[发明专利]固体燃料燃烧器及使用固定燃料燃烧器的燃烧方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对固体燃料进行气流输送并使其燃烧的固体燃料用燃烧器及其燃烧方法，特别是涉及适合于将含水分和挥发成分多的煤粉、木材或泥炭作为燃料进行燃烧的、可对应宽范围的炉膛负荷变化而且可进行使燃烧废气中的氮氧化物(NOx)浓度下降的燃烧的固体燃料用燃烧器，使用该固体燃料用燃烧器的燃烧方法，具有该燃烧器的炉膛、加热炉、或热风发生炉等燃烧装置及其运用方法，燃煤锅炉及其系统，及燃煤火力发电系统。

背景技术

用于环境保护的公害防止规定一年比一年严格，特别是在燃烧上述煤的煤粉燃烧锅炉中，要求尽可能地减少燃烧气体中的NOx发生量(以下称低NOx化)。作为使燃烧废气中的NOx浓度下降的燃烧技术(低NOx化技术)有两级燃烧法。两级燃烧法有在炉膛全体使NOx发生量下降和在燃烧器单体使NOx浓度下降这样两种方法。当要在炉膛全体使NOx发生量下降时，通过将炉膛的燃烧器区域中的空气比(相对燃料的所需空气比例，空气比1为化学计量当量)保持为1以下的浓燃料条件，将生成的NOx还原，实现低NOx化。对于此时的未燃烧燃料，通过从设置于燃烧器区域下游(后)侧的空气插入口投入空气使其燃烧。

另外，作为在煤粉燃烧器等固体燃料燃烧器(下面有时简称为燃烧器)单体使NOx发生量下降的低NOx燃烧法(以下将这种燃烧器称为低NOx化燃烧器)，使2次空气和3次空气旋转，使得与仅由1次空气着火的煤粉流的混合延迟，从而形成大的还原区域，该方法已在某种低NOx化煤粉燃烧器(日本特开昭60-176315号、特开昭62-172105号)得以实用化。

由这些技术可使废气中的NOx浓度下降到130ppm(燃料比＝固定碳/挥发成分为2，煤中的含氮量为1.5％，灰中未燃分5％以下)。然而，废气中的NOx浓度限制值存在一年比一年严格的倾向，今后要求的废气中的NOx限制值将在100ppm以下。

作为NOx发生量在100ppm以下的低NOx化燃烧器，开发了带有进一步强化燃烧器部的低NOx燃烧法的内部火焰稳定器的燃烧器和设置了在外部火焰稳定器(设于煤粉和煤粉输送用气体的混合流体流过的燃料喷口的外周部)与上述内部火焰稳定器之间桥接的那样的火焰稳定器的燃烧器。

另外，在预期能量要求将要增大的地区，可认为今后主要利用水分和灰分多、发热量低的劣质煤。在劣质煤中，虽然褐煤和次烟煤等含有高水分的煤的埋藏量较多，但与烟煤相比存在火焰温度下降和燃料性差等作为燃料的性质较差的担心。褐煤为以东欧为中心存在的煤，为灰分20％以上、水分30％以上的埋藏年代较短的煤。

另外，以褐煤为代表的煤化(碳化)程度低的煤、木材、泥炭在加热时以气体放出的成分(以下称为挥发成分)和含于燃料中的水分较多。另外，发热量与烟煤和无烟煤等煤化程度高的煤相比较低，一般粉碎性较差。另外，具有燃烧灰的熔融温度低的特征。由于挥发成分多，所以，在空气氛围中贮藏和粉碎时易于自然着火，与烟煤等相比难以处理。为此，在将褐煤等制成微粉和使其燃烧的场合，将燃烧废气与空气的混合气体用作燃料的输送用气体。由于上述混合气体的氧浓度较低，所以，可避免燃料的自然着火。另外，由燃烧废气的保有热量可使由上述混合气体输送的燃料中的水分蒸发。

然而，在低氧浓度气氛下输送燃料，使得从燃烧器喷出的燃料不在与空气混合后时燃烧反应没有进展。燃烧反应受到燃料与空气的混合速度制约，与可由空气输送的烟煤相比燃烧速度下降。为此，与烟煤的燃烧相比，燃料的燃尽时间较长，在炉膛出口的未燃烧成分增加。

作为使由低氧浓度的输送用气体输送的燃料的着火提前的方法，有在燃料喷口前端设置空气喷口以提高燃料输送用气体的氧浓度的方法。例如在日本特开平10-73208号公报中公开了在燃料喷口的外侧设置空气喷口的燃烧器。另外，在燃料喷口的中心设置空气喷口以促进燃料喷口的燃料与空气的混合的燃烧器也经常得到应用。

另外，在日本特开平4-214102号公报中公开了一种燃烧器，该燃烧器具有喷射煤粉和其输送用气体的混合物的燃料喷口和配置于该燃料喷口外侧的2次空气喷口和3次空气喷口，还在将上述燃料喷口与2次空气喷口隔开的分隔壁前端部设置用于保持由从上述燃料喷口喷出的煤粉获得的火焰的火焰稳定器。