JPH01155105A - 微粉燃料バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は褐色亜炭と黒色亜炭の両方を含む微粉炭の燃焼
に適したバーナに関する。

［従来の技術］ バーナは本来、発電に使用される蒸気発生設備の中の主
バーナに点火するための点火装置として開発された。

微粉炭を使用する蒸気発生設備は主バーナに点火するた
めの点火装置が必要である。この点火装置は、単独でも
、他のバーナと共にでも、減少した負荷の条件下の暖機
や火炎安定のための補充的エネルギーを与えるために使
用されてもよい。この点火装置は、伝統的に、ガス又は
油の燃料を供給しており、資本と設備の運転コストの両
方を相当に増加させていた。

ガスと油の点火装置を不要にし、微粉炭燃料を供給する
点火装置を提供するために、様々な試みがなされた。米
国特許第　４，０８９，６２８号（ビー・アール・ブラ
ックバーン）は、酸化ガスを高速度に熱する電弧が微粉
炭を点火するために使用される初歩的なバーナーを開示
している。その石炭は気流中のバーナに送られ、その石
炭と空気の混合物は、バーナの燃焼室の領域中の高温酸
化ガスと接触する。この高温ガス気流は、たとえ燃焼を
安定させるためにその気流が点火された後に維持されて
も、微粉炭に点火するための点火エネルギーが十分とな
るまで、石炭と空気の混合物との接触が保たれる。

米国特許第４，２２１，１７４号（デイ−・ニー・スミ
ス他）は微粉炭の直接点火と燃焼のなめにも設計された
点火装Ｔを開示している。この点火装置は、時間と共に
周期的に変化する、空気と石炭の重量比を作って、点火
と全工程の一部の間の炎の伝ｔ６のための最適条件を与
えるために、断続的な間隔で微粉炭と空気の混合物の気
流中に注入される圧縮空気の供給源を含む６点火は、空
気と石炭の比率中の様々な比率より大きい比率で励起状
態にさせられた、高エネルギーの火花によってもたらさ
れ、最適条件が存在する時に起こる。

米国特許第４．２２８．７４７号（エム・イー・スマー
ロック他）と第４，２４１，６７３号（デイ−・ニー・
スミス他）も、微粉炭の直接点火の効果を考慮した点火
装置を開示している。これらの点火装置はどちらも、微
粉炭の点火を起こすためだけに使用される格納式の電気
火花発生機構を用いているが、その他の点では、米国特
許第４，０８９，６２８号に開示されているより初歩的
な点火装置と同様である。

上記に引用したすべての特許に開示された点火装置に共
通の１つの特徴は、空気と混合された石炭が１つの通路
によって点火装置の燃焼領域に送られることである。従
って１点火８ｉ楕（ガストーチ又は火花発生装置）は、
点火装置に最大又は通常の石炭供給に伴う瞬間的な燃焼
を生じることを必要とする。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の点火装置にあっては、最適条件下でしか動作する
ことができず、このため、異種の石炭を燃焼させるには
、異なった流量率、又は石炭と空気の混合物の必要条件
に合うように、別々に点火装置を設計しなければならな
かったり、点火源が隣接していないので、信頼性を低下
させるものとなっていた。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明のバーナ
は微粉炭の燃焼に適しており、連続的なプラズマを発生
するためのトーチを有するという点において、従来技術
のバーナと異なっている。内部障壁は、好ましくはトー
チの前方に張り出し、がつこれを取り囲んでおり、その
壁はトーチの前方に張り出している液化区域の一部を画
定している。また、トーチにエネルギーを与えるための
、かつプラズマが液化区域中に広がるのと同様ににトー
チ中にプラズマ持続ガスを導くための手段が設けられて
いる。外部障壁は、内部障壁の前方に張り出し、かつこ
れを取り囲んでおり、バーナの燃焼領域の一部を画定し
ている。この燃焼領域は液化領域を取り囲んでいる。少
なくとも１つの一次導管は高密度微粉炭の一次供給を液
化領域中に行うために設けられている０通路区域中は内
外障壁によって画定され、それは燃焼支援空気がバーナ
の使用中に流入する領域を形成している。また、少なく
とも１つの二次導管は、燃焼領域に微粉炭の二次供給を
行うために設けられ、この二次導管は通路区域内に、開
口した放出端を有している。これによって、二次供給は
、空気が通路区域を通る際に、燃焼支援ガスの供給とし
て行われる。

バーナの使用において、拡張するプラズマは、微粉炭の
一次供給の液化と、燃焼支援ガスの存在があることに起
因する連続的な燃焼も引き出すという意味において、連
続的な点火源を提供する。

この結果として生じた部分的に燃焼した揮発性物質と炭
素粒子は、この時微粉炭の二次供給の点火を引き起こす
ために、外側の燃焼領域の中に移動する。

プラズマトーチは、好ましくは電気的にエネルギーを供
給されるトーチから構成されるが、それは液化区域中に
向けられた高密度石炭の液化を行うのに十分高いエネル
ギーを出力するガス燃焼トーチか、液体燃料を燃焼させ
るトーチを選択的に含む、電気的にエネルギーが供給さ
れた時、プラズマトーチにおいては、間隔を置いて設け
られ、電気アーク放電が維持される電極と、１つの電極
で画定される発熱室と、発熱室に圧縮された不燃性ガス
の供給を行う手段とから構成される。

［実施例］ 第１図に示すように、本装置は、通常ボイラに設けられ
ている１つのバーナ１０を有している。このバーナ１０
は多数の主バーナ（図示せず）のそれぞれと隣接して、
もしくは主バーナ群内の中央に配置されてもよい、この
ように、ボイラの構成と能力に依存して１つのバーナ１
０がそれぞれの主バーナ群のために設けられてもよい。

電源１１は、バーナ１０のアークトーチ部１２内に電気
火花を生じさせ、これを維持するために設けられている
。圧縮ガス供給源１３もまた、アーク伝播ガスとしてア
ークトーチ１２に圧縮ガスを送るために設けられている
。このアーク伝播ガスは空気、又は窒素であってもよい
。

微粉炭の供給源１４は、フリュイダイザー（Ｎｕｉｄｉ
ｚｅｒ）＋５を通してバーナ１０に接続されている。圧
縮空気供給源１６は石炭を流動体にしてバーナ１０に運
ぶのに使用するために設けられており、また空気をバー
ナ１０中に流入させるために、がっバーナ１０の燃焼領
域内で石炭の燃焼を支援するために設けられている。

バーナ１０を除いて、第１図に示されるすべての要素が
従来の仕様と構成であってもよいので、説明は省略する
。バーナ１０自体は第２図と第３図によって説明する。

バーナ１０は、基本的にボイラの壁２１に設けられた円
柱状の筒２０を有する。その筒２０は、ボイラのｒの内
部に露出されている開口した前方端２２を有している。

そして、はとんどの従来技術の点火装置と異なって、本
発明のバーナ１０は炉の壁への入り口を角錐や円錐形状
にする必要がない。

アークトーチ１２は内部シリンダ２３の長さのほとんど
の部分に張り出して伸びている。シリンダ２３は、外筒
２０の開口端２２の後方に設けられた開口した前方端２
４を有している。環状の渦巻発生装置２５は、内部シリ
ンダ２３の周辺に設置され、内部シリンダ２３から外筒
２０に渡っている。渦巻装置２５は多数の偏平部、もし
くはタービン翼板のような羽根を備えており、この羽根
を通じて方向付けされる流体に渦巻気流を与えるために
ｈ１能する。このように流体は、渦巻装置２５を通る結
果として矢印による基本的な方向と円を描く方向に流れ
る。

構造的に区分されていないが、バーナ１０ノ前方端には
、概念的な２つの領域、即ちアークトーチ１２の前方に
張り出していて内部シリンダ２３の開口した前方端によ
って一部を画定された液化領域２６と、その周辺の燃焼
領Ｆ４２７が存在する。

２つの導管２８は、後方からバーナ１０に入り、アーク
トーチ１２に隣接して置かれるために、内部シリンダ２
３の壁を通って伸びている。これらの導管２８は、アー
クトーチ１２の端３０に隣接して終端しており、液化領
域２６中の高密度微粉炭の一次供給部に向けて設置され
ている。さらにもう２つの導管３１は、内外部２０と２
３の間の環状領域３２中につき出ていて、この領域中に
高密度微粉炭の二次供給を行う、くさび形デフレクタ−
３３は導管３１の端に隣接して位置しており、環状領域
３２の主要部の周辺に微粉炭を散布する役目をする。

上記のごとく説明したバーナ１０は、通常では内部に設
けられ、または環状領域３２中に、これを通過して補充
的な空気を流入させる管状構造（図示せず）の延長とし
て形成される。

第３図に示されるように、アークトーチ１２は中央のカ
ソード３５と円柱状のアノード３６を有しており、両方
共に電源１１に接続されている。カソード３５は通常円
錐形の部屋３７の内部に位置させられ、アークを伝える
圧縮されたガスが、接続ボート３８と環状室３９を通じ
て、供給源１３から円錐形の部屋３７に送られる。アノ
ード３６は、中央発熱室４０を画定しており、この中で
伝播ガスがおよそ　２００から３０００ＫＪ１モルのエ
ネルギーレベルに高められた状態へと励起させられる。

そのアーク伝播ガスは発熱室４０のほぼ全体にわたって
アークを十分に伸長させるための圧力と流量率の条件の
もとに発熱室４０に送られる。そのアーク電圧は、実際
には　１００から３００ｖであり、アーク電流はおよそ
　１５０から１８ＯＡである。

これに関する接続については図示されていないが、冷却
液はアークトーチ１２に送られ、アノード３６を取り囲
む通路４１の中とその周辺を流れる。そして高エネルギ
ーアーク発生機ｔ！４４２はカソード３５を取り囲むト
ーチ１２の壁部に設けられている。開口部はトーチ１２
の壁部に位置され、アーク発生機１’１４２とカソード
３５の間の電気放射プラズマを通過させるためにアノー
ド３６に接続されている。

上記に説明したバーナ１０の山きにおいて、一次供給管
２８からの高密度微粉炭は、アークトーチ１２から液化
領域２６に広がるアークプラズマの流れる方向に向けら
れている。瞬間的な液化が起こり、揮発性物質は高温炭
素粒子と共に燃焼領域２７に入るように放射状に外側へ
向かって移動する０部分的に燃焼した揮発性物質と石炭
粒子は、その時、燃焼支援空気と共に燃焼領域２７に入
る二次供給の微粉炭と反応して燃焼が起こる。

導管２８によって液化領域２６中に向けられている高密
度微粉炭の一次供給では、石炭と空気の混合比が重量比
でおよそ１０：１であり、導管３１によって環状領域３
２中に流入する微粉炭の二次供給においても、同様の混
合比である。しかしなから、環状領域３２中に流入する
空気のさらなる供給と混合されると、燃焼領域２７に入
るために渦巻装置２５を通った結果の混合物では、石炭
と空気の混合比がおよそ１：１０である。また、石炭自
体は３００μｍより小さなサイズに砕かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のバーナと微粉炭供給源及びガス供給
源等との接続を示す概略説明図、第２図は本発明のバー
ナの断面図、第３図は本発明のバーナの電気アークトー
チ部のより詳細な断面図である。 １０・・・バーナ、　１２・・・アークトーチ、　２０
・・外筒、２３・・・内部シリンダ、　２６・・・液化
領域、２７・・・燃焼領域、　２８．３１・・、導管。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続的なプラズマを発生するトーチと、前記トー
   チを取り囲み、前記トーチの前方に張り出している液化
   領域の一部を画定する内部障壁と、前記トーチにエネル
   ギーを与え、前記プラズマが前記液化領域中に広がるよ
   うに前記トーチ中へプラズマ持続ガスを導くための手段
   と、前記内部障壁を取り囲みかつこれの前方に張り出し
   、前記液化領域の周辺の、前記バーナの燃焼領域の一部
   を画定する外部障壁と、前記液化領域中へ高密度微粉炭
   の一次供給を導くための少なくとも一つの一次導管と、
   前記内外部障壁によって画定され、燃焼支援空気が前記
   バーナの使用中に導かれる区域を形成する通路区域と、
   前記燃焼領域に微粉炭の二次供給をし、前記通路区域内
   に置かれた開口放出端を有し、これによって前記通路区
   域中を通過する石炭が、前記バーナの使用中に前記燃焼
   支援空気の中へ流入させられ、前記液化領域から外側に
   移動する部分的に燃焼した揮発性物質及び石炭粒子と接
   触する前方の燃焼領域の中に運ばれるようにする少なく
   とも１つの二次導管とから成る、微粉炭燃焼に適した微
   粉燃料バーナ。
2. （２）前記内部障壁が前記トーチの前方に張り出してい
   る請求項１記載の微粉燃料バーナ。
3. （３）前記通路区域から前記燃焼領域中に送られる際の
   空気と混合された石炭に旋回気流の成分を与えるために
   、渦巻誘導装置が前記二次導管の前方の前記通路区域中
   に置かれた請求項２記載の微粉燃料バーナ。
4. （４）デフレクター装置が前記の、又はそれぞれの二次
   導管の開口放出端と、前記渦巻誘導装置との間に設けら
   れ、前記デフレクター装置は、前記二次導管から前記通
   路区域中に入る前記二次石炭供給の拡散をもたらす形状
   にされている請求項３記載の微粉燃料バーナ。
5. （５）前記の又はそれぞれの一次導管が、前記トーチの
   前方端部に隣接した開口放出端を有する請求項４記載の
   微粉燃料バーナ。
6. （６）前記の又はそれぞれの一次導管が、前記バーナの
   前記内部障壁の内部に位置する開口放出端部を有する請
   求項５記載の微粉燃料バーナ。
7. （７）前記二次導管の前記開口放出端が、前記一次導管
   の前記開口放出端の後方において前記通路区域内部に位
   置している請求項５記載の微粉燃料バーナ。
8. （８）前記内外部障壁が円柱状であり、かつこのような
   障壁によって画定されている前記通路区域が、環状の断
   面を有する請求項１記載の微粉燃料バーナ。
9. （９）前記バーナの使用中に電気的アーク放電が維持さ
   れ、かつ間隔を置いて並べられた電極を持ち、電気的に
   エネルギーが供給されるプラズマトーチと、前記電極の
   １つによって画定される発熱室と、前記発熱室に圧縮さ
   れた前記プラズマ持続ガスの供給を可能にするための手
   段とによって前記トーチが構成される請求項１記載の微
   粉燃料バーナ。