燃油燃烧器、固体燃料焚烧燃烧器单元及固体燃料焚烧锅炉的制作方法
【专利摘要】在将煤粉及空气向炉内投入的煤粉燃烧器的外周相邻地配置的升温用的燃油燃烧器(30A)具备：在大致矩形截面的喷嘴主体(31)的出口开口中心配置的油燃料投入用的油枪(32)；以包围油枪(32)的外周的方式设置的二次空气投入口(40)，二次空气投入口(40)包括：与安装在油枪(32)的前端部侧的圆形的扩散器(34)大致相似形的中央圆弧部(41)；在中央圆弧部(41)的两侧连续设置，为了增加与煤粉燃烧器的分离距离而将相邻方向的面间缩窄的矩形部(42L、42R)。
【专利说明】燃油燃烧器、固体燃料焚烧燃烧器单元及固体燃料焚烧锅炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及在具备焚烧例如煤粉等固体燃料(粉体燃料)的固体燃料焚烧燃烧器的锅炉中适用的升温用的燃油燃烧器、具备该燃油燃烧器的固体燃料焚烧燃烧器单元及固体燃料焚烧锅炉。
【背景技术】
[0002]以往，在固体燃料焚烧锅炉中，例如有作为固体燃料焚烧例如煤粉(煤)的煤粉焚烧锅炉。在这样的煤粉燃烧锅炉中，已知有回转燃烧锅炉及对置燃烧锅炉这两种燃烧方式，无论在哪种方式中，在使固体燃料燃烧之前都需要预热运转。
[0003]其中，在回转燃烧锅炉中，在煤粉燃烧器的上下设有锅炉升温用的燃油燃烧器(例如，参照专利文献I)。
[0004]上述的燃油燃烧器例如图5所示的构成例那样，在从炉膛内观察到的风箱50的主视图中，从上段依次配置有二次空气投入口 51、燃油燃烧器30、煤粉燃烧器52、燃油燃烧器30…煤粉燃烧器52、辅助空气投入口 53，通过沿上下方向组合多组燃油燃烧器30及煤粉燃烧器52，而作为沿炉膛高度方向连续的一体型使用。
[0005]上述的燃油燃烧器30例如图6所示那样，从炉膛内观察到的喷嘴主体31的前端形状(主体的截面形 状)为矩形，在出口开口中央部配置有喷射投入燃料油的油枪32的喷头32a。并且，在喷嘴主体31的内部，以包围成为大致圆形截面的喷头32a的外周的方式设有二次空气投入口(喷嘴)33。该二次空气投入口 33以成为比喷嘴主体31的前端形状稍小的开口面积的方式形成为将上下方向稍稍收缩的大致相同形状的矩形。
[0006]需要说明的是，图中的符号34是在喷头32a的周围形成的大致圆锥形状的扩散器，以包围扩散器34的外周的方式设置圆筒形状的点火用空气流路35。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2010-91244号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]在上述的以往的煤粉燃烧器结构中，由于在煤粉燃烧器的上下跟前设置燃油燃烧器，因此在锅炉的升温结束后利用煤粉燃烧器使煤粉燃烧时，从燃油燃烧器仅投入二次空气。即，升温结束后的燃油燃烧器仅将燃料油的喷射停止，因此二次空气在煤粉燃烧时被原封不动地投入。
[0012]因此，该二次空气成为朝向从煤粉燃烧器投入的煤粉燃烧的火焰的外周部扩散并迅速地供给的状况。
[0013]其结果是，在煤粉燃烧时的火焰中，燃油燃烧器附近的火焰外周部成为高温氧残留区域(高温高氧区域)，尤其是在二次空气集中的区域中，煤粉燃烧时的火焰成为高温氧残留区域增强而使NOx产生量增加的要因。
[0014]另一方面，当将燃油燃烧器的二次空气投入口 33设计得较细时，在设于开口部中央的扩散器的周围未能供给足够的空气，因此在锅炉起动时的升温等情况下，因空气不足而可能会发生冒烟。
[0015]尤其是在采用扩散器形式的燃油燃烧器时，从燃油燃烧器投入的二次空气被扩散器向外侧的煤粉流方向推顶而扩散，因此直接作用于从相邻的煤粉燃烧器投入的煤粉流，因此，成为在火焰外周形成高温氧残留区域的原因。即，在煤粉燃烧器中，在火焰的外周产生点火，且在火焰的外周混合有大量的空气，因此火焰外周的燃烧在火焰外周的高温氧残留区域中以氧浓度高的高温状态发展，从而在火焰外周产生NOx。
[0016]这样地在火焰外周的高温氧残留区域产生的NOx通过火焰外周，因此与火焰内部相比，还原延迟，这成为从烧煤锅炉产生NOx的要因。
[0017]从这样的背景出发，在具备燃油燃烧器的固体燃料焚烧燃烧器中，希望防止或抑制从燃油燃烧器投入的二次空气朝向因煤粉的燃烧而形成的火焰的外周部扩散、对火焰外周部迅速且直接供给的情况。而且，在利用燃油燃烧器使燃料油燃烧的升温时，为了避免产生空气不足引起的冒烟等，要求确保油燃烧的燃烧性。
[0018]本发明是为了解决上述的课题而做成的，其目的在于提供一种能够确保油燃烧时的燃烧性、而且防止或抑制在煤粉等固体燃料燃烧时从燃油燃烧器投入的二次空气朝向火焰外周迅速扩散的情况的燃油燃烧器、具备该燃油燃烧器的固体燃料焚烧燃烧器单元及固体燃料焚烧锅炉。
[0019]用于解决课题的方案
[0020]本发明为了解决上述的课题，采用下述的方案。
[0021]本发明的第一方案的燃油燃烧器在将粉体燃料及空气向炉内投入的固体燃料焚烧燃烧器的外周相邻地配置，作为升温用，其中，所述燃油燃烧器具备:在大致矩形截面的喷嘴主体的出口开口中心配置的油燃料投入用的油枪；以包围该油枪的外周的方式设置的二次空气投入口，所述二次空气投入口包括:与安装在所述油枪的前端部侧的圆形的扩散器大致相似形状的中央圆弧部；在该中央圆弧部的两侧连续设置、为了增加与所述固体燃料燃烧器的分离距离而将相邻方向的面之间缩窄的矩形部。
[0022]所述第一方案的燃油燃烧器具备在大致矩形截面的喷嘴主体的出口开口中心配置的油燃料投入用的油枪和以包围该油枪的外周的方式设置的二次空气投入口，二次空气投入口包括与安装在油枪的前端部侧的圆形的扩散器大致相似形状的中央圆弧部、在该中央圆弧部的两侧连续设置且为了增加与固体燃料燃烧器的分离距离而将相邻方向的面之间缩窄的矩形部，因此，二次空气投入口的中央圆弧部形成为在比较接近的位置将圆形的扩散器包入。因此，在利用燃油燃烧器使燃料油燃烧的升温时，向扩散器供给足够的二次空气。其结果是，油燃烧的燃烧性提高而不易产生空气不足引起的冒烟等。
[0023]另外，以包入扩散器的方式形成二次空气投入口，由此，从该区域投入的二次空气笼罩被扩散器向外侧推顶的二次空气而使其不朝向固定燃料焚烧燃烧器的火焰。
[0024]此外，二次空气投入口的矩形部增加了与相邻的固体燃料燃烧器的距离，S卩，极力缩窄了包围扩散器的区域以外的口宽，由此，能够防止或抑制二次空气朝向因固体燃料的燃烧而形成的火焰的外周迅速扩散的情况。
[0025]本发明的第二方案的固体燃料焚烧燃烧器单元具备:风箱；在所述风箱内的上下方向中心位置配置至少一台的权利要求1记载的燃油燃烧器；将粉体燃料及空气向炉内投入的固体燃料焚烧燃烧器；以位于所述固体燃料焚烧燃烧器的上下的方式设置在所述风箱内的上下两端部、向所述固体燃料焚烧燃烧器供给二次空气的二次空气投入口，所述燃油燃烧器及所述固体燃料焚烧燃烧器以所述固体燃料焚烧燃烧器位于所述燃油燃烧器的上下的方式沿上下方向交替地配置。
[0026]根据这样的固体燃料焚烧燃烧器单元，可以为将一台燃油燃烧器、两台固体燃料焚烧燃烧器及上下一对二次空气投入口收纳在风箱内的燃烧器单元，可以为将多台燃油燃烧器、多台固体燃料焚烧燃烧器及上下一对二次空气投入口收纳在风箱内的燃烧器单元。尤其是通过形成为设置在风箱内的燃油燃烧器的数目少的单元结构，能够将必要的数目的固体燃料焚烧燃烧器单元上下配设，通过在单元之间存在炉壁的分割风箱方式能够提高锅炉主体的强度。
[0027]这种情况下，二次空气投入口优选朝向沿上下分离的方向设置，由此，能够防止或抑制在因固体燃料的燃烧而形成的火焰的外周形成的高温高氧区域，而且，对于固体燃料焚烧燃烧器单元的紧凑化也有效。
[0028]需要说明的是，为了增加固体燃料焚烧燃烧器单元的上下方向距离，可以将二次空气投入口设为多级结构。
[0029]本发明的第三方案的固体燃料焚烧锅炉中，将粉体燃料及空气向炉内投入的权利要求2记载的固体燃料焚烧燃烧器单元配置在所述炉内的拐角部或壁面部。
[0030]这样的固体燃料焚烧锅炉采用分割风箱方式，由此与沿上下方向连续的风箱为一个的连续风箱方式相比，通过锅炉主体的强度提高而耐久性、可靠性提高。
[0031]发明效果
[0032]根据上述的本发明的燃油燃烧器，在煤粉等固体燃料燃烧时，能够防止或抑制从燃油燃烧器投入的二次空气朝向因固体燃料的燃烧而形成的火焰的外周部扩散、对火焰外周部迅速且直接供给的情况。
[0033]而且，在燃油燃烧器中使燃料油燃烧的升温时，能够供给足够的空气量而确保油燃烧的燃烧性，能够防止空气不足引起的冒烟等。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是表示本发明的燃油燃烧器的一实施方式的图，(a)是从炉膛内观察到的燃油燃烧器及固体燃料焚烧燃烧器的主视图，(b)是燃油燃烧器的纵向剖视图。
[0035]图2是表示本发明的固体燃料焚烧锅炉(烧煤锅炉)的构成例的纵向剖视图。
[0036]图3是图2的横向(水平)剖视图。
[0037]图4是表示具备追加空气投入部而将空气以多级投入的固体燃料焚烧锅炉的概要的说明图。
[0038]图5是具备以往的燃油燃烧器的固体燃料焚烧燃烧器的、从炉膛内观察连续风箱方式的构成例的主视图。
[0039]图6是表示燃油燃烧器的以往例子的图，(a)是从炉膛内观察到的主视图，(b)是(a)的纵向剖视图。
【具体实施方式】
[0040]以下，基于附图，说明本发明的燃油燃烧器、固体燃料焚烧燃烧器单元及固体燃料焚烧锅炉的一实施方式。需要说明的是，在本实施方式中，作为具备升温用的燃油燃烧器的固体燃料焚烧燃烧器的一例，说明适用于回转燃烧锅炉的以煤粉(粉体的作为固体燃料的煤)为燃料的固体燃料焚烧燃烧器(煤粉燃烧器)，但并不限定于此。
[0041]图2?图4所示的回转燃烧锅炉10将空气以多级的方式向炉膛11内投入，由此使从燃烧器部12到追加空气投入部(以下，称为“AA部”)14的区域成为还原气氛，从而实现燃烧废气的低NOx化。
[0042]图中的符号20是投入煤粉(粉体的固体燃料)及空气的固体燃料焚烧燃烧器，符号15是投入追加空气的追加空气投入喷嘴。例如，如图2所示，在固体燃料焚烧燃烧器20上连接有利用一次空气搬运煤粉的煤粉混合气输送管16及供给二次空气的送气通道17，在追加空气投入喷嘴15上连接有供给二次空气的送气通道17。
[0043]这样，上述的回转燃烧锅炉10中，形成将粉体燃料的煤粉(煤)及空气向炉膛11内投入的固体燃料焚烧燃烧器20配置在各级的各拐角部的回转燃烧方式的燃烧器部12，采用在各级分别形成一个或多个回转火焰的回转燃烧方式。
[0044]图1所示的燃油燃烧器30A在将例如煤粉及空气向炉内投入的固体燃料焚烧燃烧器即煤粉燃烧器的外周相邻配置，作为升温用。
[0045]在图示的构成例中，在燃油燃烧器30A的下方相邻地配置煤粉燃烧器(未图示)。即，在使回转燃烧锅炉10起动时，在煤粉燃烧器等的锅炉内到达规定的温度之前，进行利用燃油燃烧器30A使燃料油燃烧的升温运转。需要说明的是，在该升温运转中，不进行基于煤粉燃烧器的煤粉的燃烧。
[0046]如图1 (a)所示，燃油燃烧器30A的从炉膛内观察到的喷嘴主体31的前端形状为大致矩形。即，燃油燃烧器30A的喷嘴主体的纵截面形状为大致矩形，在其出口开口中心位置沿轴向配置有油燃料投入用的油枪32。在油枪32的炉膛侧前端安装有喷射燃料油的大致圆形截面的喷头32a。
[0047]并且，在油枪32的前端部侧，以包围喷头32a的外周部的方式安装有扩散器34。该扩散器34是将板材成形为大致圆锥形状而成的构件，从炉膛内观察到的形状为与喷头32a同心的圆形。
[0048]另外，在扩散器34的外周，以包围油枪32及扩散器34的方式设有圆筒形状的点火用空气流路35。
[0049]在油枪32的前端部附近，以将设置在油枪32的前端的喷头32a、扩散器34及点火用空气流路35的外周包围(包裹)的方式设有二次空气投入口 40。该二次空气投入口 40由中央圆弧部41和与中央圆弧部41的左右两端部侧连续设置的矩形部42L、42R构成。
[0050]S卩，二次空气投入口 40的中央圆弧部41为与圆形的扩散器34大致相似的形状，且在该中央圆弧部41的两侧连续地设置矩形部42L、42R。该矩形部42L、42R为了增加与相邻的煤粉燃烧器的分离距离而将上下方向(相邻方向)的面之间缩窄。因此，图示的二次空气投入口 40的矩形部42L、42R的上下面之间的尺寸比图6的以往结构缩窄。换言之，图示的二次空气投入口 40的矩形部42L、42R的上下面之间的尺寸比喷嘴主体31的矩形截面缩小，且以包裹扩散器34的方式形成的中央圆弧部41形成为呈与扩散器34大致同心圆状地向上下方向鼓出的开口形状。
[0051]这样构成的燃油燃烧器30A中，二次空气投入口 40包括与安装在油枪32的前端部的圆形的扩散器34大致相似形状的中央圆弧部41和在中央圆弧部41的两侧连续设置、为了增加与煤粉燃烧器的分离距离而将相邻方向的面之间缩窄的矩形部42L、42R，因此，二次空气投入口 40的中央圆弧部41形成为在比较接近的位置将圆形的扩散器34包入。SP，与以往的整体为矩形截面的情况相比，在与扩散器34的端部接近的位置存在二次空气投人口 40。
[0052]因此，在利用燃油燃烧器30A使燃料油燃烧的升温时，从二次空气投入口 40投入的二次空气相对于扩散器34充分供给。即，向扩散器34供给的二次空气从二次空气投入口 40的接近扩散器34的区域沿整周投入，因此能够确保足够的空气量。
[0053]其结果是，在升温运转时，油燃烧的燃烧性提高而空气不足引起的冒烟等不易发生。
[0054]另一方面，二次空气投入口 40的矩形部42L、42R为了增加与煤粉燃烧器的分离距离而将相邻方向的面之间缩窄，因此从该区域投入的二次空气与被扩散器34向外侧推顶的二次空气发生干涉。其结果是，在升温运转结束后的通常运转时，从燃油燃烧器30A投入的二次空气被笼罩而不朝向煤粉燃烧器的火焰。即，从燃油燃烧器30A投入而被扩散器34向外侧引导的二次空气与从扩散器34的周围投入的二次空气发生碰撞而流动方向变化，因此能够减少朝向煤粉燃烧器的火焰的二次空气量。
[0055]另外，二次空气投入口 40的矩形部42L、42R由于增加了与相邻的煤粉燃烧器的分离距离，因此能够防止或抑制二次空气朝向因煤粉的燃烧而形成的火焰的外周迅速扩散的情况。
[0056]这样，若能够减少从燃油燃烧器30A的二次空气投入口 40向煤粉燃烧器的煤粉流或火焰供给的二次空气量，则能抑制形成在火焰外周的高温氧残留区域，在减少从烧煤锅炉产生的NOx量的方面有效。
[0057]另外，上述的燃油燃烧器30A例如装入固体燃料焚烧燃烧器单元(以下，称为“燃烧器单元”)而使用。
[0058]燃烧器单元具备:在从炉膛内观察下作为纵长的矩形开口部的风箱；在风箱内的上下方向中心位置配置的一台燃油燃烧器30A ;在风箱内配置在燃油燃烧器30A的上下、并将煤粉流(煤粉及空气)向炉内投入的两台煤粉燃烧器；以位于两煤粉燃烧器的上下的方式设置在风箱内的上下两端部、并向两煤粉燃烧器分别供给二次空气的二次空气投入口。需要说明的是，上下一对的二次空气投入口在风箱内的上端部侧配置在煤粉燃烧器的上方，在风箱内的下端部侧配置在煤粉燃烧器的下方。
[0059]即，燃烧器单元是在比较小的风箱内装入一台燃油燃烧器30A、一对煤粉燃烧器及一对二次空气投入口而单元化的结构，该燃烧器单元沿着炉膛内的上下方向以必要数目排列设置多个。此时，在沿上下方向相邻的燃烧器单元之间，设置适当间隔。其结果是，在燃烧器单元之间形成炉壁面。
[0060]如上述那样，本实施方式的回转燃烧锅炉10中，将煤粉及空气向炉内投入的燃烧器单元采用分割风箱方式而配置在炉内的拐角部或壁面部。因此，与沿上下方向连续的风箱为一个的连续风箱方式相比，通过锅炉主体的强度提高而能提高耐久性、可靠性。即，本实施方式的燃烧器单元可以是根据锅炉规格等而将必要数目的燃烧器单元上下配设的分割风箱方式的结构，这样的分割风箱方式为在燃烧器单元之间存在炉壁的方式，因此与连续风箱方式的结构相比，锅炉主体的强度提高而不易破损。
[0061 ] 此外，上述的燃烧器单元在比较小的风箱内配设一台燃油燃烧器30A，并在燃油燃烧器30A的上下装入一对煤粉燃烧器及一对二次空气投入口而进行了单元化，但是也可以沿上下方向延长风箱的长度，并在该风箱内将两台以上的燃油燃烧器30A及三台以上的煤粉燃烧器沿上下方向交替地配设而进行单元化。
[0062]这种情况下，燃油燃烧器30A配置在风箱内的上下方向中心位置，且在燃油燃烧器30A的上下必然存在煤粉燃烧器，因此煤粉燃烧器的台数必然比燃油燃烧器30A多一台。需要说明的是，在这样的燃烧器单元中，向煤粉燃烧器供给二次空气的二次空气投入口也以位于煤粉燃烧器的上下的方式配置在风箱内的上下两端部，即，在风箱内的上端部侧配置在煤粉燃烧器的上方且在风箱内的下端部侧配置在煤粉燃烧器的下方。
[0063]另外，这种情况下的二次空气投入口优选朝向沿上下分离的方向设置。即，在风箱的上端部设置的二次空气投入口与水平方向相比带有向上的角度，反之，在风箱的下端部设置的二次空气投入口与水平方向相比带有向下的角度。
[0064]这样的话，从二次空气投入口投入的二次空气被向与因煤粉的燃烧而形成的火焰分离的方向投入。因此，能够抑制或防止在煤粉燃烧的火焰的外周形成高温高氧区域的情况，对于燃烧器单元的紧凑化也有效。
[0065]另外，为了增加燃烧器单元的上下方向距离，也可以将二次空气投入口形成为多级结构。
[0066]另外，从上述的燃油燃烧器30A投入的二次空气量、即从燃油燃烧器30A向煤粉燃烧器供给的二次空气量优选设定成与从二次空气投入口投入的空气量相等。即，从燃油燃烧器30A投入的二次空气量的一半向位于上方的煤粉燃烧器供给，剩余一半向位于下方的煤粉燃烧器供给。因此，对于上下一对煤粉燃烧器，从各煤粉燃烧器的上下投入大致同量的
二次空气。
[0067]如上述那样，根据本实施方式的燃油燃烧器、固体燃料焚烧燃烧器单元及固体燃料焚烧锅炉，在煤粉等的固体燃料燃烧时，能够防止从燃油燃烧器30A投入的二次空气朝向因煤粉等(固体燃料)的燃烧而形成的火焰的外周部扩散、对火焰外周部迅速且直接供给的情况。
[0068]另外，在利用燃油燃烧器30A使燃料油燃烧的升温时，能够供给足够的空气量而确保油燃烧的燃烧性，从而能够防止空气不足引起的冒烟等。
[0069]因此，通过采用上述的燃油燃烧器30A，能够减少最终从固体燃料焚烧锅炉排出的
NOx 量。
[0070]需要说明的是，本发明并不限定为上述的实施方式，在不脱离其宗旨的范围内可以适当变更。
[0071]符号说明
[0072]10回转燃烧锅炉[0073]11 炉膛
[0074]12燃烧器部
[0075]14追加空气投入部(AA部)
[0076]20固体燃料焚烧燃烧器
[0077]30、30A燃油燃烧器
[0078]31 喷嘴主体
[0079]32 油枪
[0080]32a 喷头
[0081]33、40 二次空气投入口
[0082]34扩散器
[0083]41中央圆弧部
[0084]42L、42R 矩形部
【权利要求】
1.一种燃油燃烧器，其在将粉体燃料及空气向炉内投入的固体燃料焚烧燃烧器的外周相邻地配置，作为升温用， 所述燃油燃烧器具备:在大致矩形截面的喷嘴主体的出口开口中心配置的油燃料投入用的油枪；以包围该油枪的外周的方式设置的二次空气投入口， 所述二次空气投入口包括:与安装在所述油枪的前端部侧的圆形的扩散器大致相似形状的中央圆弧部；在该中央圆弧部的两侧连续设置、为了增加与所述固体燃料燃烧器的分离距离而将相邻方向的面之间缩窄的矩形部。
2.一种固体燃料焚烧燃烧器单元，其中， 所述固体燃料焚烧燃烧器单元具备:风箱；在所述风箱内的上下方向中心位置配置至少一台的权利要求1所述的燃油燃烧器；将粉体燃料及空气向炉内投入的固体燃料焚烧燃烧器；以位于所述固体燃料焚烧燃烧器的上下的方式设置在所述风箱内的上下两端部、向所述固体燃料焚烧燃烧器供给二次空气的二次空气投入口， 所述燃油燃烧器及所述固体燃料焚烧燃烧器以所述固体燃料焚烧燃烧器位于所述燃油燃烧器的上下的方式沿上下方向交替地配置。
3.一种固体燃料焚烧锅炉，其中， 将粉体燃料及空气向炉内投入的权利要求2所述的固体燃料焚烧燃烧器单元配置在所述炉内的拐角部或壁面部。
【文档编号】F23C1/10GK103946634SQ201280055936
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2011年11月16日
【发明者】松本启吾, 堂本和宏, 阿部直文, 葛西润 申请人:三菱重工业株式会社