TWI785307B - 後通氣孔及具備其之燃燒裝置 - Google Patents

後通氣孔及具備其之燃燒裝置 Download PDF

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Abstract

[課題]提供後通氣孔及具備其之燃燒裝置，其只要部分的改造，就可將直進性較高的噴流及往水平方向擴散的噴流供給至燃燒爐內。 [解決手段]後通氣孔(3、3A)，其形成為同心軸上的多重管構造，具備：將二段燃燒用的一次空氣以直進流(ST)噴出至燃燒爐(11)內的直進流路(31)、設在直進流路(31)的外周且將二段燃燒用的二次空氣以迴旋流(SW)噴出至燃燒爐(11)內的迴旋流路(32、33、34)，其特徵為，在迴旋流路(32、33、34)的噴出口(32A、33A、34A)，設有：在鉛直方向夾著直進流路(31)來配置且將迴旋流(SW)擋住而改變成直進方向的一對止旋構件(41A、41B)、在水平方向夾著直進流路(31)來配置且將迴旋流(SW)往水平方向的兩外側偏向的一對導葉(42A、42B)。

Description

後通氣孔及具備其之燃燒裝置
本發明，關於後通氣孔及具備其之燃燒裝置。
已知有在空氣不足的狀態下使燃料在燃燒器燃燒，從後通氣孔供給完全燃燒時所必要的殘餘空氣之採用所謂的二段燃燒法的燃燒裝置。
在該二段燃燒法的燃燒裝置，藉由燃燒器的配置或來自燃燒器的燃料及空氣的供給方法，上昇到後通氣孔之設置區域的燃燒氣體(含有未燃燒部分)的流量分布會有變化。為了抑制燃燒爐出口中的未燃燒碳或一氧化碳(CO)等的可燃燒部分的殘存，因應上昇到後通氣孔之設置區域的燃燒氣體的流量分布，來適當地供給二段燃燒用空氣是重要的。
例如，專利文獻1所揭示的燃燒煤粉的鍋爐，是使用有形成為同心軸上的多重圓管構造，從中心部的圓管噴出直進流，且從其外周部藉由阻件來噴出迴旋流之複合型的後通氣孔，藉由迴旋流的作用來促進與燃燒氣體的混合，並藉由直進流的作用來防止燃燒爐之中央區域之來自燃燒器側的燃燒氣體穿透。
但是，該複合型的後通氣孔，有時無法充分確保往燃燒爐中央區域之噴流的直進性，該情況時，會被從燃燒器側上昇的燃燒氣體向上推起而導致燃燒氣體與空氣的混合不夠充分。且，難以對相鄰的後通氣孔之間的空隙供給空氣，而容易發生從燃燒器側上昇之燃燒氣體的穿透。
於是，專利文獻2及專利文獻3所揭示的後通氣孔，構成為，將噴出口於水平方向分割，從形成在中央部分之於鉛直方向細長的噴出口噴出直進流，從水平方向之左右外側的噴出口透過導引葉片來噴出往水平方向擴散的水平擴散流。藉此，噴出直進性較高的噴流，並對相鄰的後通氣孔之間的空隙供給充分的空氣。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2007/080873號 [專利文獻2]日本專利第6025983號公報 [專利文獻3]國際公開第2017/126240號
[發明所欲解決之問題]
但是，將設置在既有之鍋爐的複合型之後通氣孔整個取代成專利文獻2及專利文獻3所揭示之構造的後通氣孔的話，會成為大規模的改造工程，成本亦為高昂。
於是，本發明之目的在於提供後通氣孔及具備其之燃燒裝置，其只要部分的改造，就可將直進性較高的噴流及往水平方向擴散的噴流供給至燃燒爐內。 [解決問題之技術手段]
為了達成上述目的，代表性的本發明，是一種後通氣孔，其形成為同心軸上的多重管構造，具備：將二段燃燒用的一次空氣以直進流噴出至燃燒爐內的直進流路、設在前述直進流路的外周且將二段燃燒用的二次空氣以迴旋流噴出至前述燃燒爐內的迴旋流路，其特徵為，在前述迴旋流路的噴出口，設有：在鉛直方向夾著前述直進流路來配置且將前述迴旋流擋住而改變成直進方向的一對止旋構件、在水平方向夾著前述直進流路來配置且將前述迴旋流往水平方向的兩外側偏向的一對導葉。 [發明之效果]
根據本發明，只要進行部分的改造，就可將直進性較高的噴流與往水平方向擴散的噴流供給至燃燒爐內。又，上述以外的課題、構造及效果，是由以下之實施形態的說明而明瞭。
以下，針對本發明之各實施形態之後通氣孔及具備其之燃燒裝置的構造，參照圖1～圖8來說明。
＜燃燒裝置10的全體構造＞ 首先，針對燃燒裝置10的全體構造，參照圖1來說明。
圖1，是表示各實施形態之燃燒裝置10(鍋爐100之一部分)之一構造例的概略立體圖。
燃燒裝置10，搭載於在火力發電廠等使用之燃燒煤粉的鍋爐100。鍋爐100，例如使從煙煤或亞煙煤等之煤所生成的煤粉作為固體燃料來燃燒，將燃燒所發生的熱予以回收。
鍋爐100的燃燒爐11，對於地面沿著鉛直方向來設置，具有被以水冷管構成的水冷壁包圍的筐體構造。在燃燒爐11的內部，形成有供燃料亦即煤粉燃燒的燃燒空間。在燃燒空間發生的燃燒氣體，如圖1中的粗線箭頭所示般，從燃燒爐11之鉛直方向的下側朝向上側流動。
在燃燒爐11內，鉛直方向的下側為燃燒氣體之流動的「上游側」，鉛直方向的上側為燃燒氣體之流動的「下游側」。於是，燃燒爐11的出口，位在燃燒氣體之流動的下游側亦即鉛直方向的上側。
於燃燒爐11的上部(出口)，連結有對於燃燒爐11沿著交錯(正交)方向延伸的煙道12。在燃燒爐11藉由燃燒所發生的熱，主要是以對水冷壁的輻射所致之傳熱來將流動於水冷管內的水予以加熱蒸發。然後，所發生的水蒸氣，是藉由在煙道12之內部所設置之過熱器或再熱器等之熱交換器(圖省略)的熱交換來過熱，並送到渦輪機來供以發電。且，從鍋爐100排出的燃燒氣體，在通過脫硝裝置或空氣預熱器等(未圖示)之後，作為處理過的排氣而排出至外部。
又，圖1中，將煙道12延伸的的方向作為「深度方向」，將深度方向的燃燒爐11側作為「前側」，將其相反側作為「後側」。且，將與鉛直方向及深度方向交錯(正交)的方向作為「寬度方向」。
燃燒裝置10，是採用將用來燃燒煤粉的燃燒用空氣分成二階段來供給至燃燒爐11內的二段燃燒法，具備：以理論空氣量以下的空氣量來使煤粉燃燒的複數個燃燒器2、將不足的空氣予以供給的複數個後通氣孔3。
在本實施形態，鍋爐100是對向燃燒型的鍋爐，複數個燃燒器2及複數個後通氣孔3，是分成在深度方向對向地配置的燃燒爐11之前壁110A與後壁110B來設置。
具體來說，在前壁110A及後壁110B各自設有12個燃燒器2與4個後通氣孔3。前壁110A側的12個燃燒器2與後壁110B側的燃燒器2，是配置在互相對向的位置，每個構造均相同。同樣地，前壁110A側的4個後通氣孔3與後壁110B側的4個後通氣孔3，是配置在互相對向的位置，每個構造均相同。在此，舉例說明前壁110A側的12個燃燒器2及4個後通氣孔3的構造。
12個燃燒器2，是在鉛直方向分成3段，於每段分別沿著寬度方向並排有4個。4個後通氣孔3，是在比12個燃燒器2還在鉛直方向上側且在比燃燒爐11的出口位置還下側處，於寬度方向並排。又，燃燒爐11之壁面之複數個燃燒器2及複數個後通氣孔3各自的配置或鉛直方向之數量及寬度方向之數量，並不一定限定於舉例者。以下，針對後通氣孔3的具體構造依實施形態來說明。
＜第1實施形態＞ 針對本發明之第1實施形態的後通氣孔3之構造，參照圖2～圖5來說明。
圖2，是從燃燒爐11側觀看第1實施形態之後通氣孔3的前視圖。圖3，是圖2的A-A線剖面圖。圖4，是圖2的B-B線剖面圖。圖5，是從鉛直方向觀看止旋構件41A的示意圖。
後通氣孔3，形成為同心軸上的剖面圓形的多重管構造，具備：將二段燃燒用的一次空氣以直進流ST噴出至燃燒爐11內的直進流路31、設在直進流路31的外周且將二段燃燒用的二次空氣以迴旋流SW噴出至燃燒爐11內的迴旋流路32。又，在圖3及圖4，是將後通氣孔3的中心軸C以一點鏈線來表示。
在本實施形態，後通氣孔3，是藉由第1配管301及第2配管302的兩個配管來形成雙重管構造。第1配管301配置在第2配管302的內側(亦即，第2配管302配置在第1配管301的外側)，於是，第1配管301相當於內管，第2配管302相當於外管。
然後，在第1配管301的內部形成有直進流路31，在第1配管301與第2配管302之間形成有迴旋流路32。且，於迴旋流路32的噴出口32A，設有：一對止旋構件41A、41B，其將藉由阻件40來調整過的迴旋流SW予以擋住並改成直進方向；以及一對導葉42A、42B，其使迴旋流SW往水平方向(燃燒爐11的寬度方向)的兩外側偏向。
如圖2及圖3所示般，一對止旋構件41A、41B，是在鉛直方向夾著第1配管301亦即直進流路31來配置。以中心軸C為中心而在迴旋流路32內迴旋的迴旋流SW，會在噴出口32A之鉛直方向之上下2處分別與一對止旋構件41A、41B衝突而筆直地噴出至燃燒爐11內。於是，在燃燒爐11內直進的噴流，除了在直進流路31內流動之直進流ST以外，還會加上從直進流路31之鉛直方向的上下噴出的噴流，亦即迴旋流SW之中被一對止旋構件41A、41B給擋住迴旋的噴流(圖3中以空心箭頭來表示)。藉此，可提高從後通氣孔3噴出的空氣(噴流)對燃燒爐11之中央區域的直進性。
一對止旋構件41A、41B，各自具備：沿著第1配管301的外周面空出既定間隔來豎立設置的一對縱板411A、411B；以及將一對縱板411A、411B之間予以連接的橫板412。一對縱板411A、411B及橫板412均如圖5所示般，是由在第1配管301之軸方向(沿著中心軸C的方向)具有長邊的長方形之板狀構件所形成。又，由於一對止旋構件41A、41B為相同的構造，故在圖5，是以一對止旋構件41A、41B之中配置在鉛直方向之上側的止旋構件41A舉例圖示。
如上述般，一對縱板411A、411B是以長邊沿著中心軸C的方式豎立設置，故迴旋流SW的衝突面積較大，一對止旋構件41A、41B所致之迴旋流SW的阻擋力會增加。
且，在本實施形態，如圖2所示般，一對止旋構件41A、41B是各自使一對縱板411A、411B焊接於第1配管301的外周面藉此固定於第1配管301，並在與第2配管302之間形成有間隙。第2配管302與第1配管301相較之下比較接近冷水管而容易發生熱膨脹，故一對止旋構件41A、41B不要固定在第1配管301及第2配管302之雙方為佳。
而且，為了更牢固地固定一對止旋構件41A、41B，比起第2配管302，是將一對止旋構件41A、41B固定在第1配管301為佳，不過只要至少固定在第1配管301及第2配管302之中任一方的管即可。
又，如上述般，一對止旋構件41A、41B各自是只有一對縱板411A、411B之短邊方向的一端成為被固定的狀態，故為了確保穩定的固定狀態，是將一對縱板411A、411B之間以橫板412來連接藉此補強。
如圖2及圖4所示般，一對導葉42A、42B是在水平方向夾著第1配管301亦即直進流路31來配置。如圖4所示般，一對導葉42A、42B是各自具備兩片羽片421、422。該等兩片羽片421、422是各自使燃燒爐11側的前端對於中心軸C傾斜成朝向水平方向的外側。
藉此，在迴旋流路32內流動過來的迴旋流SW，會在噴出口32A之水平方向的左右兩處被兩片羽片421、422給偏向於水平方向的外側而噴出至燃燒爐11內(圖4中以空心箭頭表示)。於是，從既定的後通氣孔3噴出之空氣亦會擴散至相鄰的後通氣孔3側，故空氣被供給至相鄰的後通氣孔3之間的空隙，可抑制從燃燒器2側上昇的燃燒氣體之穿透。
又，兩片羽片421、422對中心軸C的傾斜角度可各自適當設定，可因應燃燒爐11內之燃料的燃燒狀況或燃燒裝置10的規格等來自由地調整。
如以上所述，即使是對於形成為同心軸上之剖面圓形的多重管構造，且使直進流ST與迴旋流SW往燃燒爐11內噴出的後通氣孔，只要進行將一對止旋構件41A、41B及一對導葉42A、42B設置在迴旋流路32之噴出口32A這種部分的改造，就可將直進性較高的噴流及往水平方向擴散的噴流供給至燃燒爐11內。
(變形例) 接著，針對一對止旋構件41A、41B的變形例，參照圖6A～C進行說明。
圖6A～C，表示本發明之各變形例之止旋構件41A的構造，圖6A是從燃燒爐11側觀看變形例1之止旋構件41A的前視圖，圖6B是從燃燒爐11側觀看變形例2之止旋構件41A的前視圖，圖6C是從鉛直方向觀看變形例3之止旋構件41A的示意圖。
如圖6A所示般，變形例1的止旋構件41A，具備：沿著第1配管301的外周面空出既定間隔來豎立設置的三個第1～第3縱板411A、411B、411C；將相鄰之第1縱板411A與第2縱板411B之間予以連接的上下一對橫板412A、412B；以及將相鄰之第2縱板411B與第3縱板411C之間予以連接的上下一對橫板412C、412D。
如上述般，對於第1實施形態之止旋構件41A的構造，增加縱板及橫板的數量，藉此增加擋住迴旋流SW之迴旋的力量，並提升止旋構件41A的穩定性。
如圖6B所示般，變形例2的止旋構件41A，一對縱板411A、411B是各自於第1配管301之外周面的法線方向豎立設置。亦即，止旋構件41A，是以一對縱板411A、411B各自的上端部位在比下端部(焊接部分)還往水平方向之外側的方式來對鉛直方向傾斜的狀態來固定於第1配管301的外周面。
藉此，迴旋流SW，容易對一對縱板411A、411B的各個來垂直地衝突，故增加止旋構件41A之擋住迴旋流SW之迴旋的力量。
如圖6C所示般，變形例3的止旋構件41A，是固定成使一對縱板411A、411B及橫板412各自的長邊方向沿著對於迴旋流SW的迴旋方向相反的迴旋方向。
藉此，迴旋流SW，容易與一對縱板411A、411B的各個衝突，故增加止旋構件41A之擋住迴旋流SW之迴旋的力量。
又，一對止旋構件41A、41B之中，是舉出配置在鉛直方向之上側的止旋構件41A為例來說明了各變形例，但配置在鉛直方向之下側的止旋構件41B也是一樣。
＜第2實施形態＞ 接著，針對本發明之第2實施形態之後通氣孔3A之構造，參照圖7及圖8進行說明。圖7及圖8中，針對與第1實施形態之後通氣孔3所說明者共通的構成要件，是附上相同符號並省略其說明。
圖7，是沿著第2實施形態之後通氣孔3A之鉛直方向的剖面圖。圖8，是沿著第2實施形態之後通氣孔3A之水平方向的剖面圖。
本實施形態的後通氣孔3A，與第1實施形態的後通氣孔3不同，是由第1配管301、第2配管302、及第3配管303之三個配管來形成三重管構造，在第1配管301的外周設有兩個第1迴旋流路33及第2迴旋流路34。
具體來說，第1配管301配置在最內側，在第1配管301的外側配置有第2配管302，在第2配管302的外側配置有第3配管303。於是，第1配管301相當於最內管，第3配管303相當於最外管。
第1迴旋流路33是形成在第1配管301與第2配管302之間，第2迴旋流路34是形成在第2配管302與第3配管303之間。如圖7所示般，一對止旋構件41A、41B是各自從第1迴旋流路33的噴出口33A遍及第2迴旋流路34的噴出口34A來設置。
本實施形態中，亦與第1實施形態同樣地，使一對縱板411A、411B各自焊接於第1配管301的外周面藉此固定於最內管的第1配管301，並在與最外管的第3配管303之間形成有間隙。且，橫板412，設在第2配管302之延長上的位置。
又，一對縱板411A、411B的各個並不一定要僅固定於第1配管301，例如，固定在第1配管301及第3配管303之雙方而成為與第2配管302分離的狀態亦可，僅固定於第2配管302而成為與第1配管301及第3配管303之各個分離的狀態亦可。
如圖8所示般，本實施形態的一對導葉42A、42B各自具備三片羽片421～423。三片羽片421～423之中的兩片羽片421、422設置在第1迴旋流路33的噴出口33A，剩下的一片羽片423設置在第2迴旋流路34的噴出口34A。與第1實施形態同樣地，三片羽片421～423是各自使燃燒爐11側的前端對於中心軸C傾斜成朝向水平方向的外側。
如上述般，即使對於具備兩個第1迴旋流路33及第2迴旋流路34的後通氣孔3A，亦即具備三流路的後通氣孔3A，亦可設置一對止旋構件41A、41B及一對導葉42A、42B，在本實施形態亦能發揮出與第1實施形態之作用及效果相同的作用及效果。
又，本發明並不限定於上述的實施形態，亦含有其他各種變形例。例如，上述的實施形態是為了容易說明理解本發明而進行了詳細說明者，並不限定於一定具備所說明之所有的構造者。
例如，在上述實施形態，雖分別說明了對二流路的後通氣孔3及三流路的後通氣孔3A設置一對止旋構件41A、41B及一對導葉42A、42B的構造，但只要是噴出直進流ST及迴旋流SW的複合型之後通氣孔的話，流路的數量並未特別限制。
且，在上述實施形態，考慮到第2配管302之熱膨脹的影響，而使一對止旋構件41A、41B各自固定在第1配管301，但只要能擋住迴旋流SW之迴旋的話，一對止旋構件41A、41B各自的固定方法並未特別限制。
且，在上述實施形態，一對止旋構件41A、41B雖各自具備縱板及橫板，但不限於此，只要是能擋住迴旋流SW之迴旋的形狀的話，並未特別限制其構造。
且，在上述實施形態，從複數個燃燒器2供給至燃燒爐11內的燃料雖使用煤粉，但燃料種類並未特別限定，除了煤粉以外，生物質能或油等之液體、以及氣體等亦可。
2:燃燒器 3,3A:後通氣孔 10:燃燒裝置 11:燃燒爐 31:直進流路 32,33,34:迴旋流路 32A,33A,34A:噴出口 41A,41B:一對止旋構件 42A,42B:一對導葉 110A:前壁 110B:後壁 301:第1配管(內管) 302:第2配管(內管,外管) 303:第3配管(外管) 411A,411B,411C:縱板 412,412A,412B,412C,412D:橫板 C:中心軸 ST:直進流 SW:迴旋流
[圖1]，是表示本發明之各實施形態之燃燒裝置(鍋爐之一部分)之一構造例的概略立體圖。 [圖2]，是從燃燒爐側觀看本發明之第1實施形態之後通氣孔的前視圖。 [圖3]，是圖2的A-A線剖面圖。 [圖4]，是圖2的B-B線剖面圖。 [圖5]，是從鉛直方向觀看止旋構件的示意圖。 [圖6A]，是從燃燒爐側觀看本發明之變形例1之止旋構件的前視圖。 [圖6B]，是從燃燒爐側觀看本發明之變形例2之止旋構件的前視圖。 [圖6C]，是從鉛直方向觀看本發明之變形例3之止旋構件的示意圖。 [圖7]，是沿著本發明之第2實施形態之後通氣孔之鉛直方向的剖面圖。 [圖8]，是沿著第2實施形態之後通氣孔之水平方向的剖面圖。
3:後通氣孔
31:直進流路
32:迴旋流路
41A,41B:一對止旋構件
42A,42B:一對導葉
301:第1配管(內管)
302:第2配管(內管,外管)
411A,411B:縱板
412:橫板
421,422:兩片羽片

Claims (5)

  1. 一種後通氣孔，其形成為同心軸上的多重管構造，具備：將二段燃燒用的一次空氣以直進流噴出至燃燒爐內的直進流路、設在前述直進流路的外周且將二段燃燒用的二次空氣以迴旋流噴出至前述燃燒爐內的迴旋流路，其特徵為， 在前述迴旋流路的噴出口，設有： 在鉛直方向夾著前述直進流路來配置且將前述迴旋流擋住而改變成直進方向的一對止旋構件、 在水平方向夾著前述直進流路來配置且將前述迴旋流往水平方向的兩外側偏向的一對導葉。
  2. 如請求項1所述之後通氣孔，其中， 前述一對止旋構件是各自固定於：將前述迴旋流路形成在中間的內管及外管之中任一方的管。
  3. 如請求項2所述之後通氣孔，其中， 前述一對止旋構件是各自具備： 沿著前述內管的外周面空出既定間隔來豎立設置的複數個縱板、 將相鄰的縱板之間予以連接的橫板， 前述複數個縱板及前述橫板均在前述內管的軸方向具有長邊。
  4. 如請求項3所述之後通氣孔，其中， 前述複數個縱板， 是各自在前述內管之前述外周面的法線方向豎立設置。
  5. 一種燃燒裝置，其特徵為，具備： 燃燒器，其設在沿著鉛直方向設置的燃燒爐之壁，以理論空氣量以下的空氣量來使燃料燃燒；以及 請求項1至4中任一項所述之後通氣孔，其設在前述燃燒爐之壁中比前述燃燒器還靠鉛直方向之上側。
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