端S2而縮小之部分 圓錐狀(圓錐形狀)。因此，流路區劃構件36將流路24區劃為外側流路24a與內側流路24b。

於圖3、圖4中，支持構件37形成為沿徑向延伸之板狀。支持構件37相對於周向空出間隔配置有複數個。於圖3中，於實施例1，支持構件37配置於與火焰穩定器31之內周側突起31a彼此之間對應之位置。

於圖2中，於實施例1之固體燃料燃燒器7中，於燃料濃縮器34之下游側配置有流路區劃構件36。因此，於實施例1之固體燃料燃燒器7，於藉由第2迴旋器34b將噴嘴中心側之流體之迴旋減弱之下游側配置流路區劃構件36，並將流路區劃、分離為外周側(噴嘴內壁側)與內周側(噴嘴中心側)。因此，將以燃料濃縮器34之第1迴旋葉片34c向燃料噴嘴21之內周壁濃縮之燃料之大部分供給至外側流路24a。因而，流路區劃構件36不易妨礙粒子藉由燃料濃縮器34朝徑向外側之流通，且於外側流路24a中朝徑向外側之燃料由內周壁反射欲再次朝向中心軸側時，亦由流路區劃構件36阻止。因而，抑制藉由第1迴旋器34a而暫時於外周側(噴嘴內壁側)濃縮之燃料粒子再分散，並將濃縮效果保持至噴嘴開口部附近。

因此，與不具有流路區劃構件36之專利文獻1所記載之構成相比，即使於使用著火性較差之生物燃料粉碎後之固體燃料粒子之情形時，亦可確保燃料之濃縮效果。

尤其於實施例1，燃料濃縮器34未全面固定於燃料噴嘴21之內表面。於將燃料濃縮器34支持於燃料噴嘴21之內表面之構成中，支持之部位由於濃縮之燃料粒子之碰撞而磨損。因此，需以耐磨損性之特殊材料構成支持之部位，故有成本增大之問題。對此於實施例1，燃料濃縮器34未受燃料噴嘴21支持，故無磨損之部位，並可抑制成本之增大。

又，實施例1之固體燃料燃燒器7並非為，於燃料噴嘴21內沿文氏管即噴嘴中心方向賦予燃料粒子之速度成分之構件，於經過曲管部(彎管20)後未作用，進而於其下游側配置賦予自燃料噴嘴之中心離開之方向之速度成分之燃料濃縮器的構成。即，與專利文獻3所記載之構成不同。於專利文獻3之技術中，進行以暫時由文氏管朝噴嘴中心方向賦予燃料粒子之速度成分，接著藉由紡錘形狀之燃料濃縮器賦予自燃料噴嘴之中心離開之方向之速度成分之方式反轉方向之2階段之濃縮作用。因此，雖需某種程度上確保燃料噴嘴之長度，但於其他爐外機器、配管、構造物之關係上而言，為了將此縮短，需將文氏管之縮窄與燃料濃縮器之徑向之擴展設定為陡峭者。因混合流體於燃料噴嘴上游側之曲管部急劇地彎曲，故於噴嘴剖面之燃料粒子之分佈產生偏重，但若將文氏管之縮窄與燃料濃縮器之徑向之擴展設定為陡峭者，則該偏重易直接殘存於下游側。

相對於此，於實施例1所記載之固體燃料燃燒器7中，混合流體於經過曲管部之流路中，未接受朝燃料噴嘴21之中心方向之作用，並藉由第1迴旋器34a，賦予朝自燃料噴嘴21之中心離開方向之速度成分，且濃縮作用於1階段結束，故與專利文獻3所記載之構成相比可縮短燃料噴嘴21之長度。若可縮短燃料噴嘴21之長度，則有燃燒器設置之自由度增加，並可避免對其他爐外機器、配管、構造物之干擾之優點。又因藉由迴旋之效果促進周向(沿噴嘴內壁)之混合，故於周向之燃料粒子之分佈不易產生偏重，且對著火性與火焰之穩定性提高有效果。

又，因於實施例1之固體燃料燃燒器7，具有流路區劃構件36，向燃料噴嘴21外側(沿內壁)之燃料粒子之濃縮效果較高，且該效果不易消失，故於作為燃料濃縮器34之第1迴旋器34a與第2迴旋器34b之組合 中，無過量之迴旋賦予與其消除之必要，故對燃燒器之壓力損失降低有效果。又，將作為燃料濃縮器34之第1迴旋器34a與第2迴旋器34b之組合小型化，可縮短燃料噴嘴21之全長，亦關係到抑制構件之使用量。

進而，於實施例1之固體燃料燃燒器7，與專利文獻1之技術相比，可以對包含粒徑較粗之燃料粒子之混合流體賦予更少之迴旋來實現燃料粒子沿燃料噴嘴21內壁之濃縮與直至該燃燒器開口端部之保持效果。即，暫時沿燃料噴嘴21內壁濃縮之燃料粒子難以於噴嘴中心側再分散，或流速之降低引起之開口端之火焰穩定器31附近之著火性之提高，藉此可設為使第1迴旋器34a之迴旋之強度，即第1迴旋葉片34c之角度等相對緩和者。該情況關係到可實現使第2迴旋器34b之迴旋之抵消效果相對緩和者。根據該等情況謀求燃料噴嘴21內之壓力損失之降低。進而，即使為粉碎木質系原料之顆粒般粒子較粗之生物燃料，亦不易產生局部之混合流體之滯留，故可謀求抑制燃料粒子對於迴旋器(迴旋葉片)之附著。

且，於實施例1，流路區劃構件36形成為圓錐形狀，於通過流路區劃構件36之期間，通過流路區劃構件36與燃料噴嘴21之間之流體之流速下降。且，經濃縮之燃料於流速下降之狀態下，被供給至火爐6。因此，即使為著火性較低之生物燃料，亦可確保著火性。

又，實施例1之流路區劃構件36以下游端S2之混合流體之流速較上游端S1之流速降低之方式，成為下游端S2之外側流路24a之剖面積較上游端S1之外側流路24a之剖面積擴大之圓錐形狀。即，於實施例1中流路區劃構件36之上游端之內徑D_S1形成為大於下游端之內徑D_S2。若為此種傾斜形狀，則較沿軸向之筒狀之情形，固體燃料粒子更容易沿傾斜面移動，並不易堆積於上表面。又，藉由設為D_S1>D_S2，外周側(噴嘴內壁 側)流路之剖面積向噴嘴開口部逐漸擴張，使燃料粒子之流速減速，對著火性與火焰之穩定性之提高有進一步之效果。

另，較佳將流路區劃構件36相對於軸向傾斜之傾斜角θ2設為10°~15°。另，將θ2設為10°~15°較佳之理由與θ1之情形同樣。

又，將流路區劃構件36之上游端S1之內徑D_S1設定為第1迴旋葉片34c之外徑D_W1及第2迴旋葉片34d之外徑D_W2以上。於D_S1<D_W2之情形時，搬送氣體亦流入D_S1之外周流路，且粒子濃度濃縮效果變弱。因此，藉由設為D_S1≧D_W2，粒子流入外周側，搬送氣體被分配至外周及內周，因而有濃縮通過流路區劃構件36之粒子濃度之效果。若自其它角度觀察，則因第2迴旋器34b之迴旋之抵消效果限於流路內周側(噴嘴中心側)，故可更高地維持外周側(噴嘴內壁側)之燃料粒子濃縮之保持效果。

又，於實施例1，流路區劃構件36之下游端之內徑D_S2形成為小於第2迴旋葉片34d之外徑D_W2。即，設定為D_W2>D_S2。藉由設為D_W2>D_S2，可於流路區劃構件36之內周側(噴嘴中心側)，使第2迴旋器34b之迴旋之抵消效果遍及徑向整體。藉此，使迴旋較弱之混合流體自燃燒器開口部噴出，且混合流體未於火爐6內過度擴散，可緩和與二次空氣或三次空氣等燃燒用氣體(空氣)之混合，並提高氮氧化物(NOx)產生之抑制作用。

進而，實施例1之流路區劃構件36藉由支持構件37自燃料噴嘴21之內周壁側受支持。假設，若自中心軸(點火燃燒器32)側支持流路區劃構件36，則於保養檢查點火燃燒器32及/或燃料濃縮器34等時，與碰撞板32a一起自碰撞板凸緣20a分離並向爐外拉出時，若不分離流路區劃構件36與支持構件37則無法通過直管部21a。即，有保養檢查作業之作業性 下降之問題。對此，於實施例1，流路區劃構件36自燃料噴嘴21之內周壁側受支持，且容易進行點火燃燒器32及/或燃料濃縮器34之保養、檢查。

又，於實施例1，將流路區劃構件36與支持構件37(及燃料濃縮器34)自燃料噴嘴21之火爐22側開口端部(下游端)fs至固體燃料燃燒器7之火爐22壁面開口部空出距離而設置於燃料噴嘴21內之流體流通方向上游側，即火爐22之外側。更具體而言，如圖2所示，於將燃料噴嘴21之火爐側開口端部fs至流路區劃構件36之下游端之距離設為L3之情形時，距離L3相對於燃料噴嘴21之火爐側開口端部fs之內徑D2，較佳設為0.15×D2~1.0×D2之範圍。若未達0.15，則流路區劃構件36易受來自火爐之輻射。

因此，藉由設定為0.15×D2以上，流路區劃構件36等減輕來自火爐(爐內)22之輻射之影響，並可降低需頻繁保養之可能性。又，即使於燃料粒子尤其附著、堆積於流路區劃構件36之上表面等之情形時亦可減輕著火之風險、或不至附著堆積亦成滯留傾向而於燃料噴嘴21內著火之風險，並可容易將著火區域設置於火焰穩定器31之下游側。

另，若超過1.0×D2，則流路區劃構件36之下游端S2過於自各位置fs及火爐壁面開口部離開。因而，流路區劃構件36之流速降低後之區間變長。若流速降低後之區間變長，則有燃料粒子附著堆積於燃料噴嘴21之壁面之可能性變高或燃料噴嘴21長大化且固體燃料燃燒器7大型化之問題。

於實施例1，燃料噴嘴21成為跨及直管部21a、擴大部21b、及下游部21c，流路24之剖面積相同或單調增加之構成，即無剖面積減少之區間之構成。假設，若於燃料濃縮器34之上游端至流路區劃構件36之上游端S1之間有燃料噴嘴21之剖面積減少之區間，則流速於剖面積 減少之區間增大(加速)。且，若流速於之後之流路區劃構件36之位置減速，則形成所謂脈動般之流體。於此情形時，有產生流速F過低之區域，致使燃料粒子堆積、滯留的顧慮。

對此，於實施例1，無流路24之剖面積減少之區間，未產生脈動般之流體，且流速F未陷入有燃料粒子堆積、滯留之顧慮之低流速區域而平滑地減速(逐漸降低)。因而，於實施例1之固體燃料燃燒器7，燃料噴嘴21之內部以流速F未增大(成單調減少或相同)之方式，設定為剖面積單調增加或相同(未減少)。

因此，燃料濃縮後剖面積未減少，且流速未反復增大與減少，故而減少燃料之堆積、滯留，直接濃縮並減速而向火爐6供給。即，於燃料噴嘴21之配管內，以不招致粒徑較大之燃料粒子之滯留之方式以高流速搬送，且於火爐6開口部側使流路剖面積較上游側更大而降低流速，藉此提高著火性與火焰之穩定性。

於圖2~圖4中，實施例1之支持構件37形成為沿徑向延伸之放射狀之板狀，成為相對於混合流體盡可能不妨礙其流通之形態。另，於實施例1，支持構件37雖使用長邊方向之長度與流路區劃構件36相同長度之1張板狀之構件但不限定於此，即使將板分為複數個，亦可設為棒狀之構件。

於噴嘴軸向觀察之支持構件之剖面形狀只要為不妨礙流通者則並無特別限定，亦可為流線形之翼狀(參照圖4(C))、菱形(圖4(D))等。於為翼狀、菱形狀之情形時，因沿流通方向，流路暫時縮小，故燃料粒子之濃縮進一步增強，有提高著火‧火焰穩定性之效果。

此處，於支持構件37之形狀為越靠下游側周向之厚度越大 之楔狀之構造之情形時，相對於混合流體之流通方向，朝面向通往支持構件之火爐之開口部之壁面或空間，產生使混合流體逆流之旋渦。因該面狀之部位受來自火爐之輻射而成高溫，故需考慮耐熱性較高之構件之使用、被覆等之對策。亦有因產生上述旋渦導致燃料粒子附著、成長乃至滯留之可能性。

對此，於實施例1之支持構件37，厚度方向形成為與火爐22對向之板狀，於自燃料噴嘴21之開口面側觀察之情形時，複數個板狀之支持構件37成線狀般配置。因而，與專利文獻1所記載之構成相比，不易產生混合流體逆流之旋渦，並可抑制燃料粒子附著、成長乃至滯留。又，完成所需針對受到來自火爐22之輻射而成高溫之對策亦較少，故較為經濟。

又，實施例1之支持構件37配置於未與火焰穩定器31之內周側突起31a重疊之位置，與重疊之情形相比，降低混合氣體之流通之電阻。

另一方面，於沿噴嘴軸向所觀察之支持構件37之剖面形狀為流線形之翼狀、菱形等流通方向，流路暫時縮小之例(圖4(C)、(D)所示之例)中，因火焰穩定器之突起位於流路暫時縮小且燃料粒子之濃縮之(即產生分佈)區域之下游，故有提高著火、火焰穩定性之效果。

又，於實施例1，關於燃料噴嘴(1次噴嘴)21之內徑，開口部(下游端)之內徑D2設定為大於直管部21a之內徑D1。因於燃料噴嘴21之上游側(燃料搬送管)防止燃料粒子附著堆積於流路內部，故需某種程度上較高地保持混合流體之流速，對此自著火性、火焰穩定性之觀點而言，需使流速於燃料噴嘴21(1次噴嘴)21之下游端充分降低。因而，於實施例1，設定下游端之內徑D2大於直管部21a之內徑D1，與D1≦D2之情形相比， 提高著火、火焰穩定性。

(模擬結果)

圖5係比較例之說明圖。

其次，進行確認實施例1之效果之實驗(電腦模擬)。實施例1中，於實驗例1之構成中，將第1迴旋葉片34c之外徑D_W1與第2迴旋葉片34d之外徑D_W2設為相同。又，於實驗例2，設為第2迴旋葉片34d之外徑D_W2大於第1迴旋葉片34c之外徑D_W1之情形。又，於比較例1，於圖5之構成中進行實驗。即，於圖5之構成中，不具有實施例1之擴大部21b或下游部21c。又，於圖5之構成中，作為燃料濃縮器，具有文氏管01而非迴旋葉片，其於燃料噴嘴之剖面積減少且燃料於徑向之內側濃縮之後，以越向點火燃燒器所支持之下游側前進而直徑越大之構件使燃料向徑向外側移動，藉此將燃料濃縮於徑向之外側。

於模擬中，於燃料噴嘴21之下游端，測定徑向之燃料之分佈(比例)。將結果顯示於圖6。

圖6係模擬結果之說明圖。

圖6中，於比較例1，成徑向之外側之區域1之燃料之比例較少，徑向之中間之區域2之燃料之比例較多之結果。即，燃料未於外周側濃縮，燃料之濃縮效果不充分。

另一方面，於實驗例1，外周側之區域1之燃料之比例於區域1~區域3之所有區域中最多，且於外周側濃縮燃料。又，於實驗例2，獲得區域1之燃料之比例較實驗例1更多之結果。

因此，如比較例1般，於即使設置有流路區劃構件36，並設置有燃料濃縮器，亦不具有擴大部21b之構成中，燃料之濃縮效果不充 分。與此相比，藉由設為如實施例1(實施例1、2)般具有擴大部21b之構成，而通過擴大剖面積之擴大部21b來降低流速且提高著火性，且與比較例1之構成相比，藉由提高燃料之濃縮效果且於外周側濃縮燃料，而進一步提高著火性、火焰穩定性。

圖7係具備本發明之固體燃料燃燒器之鍋爐(燃燒裝置)之說明圖，圖7(A)係於爐(鍋爐)前後各3段之固體燃料燃燒器中之爐前側及爐後側之最上段設置有使用生物燃料之本發明之固體燃料燃燒器之情形之說明圖，圖7(B)及圖7(D)係於爐前側之最上段設置有使用生物燃料之本發明之固體燃料燃燒器之情形之說明圖，圖7(C)及圖7(E)係於爐後側之最上段設置有使用生物燃料之本發明之固體燃料燃燒器之情形之說明圖。

於圖7(A)所示之形態，對固體燃料燃燒器7中最上段之固體燃料燃燒器7，供給生物燃料。另一方面，對中段與下段之固體燃料燃燒器7'，供給作為固體燃料之一例之煤炭。煤炭為收容於料庫4'者且成為以磨粉機5'粉碎之煤粉，供給至中段與下段之固體燃料燃燒器7'。另，於各段中，固體燃料燃燒器7沿燃燒裝置1之爐寬方向設置有複數個。

固體燃料燃燒器7'之形態未必為上述本發明之固體燃料燃燒器。

如圖1所示，於使用生物燃料之情形時，有時粒子徑較大之生物燃料未著火而直接落下至爐底。若未著火之生物燃料堆積於爐底，則有必須提高保養之頻率或燃料之浪費變多之問題。

對此，於圖7(A)所示之形態，僅由最上段之固體燃料燃燒器7使用生物燃料。因此，即使於最上段之固體燃料燃燒器7產生未著火之生物燃料，亦於落下至爐底之期間，易由中段與下段之固體燃料燃燒器7'著火並燃盡。尤其於鍋爐6中，設置有固體燃料燃燒器7、7'之區域，越靠上方越 易成高溫。因此，若由最上段之固體燃料燃燒器7使用生物燃料，則與由下段之固體燃料燃燒器使用生物燃料之情形相比，不易產生未著火之生物燃料。因而，於圖7(A)所示之形態，未著火之生物燃料不易落下至爐底，可抑制燃料之浪費等。

又，於爐前側及爐後側具備各3段之固體燃料燃燒器之已設置之燃燒裝置1中，亦可變更為僅由最上段之固體燃料燃燒器7使用生物燃料。因此，可容易將已設置之僅使用煤炭之燃燒裝置1轉換為使用生物燃料之燃燒裝置1。

進而，如圖7(B)、圖7(C)所示，即使於固體燃料燃燒器7、7'之段數於爐前後不同之構成(或，雖具備相同段數，但使1個停止之構成)中，亦可變更為僅由爐前側或爐後側之最上段之1個固體燃料燃燒器7使用生物燃料。

另，於圖1、圖7中，雖例示於上下方向具備3段固體燃料燃燒器7、7'之構成，但未限定於此。亦可為2段或4段以上之構成。

此時，雖期望將使用生物燃料之固體燃料燃燒器7設為最上段，但不限定於此。亦可設為最上段與中段之2段以上。

又，例如，亦可構成為於圖7(D)、圖7(E)般之最上段，於一固體燃料燃燒器7使用生物燃料，於另一固體燃料燃燒器7'使用煤粉。即，亦可構成為令使用生物燃料之固體燃料燃燒器7、與使用煤粉之固體燃料燃燒器7'對向。

以下，雖詳細敘述本發明之實施例，但本發明並非限定於上述實施例者，可於請求範圍所記載之本發明之主旨之範圍內進行各種變更。

例如，支持構件37之形狀未限定於板狀，亦可變更為楔狀或菱形狀、梯形狀等任意形狀。

又，雖例示具有2次燃燒用氣體噴嘴26與3次燃燒用氣體噴嘴27之2段燃燒用氣體噴嘴26、27之構成，但未限定於此，燃燒用氣體噴嘴亦可設為1段或3段以上。

進而，作為燃料濃縮器34，例示具有2個第1迴旋器34a與第2迴旋器34b之構成，但未限定於此。可設置3個以上，亦可設為1個。另，於將迴旋器設為1個之情形時，於流路區劃構件36中，迴旋減弱，故通過流路區劃構件36後之混合流體於迴旋減弱之狀態下噴出。又，考慮流路區劃構件36之迴旋之減弱，可使賦予第2迴旋器34b之逆迴旋之性能低於賦予第1迴旋器34a之迴旋之性能。即，可進行縮短第2迴旋葉片34d之外徑或縮小傾斜角或縮短軸向之長度等變更。

又，作為燃料噴嘴21，雖期望設為具有下游部21c之構成，但未限定於此。亦可構成為不具有下游部21c，而使擴大部21b之下游端成為燃料噴嘴21之下游端。此時，因L2=0，故L2≠L4。

1:燃燒裝置

4:料庫

5:磨粉機

6:鍋爐

7:固體燃料燃燒器

8:燃料配管

9:脫硝裝置

10:空氣預熱器

11:鼓風機

12:空氣配管

13:氣體-氣體加熱器

14:乾式集塵機

15:脫硫裝置

16:濕式集塵機

17:氣體-氣體加熱器

18:煙囪

Claims (6)

1. 一種固體燃料燃燒器，其特徵在於具備：燃料噴嘴，其流通固體燃料與其搬送氣體之混合流體，並向火爐開口；燃燒用氣體噴嘴，其配置於上述燃料噴嘴之外周側，使燃燒用氣體噴出；及燃料濃縮器，其設置於上述燃料噴嘴之中心側，將自上述燃料噴嘴之中心離開之方向之速度成分賦予上述混合流體；上述燃料濃縮器具有：第1迴旋器，其為具有對上述混合流體賦予迴旋之複數個葉片，且各葉片未全面固定於燃料噴嘴之內側而自上述燃料噴嘴之內表面離開配置者，且配置於上述混合流體之流通方向之上游側；及第2迴旋器，其相對於上述第1迴旋器配置於上述混合流體之流通方向之下游側，且上述複數個葉片之迴旋方向與上述第1迴旋器為反方向；相對於上述第2迴旋器，於上述混合流體之流通方向之下游側，設置有將上述燃料噴嘴之流路區劃為流路剖面中之內側與外側之流路區劃構件；且上述第1迴旋器及上述第2迴旋器之外徑為上述流路區劃構件之上游端之內徑以下。
2. 如請求項1之固體燃料燃燒器，其中上述燃料噴嘴之流路具有：上游部，其內徑於上述第1迴旋器之上游側相同或單調增加；擴管部，其連通於上述上游部之下游側且內徑逐漸擴 大；及下游部，其連通於上述擴管部之下游側且內徑為特定。
3. 如請求項2之固體燃料燃燒器，其中上述第1迴旋器之至少一部分位於上述燃料噴嘴流路之上游部之範圍；上述第2迴旋器之至少一部分位於上述燃料噴嘴流路之下游部之範圍。
4. 如請求項3之固體燃料燃燒器，其中具備：流路區劃構件，其於上述燃料噴嘴流路之下游部之範圍，將上述燃料噴嘴之流路區劃為流路剖面之內側與外側。
5. 如請求項4之固體燃料燃燒器，其中上述流路區劃構件為上游端之內徑大於下游端之內徑之形狀；上述第2迴旋器之外徑小於上述流路區劃構件之上游端之內徑，且大於上述流路區劃構件之下游端之內徑。
6. 如請求項1至5中任一項之固體燃料燃燒器，其中上述各迴旋器之外徑未達上述燃料噴嘴流路之上游部之內徑。

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