CN104508372B - 固体燃料燃烧器 - Google Patents

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Abstract

一种固体燃料燃烧器，其包括：文丘里管(7)，其具有收缩部，在用于供给固体燃料的燃料喷嘴(8)内的燃料流路的横截面面积在该收缩部处减小；和燃料浓缩器(6)，其用于在所述文丘里管(7)的下游侧使喷嘴(8)内的流动向外转向。以如下的方式形成喷嘴(8)：使得(a)锅炉的炉壁面(18)的开口部(32)附近的开口形状为扁平形状，(b)与喷嘴中心轴线(C)正交的喷嘴(8)的外周壁的横截面的截面形状直到文丘里管(7)的收缩部都是圆形形状，(c)在收缩部和开口部(32)之间具有扁平度逐渐增大的部分，以及(d)开口部(32)的扁平形状的扁平度达到最大值。能够获得如下的固体燃料燃烧器：在喷嘴(8)的出口保持周向的燃料浓度均匀化时，可以获得足够点燃燃料且稳定燃料的火焰的燃料浓度，并且能够实现燃料排放气体中的低NOX浓度。

Description

固体燃料燃烧器
技术领域
本发明涉及一种固体燃料燃烧器，特别地涉及一种能够良好固体燃料效率的、能够进行低氮氧化物(NOX)燃烧的燃烧器。
背景技术
通常，在固体燃料燃烧器的燃料喷嘴的出口部的截面具有近似圆形或正方形的形状，在一些情况下，要求在包含流体喷流的燃料的外侧点燃的火焰要经过相当大的距离传播到包含流体喷流的燃料的中心部。在包含流体的燃料的从燃料喷嘴喷出的喷出方向上的点燃的火焰要被传播到包含流体喷流的燃料的中心部的距离、即未点燃的距离随着燃料喷嘴的直径或外径部的扩大而增大，从而使未点燃的区域扩大。促进在燃烧器附近的还原区域(reductionregion)的燃烧对于抑制燃烧用气体内NOX的产生是重要的，而增加未点燃区域意味着点燃之后的燃烧时间的减少，这是未充分抑制NOX或燃烧效率降低的原因。
在配备有作为燃烧装置的多个固体燃料燃烧器的锅炉设备中，尽管基于降低成本和减少燃烧器的数量而增大燃烧器容量对于改进可操作性是有效的技术，但是存在如下问题：使得各燃料喷嘴的直径或外径部的长度增大且未点燃区域扩大，这是导致NOX增加或燃烧效率降低的原因。
由从在包含流体喷流表面的燃料的点燃区域到包含流体喷流的燃料的中心部的大距离造成该问题。
WO2008-038426A1(专利文献1)公开了根据本申请人的发明的作为现有技术的如下发明：通过燃料喷嘴的横截面的出口形状是具有长径部和短径部的矩形形状、椭圆形状或大致椭圆形状的燃烧器，增大燃烧器容量来抑制未点燃区域扩大，并且实现防止燃烧用气体内NOX增加及燃料的燃烧效率降低。
此外，WO2009-125566A1公开了与上述发明相似的燃烧器的开口形状。
此外，在锅炉设备中，在流体穿过流体流路和复杂流体流路的情况下，其中，流体流路利用由锅炉的炉(boilerfurnace)内的固体燃料燃烧器提供的高温排出气体加热流过多个传热管的流体而获得的蒸汽，复杂流体流路再利用该获得的蒸汽，重要的是使安装有各传热管的传热部内的流体获得规定的传热量，因此，必须相对于各传热部控制燃烧用气体的温度和流体流量。因此，存在如下发明：可以通过改变炉内燃料的燃烧位置来控制在各传热管内的流体的传热量(WO2009-041081A1)。在本发明所描述的示例中，将在固体燃料燃烧器设置的气体喷嘴出口分为上下两部分，独立调整各自的空气流量能够在上下方向上改变燃料的燃烧位置。
应注意的是，使用固体燃料的锅炉通常使用粉煤作为固体燃料，因此，在下文中这种锅炉可以称为粉煤燃烧锅炉，并且将固体燃料燃烧器称为粉煤燃烧器。在启动粉煤燃烧炉时，启动风扇，并将作为燃烧用气体的空气供给到在锅炉内安装的多个粉煤燃烧器和二级燃烧空气口。随后，相对于各燃烧器的点火炬形成火焰，并且火焰检测器(下文中，将称为FD)检测到该火焰，然后从各点火燃烧器喷出的流体燃料由各点火炬的火焰点燃，以形成相对于各点火燃烧器的火焰。在FD检测到使用点火燃烧器形成的火焰之后，熄灭各点火炬的火，并且将点火枪移到炉外，以防止烧坏。
然后，由点火燃烧器使炉的温度升高，直到炉出口的温度达到设定温度，并且启动磨粉机(mill)以逐渐切换到粉煤燃烧。也就是，在粉煤燃烧器中，为了点燃粉煤，安装使用流体燃料等的各点火燃烧器，并且还安装用于点燃该点火燃烧器的点火炬和用于检测火焰的FD。
作为粉煤燃烧器，使用在中心安装有点火燃烧器的粉煤燃烧器，允许粉煤和作为输送用气体的一次空气在点火燃烧器的周围流动，并将它们喷入炉内，并且从周围供给燃烧空气。在这种情况下，为了防止干扰粉煤流动，避免粉煤的堆积或燃烧器内火焰稳定性差，不在粉煤出口部而在周围的燃烧空气供给单元安装点火炬和FD。
如果FD或点火炬像现有技术一样安装在燃烧空气供给单元，存在如下情况：安装位置可以影响使用FD的火焰检测或使用点火炬在点火燃烧器内的稳定点火和火焰稳定性。
此外，还已知在粉煤燃烧器内的三次空气流路内配置火焰检测器(日本特开平4-268103号公报)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2008-038426A1
专利文献2：WO2009-041081A1
专利文献3：WO2009-125566A1
专利文献4：日本特开平4-268103号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1公开了关于本申请人的发明的现有技术，其为燃料喷嘴的横截面的出口形状是具有长径部和短径部的矩形形状、椭圆形状或具有长径部和短径部的大致椭圆形状的燃烧器。
根据该燃烧器，缩短从在包含流体喷流的燃料表面的燃烧区域到包含流体喷流的中心部的距离能够减小未燃烧区域并确保点燃后的燃烧时间。
然而，根据本申请人进行继续研究的结果显示，在锅炉的壁面的开口部附近的燃料喷嘴的开口形状是“扁平形状”的燃烧器中，在燃料喷嘴开口形状仅形成为扁平形状的情况下，有意地缩短了从作为包含流体喷流的燃料的点火源的外周侧到中心部侧的距离，难以形成具有与燃料喷嘴开口的形状相似的扁平形状的火焰。
由于该原因，在固体燃料燃烧器的情况下，考虑到燃料颗粒的惯性力比气体或流体的惯性力大并且该燃料颗粒不必然沿着喷嘴形状在喷嘴的短距离内均匀分散，并且考虑到，例如，与具有相等容量且正圆形形状的喷嘴相比，燃料在宽度方向上广泛地分散。特别地，在燃烧器输出降低的低载荷区域中，由于燃料流量减少，所以该问题变得突出。结果，令人担忧的是，从喷嘴周向观察的点燃状态局部不充分，从而会产生可能导致未燃烧的发生增加的区域。
这是因为包含流体喷流的燃料必须流过短的燃料喷嘴距离(轴线方向的长度，例如，3mm)，以在圆筒状的输送配管的连接部附近以约25m/s的高速扩散为“扁平形状”。
也就是，可以显示的是，固体燃料的惯性力比输送流体的惯性力大，在燃料可以容易地流动的宽度方向的中央部燃料浓度高，而在燃料难以流动的宽度方向的两端部燃料浓度低，因此，在燃料喷嘴出口部的开口截面内的宽度大的方向上容易发生包含流体的燃料的燃料浓度分布。
尽管在燃料喷嘴的具有低燃料浓度的部分的燃料/氧气化学计量比非常低，而在燃料喷嘴的具有高燃料浓度的部分的燃料/氧气化学计量比非常高，但是燃料浓度分布可以相对于燃料喷嘴周向大致均匀，并且在燃料喷嘴外周部来自外周(的燃烧用气体喷嘴(主要是二次空气喷嘴))的燃烧用气体与包含流体的燃料的混合可以大致均匀。
此外，对于专利文献1描述的结构，其特征在于，在燃料喷嘴的入口部设置用于在燃料喷嘴内均等分配燃料的流体分配板。该流体分配板具有抑制由包含流体的燃料单纯碰撞且分散而造成的短径方向的燃料浓度的偏差的效果，而不具有使长径方向的燃料浓度均匀化的功能。结果，如图18的(c)和图18的(d)所示，在燃料喷嘴出口部的燃料浓度形成为在长径方向的中央部高而在两端部低的分布。
此外，从固体燃料燃烧器喷出的燃烧用气体(空气)的流受到燃烧器的结构、尤其是燃烧用气体的流路的形态的极大影响。特别地，固体燃料喷嘴的在与流体的流正交的截面形状是扁平的固体燃料燃烧器中，容易产生偏流。在以该方式产生偏流的情况下，会发生燃烧器的火焰的稳定性变差的问题。其中，重要的是在固体燃料喷嘴出口的外周部或在该部分安装火焰稳定器的附近的流。也就是，重要的是，使从固体燃料喷嘴的外周部喷出的燃烧用气体的喷流在周向上均等分配并使燃料和输送用气体的混合流体浓缩为如下的燃料浓度：该燃料浓度对于在靠近从燃料喷嘴的中心轴线朝向外周部延伸的径向上的喷嘴出口的外周部或火焰稳定器(燃料喷嘴的内壁附近)的区域内点火/火焰稳定性是足够的。
此外，在专利文献3中公开的发明中，尽管在粉煤供给喷嘴的外周的燃烧空气供给单元安装了FD或点火炬，但是在周向的安装位置不固定。在粉煤喷嘴(pulverizedcoalnozzle)和燃烧空气供给口具有同心形状的情况下，不会出现问题，但在粉煤供给喷嘴出口的形状是矩形形状、椭圆形状或大致椭圆形状的情况下，会出现点火炬难以检测稳定的火焰或难以点燃点火燃烧器的问题。
本发明的目的是提供一种固体燃料燃烧器，该固体燃料燃烧器在使燃料喷嘴出口的周向的燃料浓度均匀化时，可以为燃料的点火/火焰稳定性提供足够的燃料浓度并实现燃烧排出气体的低NOX浓度。
用于解决问题的方案
通过如下的解决方案可以实现本发明的目的。
根据第一方面的发明提供一种固体燃料燃烧器，其包括：燃料喷嘴8，所述燃料喷嘴8在具有固体燃料流路2的炉壁面18开口，所述固体燃料流路2与圆筒状的燃料输送配管22连接，固体燃料和该固体燃料的输送用气体的混合流体流动通过所述燃料输送配管22；和一个或多个燃烧用气体喷嘴10、15，所述一个或多个燃烧用气体喷嘴10、15与风箱3连通并且形成于所述燃料喷嘴8的外周壁侧，所述固体燃料的燃烧用气体在所述风箱3中流动，
所述固体燃料燃烧器的特征在于，所述固体燃料燃烧器在所述燃料喷嘴8内包括：文丘里管7，其具有收缩部，所述收缩部使在所述燃料喷嘴8内的所述固体燃料流路2的横截面减小；和燃料浓缩器6，在所述文丘里管7的下游侧所述燃料浓缩器6使所述喷嘴内的流向外转向，并且
以如下的方式形成所述燃料喷嘴8：
(a)在锅炉的炉壁面18的开口部32附近的开口形状是扁平形状，
(b)所述燃料喷嘴8的与所述燃料喷嘴8的外周壁的喷嘴中心轴线C正交的横截面的截面形状直到所述文丘里管7的收缩部都是圆形形状，
(c)在所述文丘里管7的收缩部和设置于锅炉的炉壁面18的开口部32之间设置扁平度逐渐增大的部分，以及
(d)在锅炉的炉壁面18的开口部32形成为具有最大扁平度的扁平形状。
根据第二方面的发明提供根据第一方面的固体燃料燃烧器，在所述燃料喷嘴8的外周壁的顶端外周布置火焰稳定器9。
根据第三方面的发明提供根据第一方面或第二方面的固体燃料燃烧器，在所述多个燃烧用气体喷嘴10、15的最内侧布置的二次燃烧用气体喷嘴10内设置有二次燃烧用气体流路4，所述二次燃烧用气体流路4的与所述二次燃烧用气体喷嘴10的外周壁的所述中心轴线C正交的截面形状在所述二次燃烧用气体流路4的出口部为扁平形状。
根据第四方面的发明提供根据第三方面的固体燃料燃烧器，在所述多个燃烧用气体喷嘴10、15的最外侧布置的三次燃烧用气体喷嘴15内具有三次燃烧用气体流路5，所述三次燃烧用气体流路5的与所述三次燃烧用气体喷嘴15的外周壁的所述中心轴线C正交的截面形状在所述炉壁面18附近的所述三次燃烧用气体流路5的出口部为圆形形状。
这里，“扁平形状”定义为图1的(a)示出的矩形形状、图1的(b)示出的椭圆形状、图1的(c)示出的半圆形状和矩形形状的组合形状，或图1的(d)示出的宽多边形的形状，即具有长径或长边W和短径或短边H的扁平形状。
在图1的(a)中，四个角部中的一些或全部角部可以是曲线状的。同样地，在图1的(d)中，多边形的角部中的一些或全部角部可以是曲线状的。此外，在上述形状中每一个形状中，曲线部的曲率不限于固定的曲率。
此外，“扁平度”定义为长径或长边W和短径或短边H的比W/H。因此，扁平度逐渐增大是指燃料喷嘴8的与中心轴线C正交的截面的比W/H逐渐增大，而最大扁平形状是指燃料喷嘴8内的具有最大比W/H的部分的形状。
实际上，在燃料喷嘴8的炉开口部32的比W/H设定在1.5至2.5的范围。在比W/H低于约1.5时，因为扁平度(比)的增加不足且在炉11内的火焰的向宽度大的方向扩散小，所以不能根据本发明高效率地实现低NOX燃烧性能。此外，在比W/H高于约2.5时，在燃料喷嘴8的出口的长径或长边W的尺寸太大，并且难以在燃烧器开口内安装燃料喷嘴8。
根据第五方面的发明提供根据第三方面或第四方面的固体燃料燃烧器，所述二次燃烧用气体流路4具有如下的结构：该流路的截面面积从燃烧用气体流入部17朝向所述炉壁面18的开口部32逐渐减小。
根据第六方面的发明提供根据第三方面或第四方面的固体燃料燃烧器，所述二次燃烧用气体流路4的燃烧用气体流入部17的气体流入方向被设定为与所述炉壁面18垂直的方向，并且在该燃烧用气体流入部17配置有具有多个开口部17aa、17ba的平板17a、17b。
根据第七方面的发明提供根据第六方面的固体燃料燃烧器，在所述二次燃烧用气体流路4的燃烧用气体流入部17配置的所述平板17a、17b的开口部17aa、17ba以使得在所述二次燃烧用气体流路4内的燃烧用气体的流速在该流路4的周向上均匀的方式配置。
根据第八方面的发明提供根据第六方面的固体燃料燃烧器，所述平板17a、17b的开口部17aa、17ba相对于所述二次燃烧用气体流路4的燃烧用气体流入部17的截面面积的开口比率被设定为0.05至0.30。
根据第九方面的发明提供根据第五方面的固体燃料燃烧器，所述二次燃烧用气体流路4的截面面积从所述二次燃烧用气体流路4的燃烧用气体流入部17到出口部的减小率被设定为30％至80％。
根据第十方面的发明提供根据第一方面的固体燃料燃烧器，其特征在于，在用于喷出固体燃料和固体燃料输送用气体的所述燃料喷嘴8的出口的形状是矩形形状的情况下在长边侧的两端上布置火焰检测器40和点火炬41、在所述燃料喷嘴8的出口的形状是椭圆形状的情况下在焦点上布置火焰检测器40和点火炬41，而在所述燃料喷嘴8的出口的形状是具有直线部和圆周部的大致椭圆形状的情况下在所述直线部的两端上布置火焰检测器40和点火炬41。
发明的效果
根据第一方面描述的发明，由于在保持在燃料喷嘴8的内壁附近的包含流体的燃料的燃料浓度分布均匀的情况下将包含流体的燃料供给到炉11，所以在燃料喷嘴8的内周壁附近的氧气化学计量比在整个内周上变得适当，并且可以高效率地实现具有低NOX浓度的燃料燃烧。
根据第二方面描述的发明，除了第一方面描述的发明效果以外，火焰稳定器9的安装促进了在燃料喷嘴8附近的燃料的点火，并还高效率地促进了具有低NOX浓度的燃料的燃烧。
根据第三方面描述的发明，除了第一方面或第二方面描述的发明效果以外，二次燃烧用气体喷嘴10的外周壁的与中心轴线C正交的截面形状在喷嘴出口形成为扁平形状，使得火焰稳定器9和用于供给二次燃烧用气体的二次燃烧用气体喷嘴10之间的间隙在整周上均匀地形成，根据在燃料喷嘴8的内周壁附近形成的均匀燃料浓度分布可以均匀地供给二次燃烧用气体。也就是，由于在燃料喷嘴8的内周壁附近的具有高燃料浓度的区域内的燃料和包围该区域的外侧的二次燃烧用气体的局部的燃料/燃烧用气体流量比可以在燃料喷嘴8的出口部的整周区域内均等，所以在整周区域内可以获得最佳燃烧。
根据第四方面描述的发明，除了第三方面描述的发明效果以外，三次燃烧用气体喷嘴15具有圆形的出口形状，并且三次燃烧用气体流路5被上下配置成夹持具有扁平形状的燃料喷嘴8的长径或长边W，与三次燃烧用气体喷嘴15具有与燃料喷嘴8和二次燃烧用气体喷嘴10的扁平形状相同的扁平形状的情况相比，抑制了三次燃烧用气体和燃料的混合，并且扩大了燃烧器的中心部的燃料过剩区域(还原区域)，促进了低NOX燃烧。
此外，在最外周的三次燃烧用气体喷嘴15的出口形状是圆形形状的情况下，这不仅可以易于用于新构造的燃烧器，还可以易于对具有圆形燃烧器开口部的现有燃烧器进行改造。
根据第五方面描述的发明，除了第三方面或第四方面描述的发明效果以外，当流路4的截面面积从二次空气流路4的燃烧用气体流入部17朝向用于导向炉11的喷出口的出口部逐渐减小时，朝向二次空气流路4的出口部的流速在周向上逐渐接近均匀。
根据第六方面描述的发明，除了第三方面或第四方面描述的发明效果以外，由于在与炉壁面18垂直的方向上设置二次空气流路4的燃烧用气体流入部17，并配置有具有多个开口部17aa、17ba的平板17a、17b，炉11内的二次空气的喷出量可以在二次空气流路4的出口部的周向上均匀，这能够促进火焰的稳定性并改善燃烧性，由此致使CO或燃料的未燃烧可燃物减少。特别地，在可以根据炉11的上下侧而改变在最外周部的三次空气流路5的三次空气流量的燃烧器31中，在该二次空气流路4的出口部的二次空气的喷出量可以在周向上均匀化，从增强火焰稳定性的观点来说，这种均匀化是重要的。
根据第七方面描述的发明，除了第六方面描述的发明效果以外，由于在二次燃烧用气体流路4的燃烧用气体流入部17配置的平板17a、17b的开口部17aa、17ba以二次燃烧用气体在流路4内的流速沿着周向变为均匀的方式配置，在二次燃烧用气体流路4的出口部的二次空气的喷出量可以在周向上均匀化，因此增强了火焰稳定性。
根据第八方面描述的发明，除了第六方面描述的发明效果以外，通过将平板17a、17b的各开口部17aa、17ba相对于二次燃烧用气体流入部17的截面的开口比率设定为0.05至0.30，使二次燃烧用气体流速的最大流速和最小流速的比变为2或更小，二次燃烧用气体流路4的出口部的周向上的流速可以均匀化，并且不再出现二次燃烧用气体流的偏流。
根据第九方面描述的发明，除了第五方面描述的发明效果以外，由于从二次燃烧用气体流路4的燃烧用气体流入部17朝向出口部的二次燃烧用气体流路4的截面面积的减小率(稍后将描述其定义)设定为30％至80％，最大流速和最小流速的比没有显著变化，因此，二次燃烧用气体流路4的出口部的周向上的流速可以均匀化，并且不再出现二次燃烧用气体流的偏流。
根据第十方面描述的发明，除了第一方面描述的发明效果以外，由于在保持固体燃料燃烧器的燃烧性能时，可以确保检测到点火炬41的火焰，可以消除由包括固体燃料燃烧器的燃烧装置等内的启动操作或其他操作导致的误操作。
附图说明
[图1]是示出了根据本发明的一实施例的粉煤喷嘴的开口部的各种横截面形状的图。
[图2]示出了根据本发明的一实施例的粉煤燃烧器的侧截面图(图2的(a))、从炉侧观察的主视图(图2的(b))、沿着箭头线A-A截取的截面图(图2的(c))以及水平截面图(图2的(d))。
[图3]示出了用于说明在粉煤燃烧器的粉煤喷嘴内的粉煤主流的流动状态的图(图3的(a)为侧截面)、从炉侧观察的主视图(图3的(b))、水平截面图(图3的(c))以及示出了在图2的粉煤喷嘴出口部的粉煤浓度的测量结果的图(图3的(d))。
[图4]是示出了在普通的粉煤燃烧器的火焰稳定器附近的燃料浓度/平均燃料浓度和可燃性之间的关系的图。
[图5]示出在根据本发明的一实施例的粉煤燃烧器的二次空气流路的流入部处设置的平板的平面图(图5的(a))和该平板的一半的立体图(图5的(b))。
[图6]示出了在根据本发明的一实施例的粉煤燃烧器的二次空气流入部处设置的平板的另一实施例，其中，图6的(a)是在二次空气流入部处的平板的平面图，而图6的(b)是平板的一半的立体图。
[图7]是根据本发明的一实施例的粉煤燃烧器的二次空气流入部的开口比率和二次空气流路的出口部的流速分布的实测值的关系图。
[图8]是示出了根据本发明的一实施例的二次空气出口部的截面面积相对于粉煤燃烧器的二次空气流入部的截面面积的减小率与二次空气流路的最大流速和最小流速的比之间的关系的图。
[图9]是根据本发明的一实施例的在粉煤燃烧器的二次空气流路的二次空气入口部处没有安装平板的情况(图9的(a))和在安装平板的情况(图9的(b))的二次空气入口部的流速分布的示意图。
[图10]是根据本发明的一实施例的粉煤燃烧器的侧截面图。
[图11]是沿着图10中的箭头线B-B截取的截面图。
[图12]示出了根据本发明的一实施例的粉煤燃烧器的变型例(沿着图10中的箭头线B-B截取的截面图)。
[图13]示出了根据本发明的一实施例的粉煤燃烧器的变型例(沿着图10中的箭头线B-B截取的截面图)。
[图14]示出了根据本发明的一实施例的粉煤燃烧器的变型例(沿着图10中的箭头线B-B截取的截面图)。
[图15]是示出了显示根据本发明的一实施例的粉煤燃烧器的炉壁的配置示例的图(图15的(a)、图15的(b))。
[图16]示出了配置有图15的(a)的燃烧器的整个炉的侧截面图(图16的(a))和沿着图16的(a)中的箭头线A-A截取的截面图(图16的(b))。
[图17]示出了配置有均具有粉煤喷嘴的燃烧器的整个炉的侧截面图(图17的(a))和沿着图17的(a)中的箭头线B-B截取的截面图(图17的(b))，其中，粉煤喷嘴的横截面具有代替了根据现有技术的扁平形状的圆形形状。
[图18]示出了根据现有技术的粉煤燃烧器的喷嘴的水平截面图(图18的(a))、沿着图18的(a)中的箭头线A-A截取的截面图(图18的(b))、示出了以平均浓度为1.0为相对值表示的在图18的(a)中的燃料喷嘴的在宽度大的方向上的燃料浓度分布的图(图18的(c))以及示出了以平均浓度1.0为相对值表示的在粉煤喷嘴的开口部出口截面中的燃料浓度分布(区域)的图(图18的(d))。
具体实施方式
现在将参照附图说明根据本发明的实施例。
图2示出了根据本发明的燃烧器的最佳的实施例。
首先，将说明固体燃料燃烧器31(下文中，可以称为粉煤燃烧器31)的总体构造。在图2中，将使用油等作为燃料的启动燃烧器1安装到中心，在燃烧器周围配置通过输送用气体(空气等)输送固体燃料(粉煤等)的流路2，燃烧用气体(空气)在风箱3内分成两路，以布置用于二次燃烧用气体(下文中，可以称为二次空气)的流路4和用于三次燃烧用气体(下文中，可以称为三次空气)的流路5。在用于固体燃料和输送用气体的混合流体的流路2内设置有文丘里管7和燃料浓缩器6，该文丘里管7先收缩流路之后扩大。在燃料喷嘴8(下文中，可以称为粉煤喷嘴)的出口部的外周安装有火焰稳定器9。
图2的(b)示出了从炉11侧观察的粉煤燃烧器的主视图。在粉煤喷嘴8的顶端以环状形式设置有火焰稳定器9，以在该火焰稳定器9的下游侧(wakeside)形成循环流并增强可燃性和火焰稳定效果。图2的(b)示出了使用火焰稳定器9的示例，火焰稳定器9具有形成于粉煤喷嘴8侧的鲨鱼齿状突起。
此外，在该粉煤燃烧器31中的粉煤喷嘴8的形状和二次空气喷嘴10的形状从锅炉11(参照图16)侧观察为扁平形状。二次空气从二次空气流入部17流入二次空气流路4，燃烧二次空气从锅炉11侧的出口供给到粉煤喷嘴8的周围。
在三次空气流入部12设置有可以调整开口面积的多个开口构件13。另外，在炉11侧的出口部的三次空气喷嘴15朝向外侧扩展，并且在炉11内朝向外侧供给三次空气。
现在，将说明粉煤喷嘴8的构造的细节及通过该构造提供的特有效果。
粉煤和输送用气体的混合流体21通过燃料输送配管22被引导至燃烧器导入部23。在燃烧器导入部23的下游侧的、用于粉煤和输送用气体的混合流体流路2通过文丘里管7收缩之后扩大。文丘里管7的上下方向的扩大(H1)在比燃烧器导入部23的粉煤喷嘴8的内径(D1)小的范围内，然后构成混合流体流路2的粉煤喷嘴8的上壁和下壁在朝向炉11(参照图16)直线前进的方向上延伸。在文丘里管7附近的混合流体流路2的水平方向的扩大与粉煤喷嘴8的出口附近的位置连续，在扩大过程中粉煤喷嘴8的截面形状从圆形形状变为扁平形状，扁平度(率)随着水平方向的扩大而逐渐地增大。粉煤喷嘴8的向水平方向扩大终止后的直线部被设置成用于布置火焰稳定器9，可以通过制定火焰稳定器9的布置方法使粉煤喷嘴8的水平方向的扩大与火焰稳定器9的部分连续。扁平度(率)在粉煤喷嘴8的出口部(即，火焰稳定器9的区域)最大。
图3示出了从燃烧器导入部23到粉煤喷嘴8的出口的、在粉煤喷嘴8内的粉煤的主流的流。图3的(a)是粉煤喷嘴8的纵向截面图，而图3的(b)是粉煤喷嘴8的水平截面图。在粉煤喷嘴8的文丘里管7的下游侧的流中，在图3中具有点图案的部分35示意性示出了粉煤浓缩的区域。
在文丘里管7的收缩过程中粉煤和输送用气体的混合流体变为朝向中心轴线C收缩的流，并且沿着燃料浓缩器支撑管24形成圆环状的流。当该流到达燃料浓缩器6时，其通过燃料浓缩器6的前表面的倾斜部变为向外的流。
应该注意的是，作为燃料浓缩器6的构造例，该燃料浓缩器6具有：圆锥状的前表面倾斜部，该圆锥状的前表面倾斜部的轴向截面面积沿着燃料浓缩器支撑管24的中心轴线增大；圆柱状的平行部，在前表面倾斜部的下游侧设置具有大致相等的轴向截面面积的该圆筒状的平行部；以及圆锥状的后表面倾斜部，在平行部的下游侧设置轴向截面面积减小的该圆锥状的后表面倾斜部。
由于放置有后表面倾斜部的粉煤喷嘴8内的流路的截面面积极大地增大，所以其可以被称为流路扩大部。
即使在燃烧器导入部23处粉煤喷嘴8内的粉煤的流量分布不均匀的情况下，该燃料也会通过文丘里管7的收缩部在中心轴线C的方向上临时地聚集，然后在使用燃料浓缩器6的扩展过程中使周向的燃料流量分布均匀。在通过燃料浓缩器6扩展的粉煤的流中，如图3的(a)所示竖直方向的分流立即与粉煤喷嘴8的上下的内周壁的水平部碰撞并变为直线前进方向，而水平方向分流具有由燃料浓缩器6的前表面的倾斜部保存的向外速度分量，直到水平方向分流到达粉煤喷嘴8的出口部，即使粉煤的主流流入在粉煤喷嘴8的出口的下游侧的炉11内之后，粉煤的主流也会保持扩展。
粉煤喷嘴8、文丘里管7和燃料浓缩器6的构造的组合即使在粉煤流穿过粉煤喷嘴8的出口后也能够使粉煤流的形状的扁平度(率)增大并且使在火焰稳定器9的周围的粉煤喷嘴8的内周壁附近的燃料浓度分布均匀。
图3的(d)是示出了图2中的粉煤喷嘴8的出口部的粉煤浓度的测量结果的图，并且该图3的(d)还示出了测量根据本实施例的粉煤喷嘴8的出口部的燃料浓度分布的示例。在粉煤喷嘴8的中央部的燃料浓度/平均燃料浓度低至0.8倍以下，该燃料浓度随着靠近外周部而增加，并且在最外周部的燃料浓度浓缩至平均浓度的约1.5倍。此外，粉煤喷嘴8的周向的浓度分布均匀，并且在燃料浓度/平均燃料浓度方面，将在与火焰稳定器9最靠近的粉煤喷嘴8的最外周部的燃料浓度偏差抑制到约±0.1倍，该燃料浓度偏差对于例如点火(ignition)起着重要的作用。如上所述，由于获得在粉煤喷嘴8的周向上均匀的燃料浓度，所以能够提供稳定的点火/火焰稳定性。
这里，检查在未采用粉煤喷嘴8、文丘里管7和燃料浓缩器6的结构的上述组合的、根据图18所示的现有技术的燃料喷嘴42的出口部处的浓度分布。应该注意的是，图18的燃料喷嘴42具有专利文献1中所描述的燃烧器形状，图18的(a)示出了粉煤喷嘴42的水平截面图，而图18的(b)示出了沿着图18的(a)的箭头线A-A截取的截面图。
图18的(c)是以平均浓度为1.0的相对值的形式示出了与根据图18的(a)的粉煤喷嘴42的水平截面图相对应的粉煤喷嘴42的横向宽度方向的燃料浓度分布的图，而图18的(d)是以平均浓度为1.0的相对值的形式示出了在粉煤喷嘴42的开口部的出口截面的燃料浓度分布(区域)的图。
如上所述，在图18示出的比较例中，在水平方向(喷嘴的宽度大的方向)的中央部的浓度高，随着靠近两端部侧燃料浓度降低，并且在距离中央部最远的两端部的燃料浓度降低至平均值的约0.5倍。这是因为空气流像喷嘴形状一样在水平方向上扩散，而固体颗粒的粉煤会在中央部集中而不会在水平方向和其他方向上分散且不会沿着喷嘴形状扩散。因此，不能获得与图3的(c)所示的根据本发明的燃料喷流相似的水平分散喷流形状。
这里，即使安装了专利文献1的附图所示的如下燃料浓缩器：该燃料浓缩器使燃料在粉煤喷嘴42的宽度大的方向的整个区域中在浓缩粉煤喷嘴42的上下方向上浓缩，使燃料在上下方向上浓缩在该喷嘴42的开口部的上侧和下侧，但是在喷嘴42的水平方向(横向宽度方向)的中央区域的粉煤浓度仍然高，粉煤浓度随着靠近两端部侧而降低，并且在距离中央部最远的两端部的粉煤浓度仍然低。
随着燃料浓度增加，改善了粉煤喷嘴8的最外周部的燃料浓度和点火/火焰稳定性之间的关系。因此，在图18示出的粉煤喷嘴形状的情况下，在粉煤喷嘴42的最外周部处，在燃料浓度为1.3倍以上的中央部保持了点火/火焰稳定性，而在燃料浓度/平均燃料浓度为1.0倍以下的两端部处的可燃性降低。
另一方面，在根据本发明的粉煤喷嘴形状的情况下，在粉煤喷嘴8的最外周部的燃料浓度均匀地浓缩为平均浓度的约1.5倍，并且在粉煤喷嘴8的整个外周的可燃性/火焰稳定性良好。
关于将在粉煤喷嘴的最外周部的燃料浓度浓缩超过平均浓度并且使在周向的燃料浓度均匀的优点，可以想到如下优点。第一个优点是，通过如上所述地保持可燃性/火焰稳定性促进固体燃料的燃烧。促进燃烧性能够产生高效率的燃烧。
第二个优点是，通过改善可燃性/火焰稳定性产生了低NOX燃烧的效果。在根据本发明的固体燃料燃烧器的情况下，在粉煤喷嘴的出口形成的火焰不会立即与外周空气(例如，三次空气)混合。在燃料喷流和外周空气喷流之间形成循环区域，并且发生炉内的气体流回到燃烧器附近的部分的现象。由于燃烧用气体滞留在该区域，所以氧气浓度低，并且在该区域中由在粉煤喷嘴的出口形成的火焰产生的NOX减少。这种状态称为还原区域。由于在粉煤喷嘴的出口提前点火(hasteningignition)能够充分地确保还原区域的滞留时间，因此能够降低燃烧用气体中的NOX浓度。
在图18示出的粉煤喷嘴形状的情况下，在粉煤喷嘴42的出口的可燃性在周向上是不均匀的，在两端部的可燃性/火焰稳定性变差，不能确保在还原区域的滞留时间，NOX浓度升高。另一方面，在根据本发明的粉煤喷嘴形状的情况下，由于在粉煤喷嘴8的最外周的燃料浓度在周向上是均匀的且比平均浓度大，所以可燃性/火焰稳定性良好，能够充分地确保还原区域的滞留时间，因此，能够实现低NOX燃烧。
现在，将描述根据本发明的、图2示出的实施例中的二次空气喷嘴10。图2示出的二次空气喷嘴10具有扁平形状(参照图2的(c))，其相对于火焰稳定器9的间隙在整周上是均匀的。
应该注意的是，在本实施例中，二次空气喷嘴10的内壁面与粉煤喷嘴8(燃料喷嘴)的外周壁相对应。
如图2的(c)所示，在二次空气喷嘴10和火焰稳定器9之间的间隙在整周上大致均匀。因此，对应在粉煤喷嘴8的内周壁附近形成的均匀的燃料浓度分布，能够在周向上均匀地供给二次空气。也就是，由于在粉煤喷嘴8的内周壁附近的、具有高燃料浓度的区域内的燃料和在包围该区域的外侧的二次空气的局部燃料/燃烧用气体流量比率能够在粉煤喷嘴8的出口部的整周区域内均等，所以能够在整周区域中获得最佳燃烧。
在图2示出的实施例中，三次空气喷嘴15具有圆形的出口形状，并且三次空气流路5被配置成从上下方向夹持粉煤喷嘴8(参照图2的(c))。结果，抑制了三次空气和燃料的混合，并且促进了低NOX燃烧。
此外，在粉煤燃烧器31的最外周的三次空气喷嘴15的出口形状形成为圆形形状的情况下，不仅可以方便用于新构造的燃烧器，还可以方便用于具有圆形开口部的现有燃烧器的改进。
构成炉壁面18的水壁管必须设计成绕过炉壁面18的燃烧器开口部32，其加工程度(adegreeofdevising)是随着燃烧器31的大容量化而变得突出。当在最外周的三次空气喷嘴15的出口形状是圆形形状以形成燃烧器开口部32时，被加工成弯曲状的水壁管的曲率可以形成为相对大的光滑形状。结果，可以容易地加工水壁管，可以缓和弯曲加工时的应力集中，以及可以抑制水壁管的内部流体流动的阻力增大。
现在，将描述如下构造：该构造通过使来自二次空气流路4的二次空气喷嘴10的二次空气的喷出在周向上均匀化来稳定火焰。
二次空气流路4具有如下的构造：该流路的截面面积从二次空气流入部(二次空气入口部)17朝向炉侧的二次空气出口减小。
首先，检查二次空气流路4的出口部的流速分布对二次空气流入部17的截面面积和二次空气流路4的出口部附近的截面面积的比的影响。
使用由本发明人独自组装的流动试验装置的试验来评价上述截面面积比和二次空气流路4的出口部的流速分布之间的关系。制作与图1示出的与粉煤燃烧器31的出口形状相同的形状的装置，在改变流入部17的截面面积和在该出口部附近的截面面积的比的情况下将二次空气流路4的出口部在周向被等分为16个部分，由热线风速计测量各部分的流速。应注意的是，使用常温的空气作为流体。采用最大流速和最小流速的比作为表示流速的均匀化的指标来进行评价。当最大流速和最小流速的比为1时，意思是指流速是均匀化的。
图8示出了作为评价对象的二次空气出口部的截面面积相对于二次空气流入部17的截面面积的减小率与二次空气流路4的最大流速和最小流速的比之间的关系。对在图8的横轴的截面面积的减小率进行如下限定。然而，这里在二次空气流入部17没有安装平板17a和17b。
此外，二次空气流入部17的出口部的截面面积是在没有设置火焰稳定器9的状态下的截面面积，即，就是在由火焰稳定器9使二次空气流路减小之前的截面面积。
截面面积减小率＝(1-出口部截面面积/流入部截面面积)×100(％)
结果，最大流速和最小流速的比显著减小，直到减小率达到约40％，然后该比逐渐降低至约为1。当减小率设定为30％或更大时，最大流速和最小流速的比为2或更小。然而，当截面面积减小率设定为太大时，流入气体的量像下述开口比率一样减小，因此，期望将二次空气流路4的截面面积的减小率设定为30％至80％。
图5示出了关于在二次空气流路4的二次空气流入部17中设置的平板17a的形状的实施例。图5的(a)示出了平板17a的平面图，而图5的(b)示出了平板17a的一半的立体图。
在图5的(a)示出的实施例中，在具有圆角矩形形状的平板17a中在上下对称且左右对称的位置设置有多个圆形开口部17aa。应该注意的是，内部的大圆形开口部是与粉煤喷嘴8接触的接触部。此外，该平板17a具有如图10的(b)所示的、左右对半分割结构(horizontallyhalf-splitstructure)，使得可以容易地布置该平板。在本实施例中，设置于二次空气流入部17的平板17a的开口比率约为9％。
图6示出了配置于二次空气流入部17的平板的另一实施例。图6的(a)示出了设置于二次空气流入部17的平板17b的平面图，而图6的(b)示出了平板17b的一半的立体图。设置于二次空气流入部17的平板17b的开口比率约为11％。
应该注意的是，在图5和图6所示的实施例中，在二次空气流入部17的开口部设置的平板17a和17b的开口部具有像开口部17aa和17ba一样的圆形形状，而本发明不限于这种形状，并且开口部可以具有诸如椭圆形或正方形等的多边形形状。此外，根据二次空气入流部17的结构，平板17a和17b不限于圆角矩形的形状，而可以采用诸如圆形或方形(angularshape)等的各种形状。然而，为了使在二次空气流路4的出口部的横截面方向的流速均匀化，期望以上下对称且左右对称的方式配置二次空气流入部17的平板17a和17b的开口部。
图7示出了基于与如上所述的流动试验相同的流动试验检测关于该二次空气流入部17的平板17a和17b中的每一个的开口比率在二次空气流路4的出口部的流速分布的结果。图7中示出的结果是，当上述开口比率为约0.10时，在二次空气流路4的出口部的最大流速和最小流速的比为最小，而当开口比率为0.30或更小时，最大流速和最小流速的比在2以下。然而，当开口比率极度减小时，流入气体的量极度减小，因此，为了使在二次空气流路4的出口部的流速均匀，期望将二次空气流入部17的开口比率设定为0.05至0.30。
图9示出了在二次空气流路4的二次空气入口部17没有布置具有图5或图6所示的开口部17aa和17ba的平板17a和17b的情况(图9的(a))和布置平板17a和17b的情况(图9的(b))的示意图。由各箭头的方向和长度表示二次空气的流动方向和强度。
在如图9的(a)所示的没有布置平板17a和17b的情况下，根据气体流入风箱3的方向(在图9所示的示例中，从左上侧供给二次空气)，当二次空气流入二次空气流路4的二次空气入口部17时二次空气变为偏流，并且在二次空气入口部17的截面中流速分布不同。这种偏流或流速分布影响在二次空气出口部的流速分布。另一方面，在如图9的(b)所示的布置具有二次空气入口部17的开口部17aa和17ba的平板17a和17b的情况下，偏流或流速分布的差异被平板17a和17b抵消而消除，而仅供给具有大致均匀流速的直进流作为流入二次空气入口部17的空气流。
现在，将描述如下结构：在二次空气喷嘴10内布置火焰检测器(FD)40，以在燃烧器31的出口检测来自点火燃烧器1的火焰或粉煤火焰。此外，设置用于确保点燃点火燃烧器1的点火炬41。
图10示出了根据本发明的实施例的粉煤燃烧器31的侧截面图，而图11是沿着图10中的箭头线B-B截取的截面图。应该注意的是，图10与图2中所示的粉煤燃烧器31的侧截面图相同，但附图中省略了一些构件。
图10和图11中示出的粉煤燃烧器31的粉煤喷嘴8的出口形状是具有短径部和长径部的矩形形状、椭圆形状或具有直线部和圆周部的大致椭圆形状，该粉煤喷嘴8的外周部具有椭圆或大致椭圆的二次空气喷嘴10，并且在外周的三次空气喷嘴15的形状具有与点火(启动)燃烧器1同心的形状。
将上下分割燃烧器中心水平截面的隔板14***三次空气喷嘴15，使得可以改变流入上下侧的三次空气的流量。
也就是，相对于二次空气喷嘴10的外周壁和三次空气喷嘴15的内周壁布置隔板14，并且三次空气流路5由隔板14上下分割成两部分。隔板14还可以是将风箱3上下分割成两部分的隔板14。因此，由各阻尼器30a至30d调整被导入上下分割成两个三次空气流路5的、来自风箱3的三次空气的量的情况下，流过各流路的燃烧空气的动量可能产生偏差，并且从粉煤燃烧器31喷出的火焰可以沿着炉11内的上下方向偏向。
在粉煤喷嘴8的上侧的二次空气喷嘴10内布置FD40和点火炬41。FD40用于检测来自在燃烧器31的中心部布置的点火燃烧器1的火焰或粉煤的火焰，来自在锅炉11的前后侧壁面18上布置的燃烧器31的火焰由于浮力和上升流向上弯曲，因此，期望在包含燃烧器中心的水平线的上侧布置FD40。
此外，由于FD40还用于检测点火炬41的火焰，所以期望在同一平面上布置FD40和点火炬41，因此，同样地，还期望在包含燃烧器中心的水平线的上侧布置点火炬41。
由于管被***燃烧空气喷嘴10和15中的每一个喷嘴，所以FD40或点火炬41根据布置位置阻碍外周空气的流动。由于二次空气喷嘴10的喷出口的截面面积在粉煤喷嘴8的长径部的外周增大，所以长径部的外周壁的二次空气的流量比短径部的外周的二次空气的流量大。
在粉煤喷嘴8的短径部的外周壁布置有FD40或点火炬41的情况下，阻碍燃烧空气的流动，因此，该空气不在短径部的外周壁上流动。
在这种情况下，不能使FD40或点火炬41冷却，因此，令人担忧的是，由于炉11的辐射热会烧坏FD40或点火炬41。另一方面，由于粉煤喷嘴8的长径部的外周壁具有高空气流量，所以烧损的可能性降低，在例如点火炬41的情况下，当燃烧空气的流量大时，用于点火燃烧器1的火炬火焰被吹出，因此，不期望在燃烧空气的量大的位置布置该构件。
为了确保点燃点火燃烧器1，期望在燃烧空气流量低的位置布置点火炬41。
尽管从防止烧坏的观点来说，期望在燃烧空气量大的位置布置FD40，但是当粉煤喷嘴8的出口形状是矩形形状、椭圆形状或大致椭圆形状时，在出口的两端均形成有具有高燃料浓度的区域，因此，以观察具有高燃料浓度的区域的方式安装FD40，使火焰检测灵敏度良好。
因此，期望在具有小的燃烧空气量且高燃料浓度的区域及可以降低烧坏的可能性的区域内布置FD40或点火炬41。
图11示出的实施例是如下的示例：粉煤喷嘴8的出口形状是具有直线部和圆周部的大致椭圆形状，该直线部的外周壁具有宽的二次空气流路4，各圆周部的外周具有窄的二次空气流路4，因此，期望在直线部和圆周部的接点上布置FD40或点火炬41。
图12中示出的实施例(沿着图10中的箭头线B-B截取的截面图)与粉煤喷嘴8的出口形状是矩形形状的情况相对应，在长径部侧的二次空气流路4是宽的，而在短径部侧的二次空气流路4是窄的。因此，不期望在粉煤喷嘴8的出口形状的长径部或短径部的中央处安装FD40或点火炬41，而期望在长径部的两端上安装该构件。
图13中示出的实施例(沿着图10中的箭头线B-B截取的截面图)与粉煤喷嘴8的出口形状是椭圆形状的情况相对应，在焦点之间的外周具有宽的二次空气流路4，而在焦点外侧的外周壁具有窄的二次空气流路4。因此，在这种情况下，期望在粉煤喷嘴8的焦点外侧的外周壁上布置FD40或点火炬41。
应该注意的是，在图11至图13中，当从炉11侧观察粉煤燃烧器31时，FD40布置在左上侧，而点火炬41布置在右上侧，即使它们的位置相反，也不会发生任何问题。
图14中示出的实施例(沿着图10中的箭头线B-B截取的截面图)与图11中示出的燃烧器旋转90度时相对应。也就是，存在如下的示例：构成粉煤喷嘴8的出口的外周壁的圆周部放置在上下位置而直线部放置在左右位置。在这种情况下，期望在包含燃烧器31的中心的水平线的上侧布置FD40或点火炬41。
图15的(a)示出了根据本发明的实施例的燃烧器31的炉壁面18的配置示例。在本示例中，燃烧器31在炉壁面18上配置成三排四列，所有的燃烧器的扁平形状的粉煤喷嘴8的宽度大的方向被确定为水平的。图16是示意性示出与应用现有技术时相比、当使用图15的(a)所示的粉煤燃烧器31时，可以有效利用炉11的空间的图，图16的(a)示出了配置有图15的(a)中的燃烧器31的整个炉11的侧截面图，而图16的(b)示出了沿着图16的(a)中的箭头线A-A截取的截面图。此外，图17(图17的(a)示出了整个炉11的侧截面图，该炉11内配置有具有粉煤喷嘴的燃烧器，每个粉煤喷嘴均具有圆形形状而不是扁平形状的横截面形状，图17的(b)示出了沿着箭头线A-A截取的截面图)示出了现有技术的结构。
如图16所示，在以水平地设定具有扁平形状的各粉煤喷嘴8的宽度大的方向的方式来配置所有粉煤燃烧器31的情况下，燃料喷流在炉11内的水平方向上分散，可以有效地利用炉11内的空间，并且可以高效率地且低NOX浓度地燃烧燃料。
如图16的(a)和图16的(b)所示，在水平地设定均具有扁平形状的各粉煤喷嘴8的宽度大的方向的方式来配置在炉壁面18上配置的所有燃烧器31的情况下，与图17中示出的现有技术相比，火焰在炉11内在水平方向扩散，由此减少了炉11内的未利用空间。
也就是，根据本实施例，火焰穿过的截面面积在炉11内的水平截面中增大，火焰在炉11内滞留的时间增加，改善了燃料效率，并且可以减低燃烧用气体的NOX浓度。
如上所述，在图18的(a)和图18的(b)中示出的不与本发明的粉煤喷嘴8、文丘里管7和燃料浓缩器6的结构的组合相对应的现有技术的粉煤喷嘴42情况下，在如图18的(c)和图18的(d)所示的水平方向的两端部提供低燃料浓度分布。因此，难以使燃料朝向超出炉内的水平方向、特别是粉煤喷嘴42的宽度方向的扩展(相对于中心轴线的倾斜角)的外侧扩散，并且难以使火焰在水平方向上扩散。
与此相比，在根据本发明的实施例中，不仅容易使粉煤燃料在粉煤喷嘴8和该粉煤喷嘴8的外周的二次空气喷嘴10的隔壁侧(在布置火焰稳定器9的情况下在该火焰稳定器9的附近)浓缩且在粉煤喷嘴8的开口部的整周上能够均匀地进行点火，而且还使得在粉煤喷嘴8的水平截面上(在从上下方向侧观察燃烧器31的情况下)的燃料分布(在特定的水平方向位置的上下方向的燃料积分所得的值)不是在水平方向(喷嘴宽度大的方向)的中央部附近而是在两端部侧高。
因此，可以使燃料朝向超过在炉内的水平方向、特别是在粉煤喷嘴8的宽度大的方向的扩展(相对于中心轴线C的倾斜角)的外侧扩散，并且可以使火焰在水平方向上扩散。
因此，即使单个燃烧器的容量扩大且在炉内的水平方向上彼此相邻的燃烧器31之间的距离增大，在不形成火焰的区域没有扩大的情况下，也可以有效地使用炉空间。
图15的(b)示出了根据本发明的另一实施例的燃烧器31的配置示例。在本实施例中，燃烧器31在炉壁面18上配置成三排四列，以各粉煤喷嘴8的宽度大的方向面向竖直方向的方式配置靠近侧壁的燃烧器31，在侧壁处容易发生灰与炉壁面18粘附的问题，以将具有扁平形状的粉煤喷嘴8的宽度大的方向设定为水平方向的方式配置其他燃烧器31，并且在抑制灰粘附的问题时，能够进行高效率且低NOX浓度的燃烧。在本实施例中，尽管以具有扁平形状的各粉煤喷嘴8的宽度大的方向面向竖直方向的方式配置靠近侧壁的燃烧器31，但对于靠近侧壁的一些燃烧器31(例如，只有在最上段的燃烧器31)，具有扁平形状的各粉煤喷嘴8的宽度大的方向可以配置成竖直方向，而对于其他燃烧器31，具有扁平形状的各粉煤喷嘴8的宽度大的方向可以配置成面向水平方向。
应该注意的是，在图15的(a)和图15的(b)中示出的燃烧器31的配置示例中，具有扁平形状的各粉煤喷嘴8的宽度大方向被设定为完全地(perfectly)竖直方向或水平方向，但是由于在各燃烧器31周围的任何其他结构的影响，在该宽度大的方向不能被设定为完全地竖直方向或水平方向的情况下，可以倾斜配置该宽度大的方向。
附图标记说明
1启动燃烧器2粉煤流路
3风箱4二次空气流路
5三次空气流路6燃料浓缩器
7文丘里管8粉煤喷嘴
9火焰稳定器10二次空气喷嘴
11炉12三次空气流入部
13三次开口构件14隔板
15三次空气喷嘴17二次空气流入部
18炉壁面21混合流体
22燃料输送配管23燃烧器导入部
24燃料浓缩器支撑管28燃烧器火焰
29二级燃烧用气体供给口31固体燃料(粉煤)燃烧器
32炉开口部(燃烧器喉部(burnerthroatportion))
40火焰检测器41点火炬

Claims (10)

1.一种固体燃料燃烧器，其包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴在具有固体燃料流路的炉壁面开口，所述固体燃料流路与圆筒状的燃料输送配管连接，固体燃料和该固体燃料的输送用气体的混合流体流动通过所述燃料输送配管；和一个或多个燃烧用气体喷嘴，所述一个或多个燃烧用气体喷嘴与风箱连通并且形成于所述燃料喷嘴的外周壁侧，所述固体燃料的燃烧用气体在所述风箱中流动，
所述固体燃料燃烧器的特征在于，所述固体燃料燃烧器在所述燃料喷嘴内包括：文丘里管，其具有收缩部，所述收缩部使在所述燃料喷嘴内的所述固体燃料流路的横截面减小；和燃料浓缩器，在所述文丘里管的下游侧所述燃料浓缩器使所述燃料喷嘴内的流向外转向，并且
以如下的方式形成所述燃料喷嘴：
(a)在锅炉的炉壁面的开口部附近的开口形状是扁平形状，
(b)所述燃料喷嘴的与所述燃料喷嘴的外周壁的喷嘴中心轴线正交的横截面的截面形状直到所述文丘里管的收缩部都是圆形形状，
(c)在所述文丘里管的收缩部和设置于锅炉的炉壁面的开口部之间设置扁平度逐渐增大的部分，以及
(d)在锅炉的炉壁面的开口部形成为具有最大扁平度的扁平形状。
2.根据权利要求1所述的固体燃料燃烧器，其特征在于，在所述燃料喷嘴的外周壁的顶端外周布置火焰稳定器。
3.根据权利要求1或2所述的固体燃料燃烧器，其特征在于，在所述多个燃烧用气体喷嘴的最内侧布置的二次燃烧用气体喷嘴内设置有二次燃烧用气体流路，所述二次燃烧用气体流路的与所述二次燃烧用气体喷嘴的外周壁的所述中心轴线正交的截面形状在所述二次燃烧用气体流路的出口部为扁平形状。
4.根据权利要求3所述的固体燃料燃烧器，其特征在于，在所述多个燃烧用气体喷嘴的最外侧布置的三次燃烧用气体喷嘴内具有三次燃烧用气体流路，所述三次燃烧用气体流路的与所述三次燃烧用气体喷嘴的外周壁的所述中心轴线正交的截面形状在所述炉壁面附近的所述三次燃烧用气体流路的出口部为圆形形状。
5.根据权利要求3所述的固体燃料燃烧器，其特征在于，所述二次燃烧用气体流路具有如下的结构：该流路的截面面积从燃烧用气体流入部朝向所述炉壁面的开口部逐渐减小。
6.根据权利要求3所述的固体燃料燃烧器，其特征在于，所述二次燃烧用气体流路的燃烧用气体流入部的气体流入方向被设定为与所述炉壁面垂直的方向，并且在该燃烧用气体流入部配置有具有多个开口部的平板。
7.根据权利要求6所述的固体燃料燃烧器，其特征在于，在所述二次燃烧用气体流路的燃烧用气体流入部配置的所述平板的开口部以使得在所述二次燃烧用气体流路内的燃烧用气体的流速在该流路的周向上均匀的方式配置。
8.根据权利要求6所述的固体燃料燃烧器，其特征在于，所述平板的开口部相对于所述二次燃烧用气体流路的燃烧用气体流入部的截面面积的开口比率被设定为0.05至0.30。
9.根据权利要求5所述的固体燃料燃烧器，其特征在于，所述二次燃烧用气体流路的截面面积从所述二次燃烧用气体流路的燃烧用气体流入部到出口部的减小率被设定为30％至80％。
10.根据权利要求1所述的固体燃料燃烧器，其特征在于，在用于喷出固体燃料和固体燃料输送用气体的所述燃料喷嘴的出口的形状是矩形形状的情况下在长边侧的两端上布置火焰检测器和点火炬、在所述燃料喷嘴的出口的形状是椭圆形状的情况下在焦点上布置火焰检测器和点火炬、而在所述燃料喷嘴的出口的形状是具有直线部和圆周部的大致椭圆形状的情况下在所述直线部的两端上布置火焰检测器和点火炬。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9689568B2 (en) * 2012-01-13 2017-06-27 Babcock Power Services, Inc. Adjustable division plate for classifier coal flow control
RS60283B1 (sr) 2014-11-28 2020-06-30 General Electric Technology Gmbh Sistem za sagorevanje za kotao
CN105670660B (zh) * 2016-03-21 2018-11-06 陈新忠 一种运用非对称式燃烧器的生物质炭化炉
WO2017212108A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-14 Fortum Oyj Method of burning fuel and a boiler
CN106090902B (zh) * 2016-08-11 2018-04-06 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 环形回流型褐煤旋流燃烧器及燃烧方法
JP2018028418A (ja) * 2016-08-19 2018-02-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 固体燃料バーナ
CN107083258B (zh) * 2017-06-23 2024-03-26 航天长征化学工程股份有限公司 一种气化烧嘴装置
KR101794692B1 (ko) 2017-09-18 2017-11-08 (주)조선내화이엔지 도시 폐자원 복합연료 열 병합 발전용 소각로의 생활계 srf 정량 공급 장치
JP2020030037A (ja) 2018-08-20 2020-02-27 三菱日立パワーシステムズ株式会社 固体燃料バーナ
JP7081407B2 (ja) * 2018-09-11 2022-06-07 株式会社Ihi ボイラ
WO2020234965A1 (ja) * 2019-05-20 2020-11-26 三菱日立パワーシステムズ株式会社 固体燃料バーナ
CN112513526A (zh) * 2019-05-13 2021-03-16 三菱动力株式会社 固体燃料燃烧器、锅炉装置、固体燃料燃烧器的喷嘴单元及导流叶片单元
US20230054425A1 (en) * 2020-02-10 2023-02-23 Jfe Steel Corporation Radiant tube burner, radiant tube, and method of designing radiant tube burner

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542202A (zh) * 2006-09-27 2009-09-23 巴布考克日立株式会社 喷烧器、备有喷烧器的燃烧装置及锅炉
WO2009125566A1 (ja) * 2008-04-10 2009-10-15 バブコック日立株式会社 固体燃料バーナ、固体燃料バーナを用いた燃焼装置とその運転方法
JP2011202841A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Babcock Hitachi Kk バーナ及び該バーナを備えたボイラ
WO2012098848A1 (ja) * 2011-01-21 2012-07-26 バブコック日立株式会社 固体燃料バーナおよび前記バーナを用いる燃焼装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59163709A (ja) * 1983-03-07 1984-09-14 住友電気工業株式会社 マグネツトワイヤ−
JPS59163709U (ja) * 1983-04-15 1984-11-02 バブコツク日立株式会社 微粉炭バ−ナ
JP3255651B2 (ja) 1991-02-21 2002-02-12 バブコック日立株式会社 微粉炭燃焼装置
JPH05157213A (ja) * 1991-12-06 1993-06-22 Babcock Hitachi Kk 燃焼装置
JP3099109B2 (ja) * 1996-05-24 2000-10-16 株式会社日立製作所 微粉炭バーナ
WO1998003819A1 (fr) * 1996-07-19 1998-01-29 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Bruleur et dispositif a combustion correspondant
JPH1122915A (ja) * 1997-06-27 1999-01-26 Babcock Hitachi Kk 硫黄含有燃料の燃焼方法およびそのための燃焼装置
JP2000234704A (ja) * 1999-02-16 2000-08-29 Babcock Hitachi Kk 微粉炭燃焼装置
JP2009079794A (ja) 2007-09-25 2009-04-16 Babcock Hitachi Kk 固体燃料バーナ、固体燃料バーナを用いた燃焼装置とその運転方法
US8210111B2 (en) * 2008-02-27 2012-07-03 C.L. Smith Industrial Company Method and system for lining a coal burner nozzle
JP2011052871A (ja) * 2009-08-31 2011-03-17 Babcock Hitachi Kk 燃焼装置
US8955776B2 (en) * 2010-02-26 2015-02-17 Alstom Technology Ltd Method of constructing a stationary coal nozzle
US20120103237A1 (en) * 2010-11-03 2012-05-03 Ronny Jones Tiltable multiple-staged coal burner in a horizontal arrangement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542202A (zh) * 2006-09-27 2009-09-23 巴布考克日立株式会社 喷烧器、备有喷烧器的燃烧装置及锅炉
WO2009125566A1 (ja) * 2008-04-10 2009-10-15 バブコック日立株式会社 固体燃料バーナ、固体燃料バーナを用いた燃焼装置とその運転方法
JP2011202841A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Babcock Hitachi Kk バーナ及び該バーナを備えたボイラ
WO2012098848A1 (ja) * 2011-01-21 2012-07-26 バブコック日立株式会社 固体燃料バーナおよび前記バーナを用いる燃焼装置

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