燃料燃烧装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种能够利用回转炉高效地燃烧难燃性燃料的燃料燃烧装置。本发明的燃料燃烧装置(201)在喷出口(g1)处具备多个内侧空气喷射口部(310)，所述内侧空气喷射口部在多个燃料喷射口部(235)的半径方向内侧且围绕虚拟轴(O)间隔配置为环状，并且使空气随着沿喷射方向(f1)前进而朝向围绕虚拟轴(O)的回转方向(t1)与半径方向(r1)的外侧方向之间的螺旋扩散方向(s01)喷射。在围绕虚拟轴(O)的方向上相邻的2个内侧空气喷射口部(310)之间形成有规定的内侧喷射口间隙，以使存在于多个内侧空气喷射口部(310)所形成的环状的内侧且喷射方向(f1)上的空气伴随在分别从多个内侧空气喷射口部(310)喷射的多个内侧空气流之间。
【专利说明】燃料燃烧装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于水泥回转炉的燃料燃烧装置。更详细而言，本发明涉及一种 能够使用难燃性燃料例如无烟煤、石油焦炭来降低燃料成本且不损害水泥的品质地制造水 泥的燃料燃烧装置。
【背景技术】
[0002] 通常，用于水泥熟料烧成装置的燃料燃烧装置中，将从水泥回转炉的上游侧投入 到水泥回转炉内的水泥原料在通过水泥回转炉的旋转向下游侧移动的途中烧成为水泥熟 料，并使该水泥熟料从将水泥回转炉的下游侧端部包围的窑前部向熟料冷却器侧移动来进 行冷却（例如参考专利文献1)。
[0003] 而且，如图20所示，在回转炉上安装有作为烧成原料的燃料燃烧装置的燃烧炉 56a。该燃烧炉56a例如从外周侧依次配置有一次空气外流、煤炭流、一次空气内流、重油枪 插入筒（未图示）。而且，一次空气外流为前进流，一次空气内流为回转流。一次空气内流 /外流由单独风扇560向集管561，利用设置于集管561上的一对阀561a、561b的开度来调 整内流/外流的分配。另外，图20的符号F表示风量计。
[0004] 为了削减水泥原料的制造成本，正在推进在水泥熟料烧成装置的水泥回转炉中利 用无烟煤或石油焦炭等低价难燃性燃料。
[0005] 但是，若提升难燃性燃料的使用比率，则回转炉的燃烧会变慢，成为较强的还原气 氛而产生异常反应，被称作涂层的附着物在悬浮预热器内生长，会对生产带来不良影响。
[0006] 以往技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本特开2004-205064号公报 [0009] 发明的概要
[0010] 发明要解决的技术课题
[0011] 因此，本发明的目的在于提供一种能够利用回转炉高效地燃烧无烟煤或石油焦炭 等挥发部分较少的难燃性燃料的燃料燃烧装置。
[0012] 用于解决技术课题的手段
[0013] 本发明所涉及的燃料燃烧装置为使固体粉末燃料与空气一同从喷出口沿着虚拟 轴向喷射方向喷射的燃料燃烧装置。本发明所涉及的燃料燃烧装置具备：燃料喷射口，在所 述喷出口处，围绕所述虚拟轴配置为环状，并且向所述喷射方向喷出所述固体粉末燃料；夕卜 侧空气喷射口，在所述喷出口处，在所述燃料喷射口的半径方向的外侧且围绕所述虚拟轴 间隔配置为环状，并且向所述喷射方向喷射空气；及内侧空气喷射口，在所述喷出口处，在 所述燃料喷射口的半径方向内侧且围绕所述虚拟轴间隔配置为环状。本发明所涉及的燃料 燃烧装置还在所述内侧空气喷射口具备由第1扩散流生成部和第2扩散流生成部构成的回 转/扩散流道。所述第1扩散流生成部具有平坦部及第1倾斜部，所述平坦部以与所述虚 拟轴平行的方式配置于所述内侧空气喷射口的喷出口侧的外周部，所述第1倾斜部在该平 坦部的喷出口侧以随着朝向该喷出口侧而开口变大的方式形成，所述第2扩散流生成部具 有第2倾斜部，所述第2倾斜部以相对于所述第1倾斜部平行的方式配置于所述内侧空气 喷射口的喷出口侧的内周部。
[0014] 此时，来自外侧空气喷射口的一次空气（外流）通过由高速流产生的负压来诱导 周围的高温气体，由此接着二次空气的伴随，形成外部再循环区域。而且，该外部再循环区 域中的高温场进一步促进通过来自回转/扩散流道的第1一次空气流导入的固体粉末燃料 流（微粉煤流）的燃烧。即，火焰温度上升。另一方面，通过回转/扩散流促进向高温场的 微粉煤导入也成为使燃烧速度上升的重要因素。并且，外部再循环区域的规模依赖于一次 空气的动量。而且，在外部再循环区域中，通过使第1 一次空气的流速上升来加大动量，由 此促进二次空气的伴随及外部再循环，实现上述的燃烧速度上升。另外，所述一次空气的动 量（N)通过流道面积（m 2) X流速（m/s) X质量流量（kg/s)计算，以每单位投入热量的一 次空气的动量（N/MW)表示。
[0015] 并且，根据本发明，优选为在所述外侧空气喷射口的喷出口侧沿周方向隔着规定 的间隔配置有零件的槽结构。
[0016] 此时，通过使外流的燃烧炉喷出部形成为槽结构，会在一次空气外流设置间隙，从 而能够促进高温二次空气的伴随，且能够扩大高温二次空气的伴随区域。
[0017] 并且，根据本发明，也能够采用具备第1风扇和第2风扇的结构，所述第1风扇向 所述内侧空气喷射口供给空气，所述第2风扇向所述外侧空气喷射口供给空气。
[0018] 此时，通过使一次空气风扇（鼓风机）在内流、外流独立化，能够任意地调整内流 及外流各自的空气量及空气量比率，从而能够根据所使用的燃料种类将火焰调整为最佳状 态。
[0019] 并且，根据本发明，优选的是所述外侧空气喷射口的喷出部流速为150?250m/s。
[0020] 此时，能够通过使一次空气的流速上升来加大一次空气的动量，通过加大一次空 气的动量来促进高温二次空气的伴随及外部再循环。
[0021] 并且，根据本发明，也能够采用如下结构，即，所述平坦部的与同心圆筒状部件的 轴线平行的部位的长度为平行部位高度的1?2倍，所述第2倾斜部的角度为30°?60°。
[0022] 根据这种结构，通过具有平坦部及30°?60°的倾斜部的第1扩散流生成部配置 于内侧空气喷射口的喷出口侧的外周部，内流一边通过平坦部被整流，一边在半径外周方 向上以相对于轴向为30°以上60°以下呈放射状扩散。而且，一边被整流一边呈放射状扩 散的内流与外周侧的煤炭流合流之后，使煤炭迅速向其外周侧的高温二次空气流扩散，因 此能够使火焰高温化而提升燃烧速度。
[0023] 并且，根据本发明，外部再循环的规模优选在由下述的公式（1)计算的外部再循 环指标m = 1. 5?2. 6的范围内，进一步优选在2. 0?2. 4的范围内，
[0024] m = -I. 5R2+R+K · RV(Cl0Zd1)2 (1)
[0025] 其中：
[0026] R = (Utl-U1) P。·（(V^)Vu1 P i (c^/2-δ ) W(Utl-U1) P Q (d0/2)2
[0027] uQ :喷流速度（一次空气）
[0028] U1 :伴随流流速（二次空气）
[0029] P。：喷流密度（一次空气）
[0030] p i :伴随流密度（二次空气）
[0031] dQ:燃料燃烧装置的喷出口的有效内径
[0032] Cl1 :回转炉的有效内径
[0033] K :回转炉的喷流形状因子，当燃料燃烧装置的喷出口为圆形时为1
[0034] δ :边界层厚度，当回转炉的有效内径充分大于燃料燃烧装置的喷出口的内径时 大致为〇
[0035] m :外部再循环指标。
[0036] 根据这种结构，当外部再循环指标m过小时（m < 1. 5)，高温二次空气的伴随未完 成，因此引起燃烧速度下降。另一方面，当过剩时（m> 2. 6)，虽然为高温，但会使低氧浓度 的排气过度循环，因此引起燃烧速度下降。因此，若在外部再循环指标m = 1. 5?2. 6的范 围内，则能够维持适度的燃烧速度。
[0037] 并且，根据本发明，优选的是所述外侧空气喷射口中的一次空气的动量为6?8N/ MW0
[0038] 根据这种结构，能够确保适当的外部再循环。
[0039] 本发明所涉及的另一燃料燃烧装置为使固体粉末燃料与空气一同从喷出口沿着 虚拟轴向喷射方向喷射的燃料燃烧装置。本发明所涉及的另一燃料燃烧装置具备：多个燃 料喷射口部，在所述喷出口处，围绕所述虚拟轴间隔配置为环状，并且向所述喷射方向喷出 所述固体粉末燃料；多个外侧空气喷射口部，在所述喷出口处，在所述多个燃料喷射口部的 半径方向外侧且围绕所述虚拟轴间隔配置为环状，并且向所述喷射方向喷射空气；及多个 内侧空气喷射口部，在所述喷出口处，在所述多个燃料喷射口部的半径方向内侧且围绕所 述虚拟轴间隔配置为环状，并且使空气随着向所述喷射方向前进而朝向围绕所述虚拟轴的 回转方向与半径方向外侧方向之间的螺旋扩散方向喷射。在所述多个内侧空气喷射口部中 的围绕所述虚拟轴的方向上相邻的2个内侧空气喷射口部之间形成有规定的内侧喷射口 间隙，以使存在于所述多个内侧空气喷射口部所形成的环状的内侧且所述喷射方向上的空 气伴随在分别从所述多个内侧空气喷射口部喷射的多个内侧空气流之间。
[0040] 根据本发明，从多个外侧空气喷射口部高速喷射的外侧空气流（一次空气流）通 过由高速流产生的负压来诱导周围的高温气体，由此接着二次空气的伴随，形成外部再循 环区域。而且，该外部再循环中的高温场进一步促进通过来自多个内侧空气喷射口部的内 侧空气流导入的固体粉末燃料流（微粉煤流）的燃烧。即，能够使火焰温度上升。
[0041] 另外，在多个内侧空气喷射口部中的围绕虚拟轴的方向上相邻的2个内侧空气喷 射口部之间形成有规定的内侧喷射口间隙，因此存在于多个内侧空气喷射口部所形成的环 状的内侧且喷射方向上的内部循环区域的空气被诱导，容易伴随在分别从多个内侧空气喷 射口部喷射的多个内侧空气流之间。因此，产生较强的内部循环区域中的空气流，与内侧空 气流相结合更进一步促进固体粉末燃料流（微粉煤流）的燃烧。即，能够使火焰温度进一 步上升。
[0042] 各内侧空气喷射口部优选具有：流入口，供向所述喷射方向流动的空气流入；上 游侧流道，从所述流入口向所述喷射方向与围绕所述虚拟轴的方向之间的回转方向延伸； 及下游侧流道，与所述上游侧流道气密地连接，并且向所述螺旋扩散方向延伸。
[0043] 上游侧流道和下游侧流道形成为直线状，但通过如此设置，在内侧空气喷射口部 的内部流动的空气流过直线状的上游侧流道和直线状的下游侧流道，由此能够阶段性地改 变空气流动的朝向，因此能够实现内侧空气喷射口部的整流化。
[0044] 本发明所涉及的另一燃料燃烧装置优选还具备扩散流环形件，所述扩散流环形件 具有：上游侧环形件，以所述虚拟轴作为中心轴；及下游侧环形件，以所述虚拟轴作为中心 轴，配置于所述上游侧环形件的所述喷射方向。此时，各内侧空气喷射口部的所述上游侧流 道形成于所述上游侧环形件，各内侧空气喷射口部的所述下游侧流道形成于所述下游侧环 形件。
[0045] 此时，在上游侧环形件中形成直线状的上游侧流道且在下游侧环形件中也形成直 线状的下游侧流道即可，因此能够廉价制造上游侧环形件和下游侧环形件。
[0046] 可以在所述多个外侧空气喷射口部中的围绕所述虚拟轴的方向上相邻的2个外 侧空气喷射口部之间形成有规定的外侧喷射口间隙，以使存在于所述多个外侧空气喷射口 部的喷射方向的半径方向外侧的空气伴随在分别从所述多个外侧空气喷射口喷射的多个 空气流之间。
[0047] 此时，会在外侧空气流（一次空气外流）中设置间隙，能够促进高温的二次空气的 伴随，能够扩大高温的二次空气的伴随区域。
[0048] 本发明所涉及的另一燃料燃烧装置优选还具备：第1风扇，向所述多个内侧空气 喷射口部及所述多个燃料喷射口部供给空气；及第2风扇，向所述外侧空气喷射口部供给 空气。
[0049] 此时，通过相互独立地控制第1风扇和第2风扇，能够根据所使用的燃料种类将火 焰调整为最佳状态。
[0050] 并且，根据本发明，优选所述外侧空气喷射口部中的二次空气的流速为150? 250m/s。此时，能够通过使一次空气的流速上升来加大一次空气的动量，通过加大一次空气 的动量来促进高温二次空气的伴随及外部再循环。
[0051] 并且，根据本发明，还能够采用如下结构，即，所述螺旋扩散方向相对于所述虚拟 轴的角度为30°?60°。
[0052] 根据这种结构，螺旋扩散方向相对于虚拟轴的角度为30°?60°的内侧空气喷 射口部配置于外侧空气喷射口部的喷出口侧的外周部，由此内流会向螺旋扩散方向呈放射 状扩散。而且，呈放射状扩散的内流与外周侧的煤炭流合流之后，使煤炭迅速向其外周侧的 高温的二次空气流扩散，因此能够使火焰高温化而提升燃烧速度。
[0053] 并且，根据本发明，优选从所述外侧空气喷射口部喷射的外侧空气的动量为6? 8N/MW。根据这种结构，能够确保适当的外部再循环。
[0054] 并且，本发明所涉及的水泥熟料烧成装置具备：水泥回转炉；及上述中任一项所 述的另一燃料燃烧装置，以使所述喷出口位于所述水泥回转炉的内部的方式安装于所述水 泥回转炉。产生与从所述喷出口向所述水泥回转炉的内部喷射的空气前进的流动相反方向 的流动的外部再循环的规模优选在由下述的公式（2)计算的外部再循环指标m= 1.5? 2. 6的范围内，进一步优选在2. 0?2. 4的范围内，
【权利要求】
1. 一种燃料燃烧装置，使固体粉末燃料与空气一同从喷出口沿着虚拟轴向喷射方向喷 射，其具备： 燃料喷射口，在所述喷出口处，围绕所述虚拟轴配置为环状，并且向所述喷射方向喷出 所述固体粉末燃料； 外侧空气喷射口，在所述喷出口处，在所述燃料喷射口的半径方向的外侧且围绕所述 虚拟轴间隔配置为环状，并且向所述喷射方向喷射空气；及 内侧空气喷射口，在所述喷出口处，在所述燃料喷射口的半径方向内侧且围绕所述虚 拟轴间隔配置为环状， 还在所述内侧空气喷射口具备由第1扩散流生成部和第2扩散流生成部构成的回转/ 扩散流道， 所述第1扩散流生成部具有平坦部及第1倾斜部，所述平坦部以与所述虚拟轴平行的 方式配置于所述内侧空气喷射口的喷出口侧的外周部，所述第1倾斜部在该平坦部的喷出 口侧以随着朝向该喷出口侧而开口变大的方式形成， 所述第2扩散流生成部具有第2倾斜部，所述第2倾斜部以相对于所述第1倾斜部平 行的方式配置于所述内侧空气喷射口的喷出口侧的内周部。
2. 根据权利要求1所述的燃料燃烧装置，其中， 在所述外侧空气喷射口的喷出口侧沿周方向隔着规定的间隔配置零件而形成槽结构。
3. 根据权利要求1或2所述的燃料燃烧装置，其中， 所述燃料燃烧装置具备：第1风扇，向所述内侧空气喷射口供给空气；及第2风扇，向 所述外侧空气喷射口供给空气。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的燃料燃烧装置，其中， 所述外侧空气喷射口的喷出部流速为150?250m/s。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的燃料燃烧装置，其中， 所述平坦部的与所述虚拟轴平行的部位的长度为平行部位高度的1?2倍，所述第2 倾斜部的角度为30°?60°。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的燃料燃烧装置，其中， 外部再循环的规模在由下述公式（1)计算的外部再循环指标m= 1. 5?2. 6的范围内，m= -1. 5R2+R+K?RV(屯/屯）2 (1) 其中： R=(u。-!^)p。?（d〇/2)Vu!pi (c^/2- 8) 2+(u。-!^)p? (d〇/2)2 u。：喷流速度（一次空气） h:伴随流流速（二次空气） P。：喷流密度（一次空气） P i:伴随流密度（二次空气） 屯：燃料燃烧装置的喷出口的有效内径d1:回转炉的有效内径 K:回转炉的喷流形状因子，当燃料燃烧装置的喷出口为圆形时为1S:边界层厚度，当回转炉的有效内径充分大于燃料燃烧装置的喷出口的内径时大致 为〇 m:外部再循环指标。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的燃料燃烧装置，其中， 所述外侧空气喷射口中的一次空气的动量为6?8N/MW。
8. -种燃料燃烧装置，使固体粉末燃料与空气一同从喷出口沿着虚拟轴向喷射方向喷 射，其具备： 多个燃料喷射口部，在所述喷出口处，围绕所述虚拟轴间隔配置为环状，并且向所述喷 射方向喷出所述固体粉末燃料； 多个外侧空气喷射口部，在所述喷出口处，在所述多个燃料喷射口部的半径方向的外 侧且围绕所述虚拟轴间隔配置为环状，并且向所述喷射方向喷射空气；及 多个内侧空气喷射口部，在所述喷出口处，在所述多个燃料喷射口部的半径方向内侧 且围绕所述虚拟轴间隔配置为环状，并且使空气随着向所述喷射方向前进而朝向围绕所述 虚拟轴的回转方向与半径方向外侧方向之间的螺旋扩散方向喷射， 在所述多个内侧空气喷射口部中的围绕所述虚拟轴的方向上相邻的2个内侧空气喷 射口部之间形成有规定的内侧喷射口间隙，以使存在于所述多个内侧空气喷射口部所形成 的环状的内侧且所述喷射方向上的空气伴随在分别从所述多个内侧空气喷射口部喷射的 多个内侧空气流之间。
9. 根据权利要求8所述的燃料燃烧装置，其中， 各内侧空气喷射口部具有：流入口，供向所述喷射方向流动的空气流入；上游侧流道， 从所述流入口向所述喷射方向与围绕所述虚拟轴的方向之间的回转方向延伸；及下游侧流 道，与所述上游侧流道气密地连接，并且向所述螺旋扩散方向延伸。
10. 根据权利要求9所述的燃料燃烧装置，其中， 所述燃料燃烧装置还具备扩散流环形件， 所述扩散流环形件具有：上游侧环形件，以所述虚拟轴作为中心轴；及下游侧环形件， 以所述虚拟轴作为中心轴，配置于所述上游侧环形件的所述喷射方向， 各内侧空气喷射口部的所述上游侧流道形成于所述上游侧环形件， 各内侧空气喷射口部的所述下游侧流道形成于所述下游侧环形件。
11. 根据权利要求8至10中任一项所述的燃料燃烧装置，其中， 在所述多个外侧空气喷射口部中的围绕所述虚拟轴的方向上相邻的2个外侧空气喷 射口部之间形成有规定的外侧喷射口间隙，以使存在于所述多个外侧空气喷射口部的喷射 方向的半径方向外侧的空气伴随在分别从所述多个外侧空气喷射口喷射的多个空气流之 间。
12. 根据权利要求8至11中任一项所述的燃料燃烧装置，其中， 所述燃料燃烧装置还具备：第1风扇，向所述多个内侧空气喷射口部及所述多个燃料 喷射口部供给空气；及第2风扇，向所述外侧空气喷射口部供给空气。
13. 根据权利要求8至12中任一项所述的燃料燃烧装置，其中， 所述外侧空气喷射口部中的二次空气的流速为150?250m/s。
14. 根据权利要求8至13中任一项所述的燃料燃烧装置，其中， 所述螺旋扩散方向相对于所述虚拟轴的角度为30°?60°。
15. 根据权利要求8至14中任一项所述的燃料燃烧装置，其中， 从所述外侧空气喷射口部喷射的外侧空气的动量为6?8N/MW。
16. -种水泥熟料烧成装置，其具备： 水泥回转炉；及 权利要求8至15中任一项所述的燃料燃烧装置，以使所述喷出口位于所述水泥回转炉 的内部的方式安装于所述水泥回转炉， 产生与从所述喷出口向所述水泥回转炉的内部喷射的空气前进的流动相反方向的流 动的外部再循环的规模在由下述的公式（2)计算的外部再循环指标m= 1. 5?2. 6的范围 内， m= -1. 5R2+R+K?RV(屯/屯)2 (2) 其中： R=(u。-!^)p。?（d〇/2)Vu!pi (c^/2- 8) 2+(u。-!^)p? (d〇/2)2 u。：喷流速度（一次空气） h:伴随流流速（二次空气） P。：喷流密度（一次空气） P i:伴随流密度（二次空气） 屯：燃料燃烧装置的喷出口的有效内径d1:回转炉的有效内径 K:回转炉的喷流形状因子，当燃料燃烧装置的喷出口为圆形时为1S:边界层厚度，当回转炉的有效内径充分大于燃料燃烧装置的喷出口的内径时大致 为〇 m:外部再循环指标。
【文档编号】F23D1/02GK104379997SQ201380032995
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】稻津和喜 申请人:住友大阪水泥股份有限公司