JPH0792208B2 - 多重調節サイクロンバーナー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サイクロンバーナー、
特に燃料ノズルの断面積を可変可能に作動することがで
きる嵌合装着シリンダーを備えたサイクロンバーナーに
関する。

【０００２】

【従来の技術】粉砕石炭炉は公知である。これらの装置
において、石炭、コークス等の燃料は最初に粒状に粉砕
され、次いで燃焼チャンバー内に注入され、最終的に熱
を産出するために着火され、燃焼する。燃料は通常、ミ
ル内にて粉砕され、次いで空気中に懸濁されながら炉に
送られる。同じ空気を使い、燃料を破砕し、乾燥し、バ
ーナーへ送り、燃焼チャンバー内へ注入することは、一
般的である。この空気は一般に「一次空気」と称され
る。

【０００３】燃焼チャンバー内へ燃料を注入するために
使われる一次空気の量は、着火され、かつ消費される燃
料における効率の重要な変数であることがわかってい
る。しかしながら、系を通して循環する一次空気の量
は、また一次空気を用いる系の他の部分の要求に起因し
て一般に可変ではない。したがって、最適の点火燃焼効
率を結果として生ずるであろう一次空気体燃料の比は、
ほとんど達成されていない。

【０００４】炉技術者は、正常負荷時に高品質な燃料に
て、ほぼ最適な燃焼効率を達成するように、炉装置を伝
統的に設計してきた。しかしながら、着火が容易でない
無煙炭、沈泥シルト、コークス等の低揮発性燃料では、
効率的な着火及び燃焼の為に、一次空気対燃料比の減少
が要求される。更に、低負荷時燃焼では、燃料の減少を
補うために、燃焼チャンバー内に注入される一次空気の
量の減少が要求される。

【０００５】低品質燃料あるいは低負荷時燃焼の燃焼の
際の燃焼効率を増加するために、サイクロンバーナーが
開発された。サイクロンバーナーでは、空気孔を備え、
該空気孔により一度燃料がバーナーに送られるや否や、
一次空気のいくらかを運び去ることができる。これは、
燃焼チャンバー内に注入されつつある混合物の一次空気
対燃料比を減少させる。更なる改良では、燃料注入ノズ
ルの周辺及び燃焼チャンバー内への比較的熱い空気の相
当量を導入する。このいわゆる「スリーブエアー」は、
燃料の燃焼効率を増加させるよう制御することができ
る。

【０００６】しかしながら、スリーブエアーと関連して
用いられるサイクロンバーナーでは、低品質燃料が他の
燃料よりも少ない揮発分を有し、したがって、着火する
ためにはより多くの時間が、また完全燃焼のためにはよ
り長い燃焼時間が要求されるので、低品質燃料のために
最適な燃焼効率を供することが不可能であることが判明
した。これらの燃焼条件では、効率的な燃焼の為に、少
ない一次空気を燃焼チャンバー内に注入することが要求
される。

【０００７】サイクロンバーナーの使用に伴う別の問題
が低負荷時燃焼の際に起こる。負荷が減少する際、バー
ナーを通る流れは、一次空気対燃料比を増加させるため
に、より小さい密度である。密度の減少につれて、流れ
抵抗は同様に減少する。ゆえに、注入ノズルを通して通
過する際、低負荷時燃焼の際には少ない流れ抵抗とな
る。この減少された抵抗は、結果として、注入ノズル内
での圧力降下を生じ、圧力差を釣り合わせるために、よ
り多くの一次空気を空気孔から注入ノズル内へと引き出
す。したがって、低負荷時燃焼の際の注入ノズル内での
空気の量は、単に一定に保持されるよりもむしろ実際に
増加する。この追加の空気の存在は、低負荷時燃焼の際
に既に高い一次空気対燃料比が存在することを共に考慮
した場合、結果として極めて低い燃焼効率を生ずる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低負
荷時燃焼の際に粒状燃料の燃焼効率が増加するサイクロ
ンバーナーを提供することにある。

【０００９】更に本発明の別の目的は、低品質燃料の燃
焼効率が増加する上記型のサイクロンバーナーを提供す
ることにある。

【００１０】更に又本発明の別の目的は、一次空気と燃
料との比がバーナーが燃焼する際に可変である上記型の
サイクロンバーナーを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料を
燃焼する装置であって、燃料と空気との混合物を受け取
り、かつ該混合物を燃料に富む第１の部分及び空気に富
む第２の部分へと分離する分離手段と、該装置から該混
合物の第２の部分の一部を排出するために該分離手段に
連設された排出手段と、少なくとも該混合物の第１の部
分を該分離手段から、該燃料を燃焼するための燃焼区域
へ排出するために、該分離手段に連設され、かつ炉壁の
開口に載置された円筒状注入ノズルと、該ノズルから排
出された該混合物の第１の部分の量を調整するための調
整手段とを備え、該調整手段は、外部スリーブと、該外
部スリーブに接続された操作手段とを備え、該操作手段
は該外部スリーブを、該外部スリーブが該ノズル内に配
置されるような第１の位置および該外部スリーブが該分
離手段内に配置されるような第２の位置の間で操作し、
さらに、該調整手段は、該外部スリーブ内に伸縮可能な
内部スリーブを備え、該内部スリーブは内部スリーブ付
勢のための管に接続されてなる燃料燃焼装置が提供され
る。また、本発明によれば、外部バレルと、燃料と空気
との混合物を受け取るために該バレル側部内に接線方向
に延伸する入口導管と、該バレルの一端部から延伸する
中空円錐台と、燃焼チャンバー内へ該混合物を直接に排
出するため該円錐台の一端部から一体に延伸する円筒状
注入ノズルと、該混合物の一部を排気するために該バレ
ル内へ軸方向に延伸する一次空気孔と、該排気量を制御
するために該空気孔内に挿入されたダンパーと、外部ス
リーブとを備え、該外部スリーブが該ノズル内に配置さ
れるような第１の位置および該外部スリーブが該中空円
錐台内に配置されるような第２の位置の間で移動可能
で、該外部スリーブはロッドへ接続され、該ロッドは該
注入ノズルからの該混合物の排出量を制御するために、
該バレルを通って該一次空気孔内へ延伸し、かつ該第１
及び第２の位置への該外部スリーブの付勢のために一次
空気孔から突出し、該外部スリーブ内に伸縮可能で、か
つ該内部ロッドが延伸する管と接続された内部スリーブ
とを備え、該管は更に排出量を制御するため、該バレル
を通って該一次空気孔内に延伸し、且つ該注入ノズル中
に該内部スリーブの付勢のために該一次空気孔から突出
してなる燃料 燃焼装置が提供される。さらに、本発明に
よれば、受け取られた燃料と空気との混合物が、燃料に
富む第１の部分及び空気に富む第２の部分へと分離さ
れ、該第２の部分の一部が装置及び該第１の部分から排
気され、該第２の部分の残余部分が、燃焼のためにノズ
ルを介して該装置から排出される型の改良された燃料燃
焼装置において、該燃焼装置から排出された第２の部分
の量を変更して、ノズルを通しての流れ抵抗を調節する
ための調整手段を備え、該調整手段は、外部スリーブ
と、該外部スリーブを該注入手段の中へ操作するために
該外部スリーブに接続された操作手段とを備え、さら
に、該調整手段は、該外部スリーブ内に伸縮可能で、か
つ該内部スリーブの付勢のための管に接続された内部ス
リーブを備えてなる燃料燃焼装置が提供される。

【００１２】

【実施例】以下、実施例に基づいて更に詳細に説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００１３】図１を参照して、参照番号１０は本発明の
サイクロンバーナーを略示する。バーナー１０は、円筒
外部バレル１４により形成されたハウジング１２と、中
空円錐台１６と、円筒注入ノズル１８とを備える。バレ
ル１４は円錐台１６の基部から延伸し、ノズル１８は円
錐台１６の台部から延伸し、空洞２０を規定する中空
で、一体的かつ連続する構造を形成する。

【００１４】バーナー１０のノズル１８は、炉壁２４に
おいて入口２２と整合する。図面から明らかではないけ
れども、壁２４が他の構造及び壁（図示せず）と共に、
図１に示すように、入口２２の真下に位置し、その一部
が参照番号２５で参照される燃焼チャンバーを規定する
ことを理解されたい。図１に示すように、壁２４は一般
に水平であり、燃焼チャンバー２５は壁２４から下方に
延伸し、バーナー１０は燃焼チャンバーから外部へ上方
に延伸する。かように位置し、バーナー１０は、粒状燃
料と一次空気との混合物を、以下に更に詳述するよう
に、燃焼チャンバー２５内下方に注入する。しかしなが
ら、バーナー１０は、垂直壁上にも、あるいはあらゆる
角度に曲げられた壁上にも、載置できることを理解され
たい。

【００１５】ノズル１８の外径は、入口２２の直径より
も僅かに小さく、壁２４とノズル１８との間に環状の間
隙２２ａを規定する。燃料の燃焼を調整することを助け
る為に、慣用の態様にて、燃焼チャンバー２５内へ、間
隙２２ａを通して外部源（図示せず）からのスリーブエ
アーを注入する。

【００１６】バーナー１０により燃焼チャンバー２５内
へ注入された粒状燃料と一次空気との混合物は、バレル
１４において壁を通して延伸する入口導管２６によりバ
ーナー１０に入る。図２に示すように、導管２６は、バ
レル１４に対して接線関係にあり、したがって入って来
る粒状燃料と一次空気との混合物は空洞２０内にて渦巻
く。より重い燃料粒子は、遠心力によりバレル１４の内
壁に対して推進され、空洞２０の中心には、混合物の燃
料が不足し空気に富む部分が残される。この燃料が不足
し空気に富む部分の大部分は、バレル１４の上を覆う端
板３０を通してバレル１４内に軸方向に延伸する一次空
気孔２８を通して、バーナー１０から抜き出すことがで
きる。空気孔２８内に適切に載置され、外部制御器（図
示せず）の作動に応答して、その中心に対し枢動し、空
気孔２８の有効な開口度を変動させる孔ダンパー３２
は、空気孔２８を通る空気流を制御する。

【００１７】上述された構造は、一般に知られている。
本発明によれば、外部スリーブ３４は、円錐台１６の底
部に同軸関係にて位置し、内部スリーブ３６は外部スリ
ーブ３４に同軸関係にて配設され、かつ嵌合装着関係に
て外部スリーブ３４に対して軸方向に動くように適合さ
れる。

【００１８】外部管３８は端板３６ａにより内部スリー
ブ３６に装着され、外部管３８は空洞２０を通して空気
孔２８内に軸方向に延伸し、かつ空気孔壁にてパッキン
押え２８ａを通して空気孔２８の外方に延伸する。図３
に示すように、２つの直径方向に対向した細長い溝３８
ａを、後述される理由により外部管３８内に形成する。

【００１９】内部ロッド４０は、外部管３８内部に滑動
可能に配設され、かつクロスバー３４ａにより外部スリ
ーブ３４に接続される。内部ロッド４０は、クロスバー
３４ａから外部管３８の長さを通して延伸し、空気孔２
８から作動の為に突出する。外部管３８において形成さ
れた溝３８ａは、外部管３８に対してクロスバー３４ａ
の垂直方向の動きを適応させることにより、外部スリー
ブ３４と内部スリーブ３６との間の相対的な動きを可能
とする。

【００２０】操作において、粒状燃料と一次空気との混
合物は、一次空気がバレル１４内に粒状燃料を運びなが
ら、外部源から導管２６内に導入される。粒状燃料の運
動量とバレル１４への導管２６の接線方向の配列のため
に、混合物は、空洞２０内で渦巻く燃料に富む部分に分
離され、バレル１４の内壁に対して遠心力により推進さ
れ、空洞２０の中心には燃料が不足し空気に富む部分が
残される。一次空気の流れは、混合物の燃料に富む部分
を、円錐台１６の内壁及びノズル１８の内壁に沿って下
方に推進し、次いで入口２２を通して燃焼チャンバー２
５内に出す。混合物の空気に富む部分も、入口２２を通
して燃焼チャンバー２５内に流れる。必要に応じて燃料
の燃焼を調節するのを助けるために、慣用の態様にて、
スリーブエアーを空隙２２ａを通して燃焼チャンバー２
５内へ通過させる。

【００２１】最適な燃焼効率を維持するために、孔ダン
パー３２を調整することができ、一次空気対燃料比が最
適レベルになるまで、空洞２０の中心にて混合物の空気
に富む部分を流出する。しかしながら、上述した理由に
より、低負荷時あるいは低品質燃料の燃焼の際には、最
適なあるいは最適に近い燃焼効率を達成するために孔ダ
ンパー３２が完全に開口していても、空気孔２８はバー
ナー１０において空気を十分に流出できない。

【００２２】これらの問題を解決するために、外部及び
内部スリーブ３４及び３６は、ノズル１８内に操作で
き、燃焼チャンバー２５内に注入された一次空気の量を
更に減少させる。特に、孔ダンパー３２は初めに完全に
開口され、バーナー１０において空気孔２８を通して一
次空気のできるだけ多くを除去する。一次空気対燃料比
におけるより多くの減少を行うために、かつ低負荷時に
見られる圧力差を平衡させるために、内部ロッド４０及
び／又は外部管３８を操作し、外部スリーブ３４及び／
又は内部スリーブ３６をノズル１８内に位置させ、入口
２２の断面積を減少させる。この減少された断面積は、
ノズル１８を通しての流れ抵抗を増加させ、したがって
ノズル１８を通しての圧力を増加させる。この圧力増加
は、次いで、燃焼チャンバー２５内に注入される燃料−
空気混合物の空気に富む部分の量を減少させ、こうして
一次空気対燃料比を減少させる。

【００２３】外部スリーブ３４をノズル１８内へ操作
し、燃焼チャンバー２５に導入される混合物の空気に富
む部分の量の比較的大きな減少を行う。減少を少なくす
るために、内部スリーブ３６だけをノズル１８内に導入
する。スリーブ３４及び３６の挿入が、燃焼チャンバー
２５に導入される混合物の空気に富む部分での非常に大
きな減少を生じ、したがって一次空気対燃料比の非常に
大きな減少を結果として生じるならば、孔ダンパー３２
は部分的に閉口することができ、空気孔２８を通して除
去される空気の量を減少させる。

【００２４】以上より、いくつかの利点が結果として得
られる。例えば、スリーブ３４及び３６に関連する孔ダ
ンパー３２の操作により、バーナー１０の燃焼効率を、
低品質燃料及び低負荷時燃焼の燃焼を含む、ほぼ全ての
操作パラメータ下にても最適化することができる。更
に、バーナーが燃焼し、継続的な最適燃焼効率達成を可
能とする際に、一次空気対燃料比を調節することができ
る。

【００２５】本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、
上述の他にいくつかの変形ができることを理解された
い。例えば、図４及び図５に示すように、内部スリーブ
３６は、直立羽根４２を含んでもよく、空気−燃料混合
物の渦巻力を減少させる。羽根状の内部スリーブ３６ｂ
を外部スリーブ３４内へ伸縮自在とするために、図４及
び図５に示すように、チャネル３４ｂが外部スリーブ３
４内に形成される。

【００２６】更に、内部スリーブ３６は中空である必要
がなく、中実シリンダーにより形成されてもよい。事
実、２つのスリーブは全く必要ではない。一次空気対燃
料比がわずかしか制御できない結果となっても、単一操
作ロッドあるいは管に関連して、単一スリーブあるいは
流れを制限する物体ならば何であれ、これを使用すれば
本発明の目的を達成するために十分であろう。

【００２７】また、段付の外部直径を有する単一スリー
ブを利用でき、入口２２の断面積の減少量を、それに応
じて種々多様にすることが可能である。

【００２８】他の変更及び置換は、上記開示に含まれて
いるものであり、場合によっては、本発明のいくつかの
特徴が他の特徴から独立して実施されることがある。し
たがって、本明細書の特許請求の範囲は発明の範囲に含
まれる態様において広く解釈できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のサイクロンバーナーを描いた
断面図である。

【図２】図２は、図１の２−２線に沿って切り取った水
平断面図である。

【図３】図３は、図１の３−３線に沿って切り取った水
平断面図である。

【図４】図４は、別の実施態様を示すバーナー注入ノズ
ルの破断図である。

【図５】図５は、図４の５−５線に沿って切り取った水
平断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を燃焼する装置であって、 燃料と空気との混合物を受け取り、かつ該混合物を燃料
   に富む第１の部分及び空気に富む第２の部分へと分離す
   る分離手段と、 該装置から該混合物の第２の部分の一部を排出するため
   に該分離手段に連設された排出手段と、少なくとも該混合物の第１の部分を該分離手段から、該
   燃料を燃焼するための燃焼区域へ排出するために、該分
   離手段に連設され、かつ炉壁の開口に載置された円筒状
   注入ノズルと、 該ノズルから排出された該混合物の第１の部分の量を調
   整するための調整手段とを備え、 該調整手段は、外部スリーブと、該外部スリーブに接続
   された操作手段とを備え、該操作手段は該外部スリーブ
   を、該外部スリーブが該ノズル内に配置されるような第
   １の位置および該外部スリーブが該分離手段内に配置さ
   れるような第２の位置の間で操作し、 さらに、該調整手段は、該外部スリーブ内に伸縮可能な
   内部スリーブを備え、該内部スリーブは内部スリーブ付
   勢のための管に接続されてなる 燃料燃焼装置。
2. 【請求項２】外部バレルと、 燃料と空気との混合物を受け取るために該バレル側部内
   に接線方向に延伸する入口導管と、 該バレルの一端部から延伸する中空円錐台と、燃焼チャンバー内へ該混合物を直接に排出するため該円
   錐台の一端部から一体に延伸する円筒状注入ノズルと、 該混合物の一部を排気するために該バレル内へ軸方向に
   延伸する一次空気孔と、 該排気量を制御するために該
   空気孔内に挿入されたダンパーと、外部スリーブとを備え、該外部スリーブが該ノズル内に
   配置されるような第１の位置および該外部スリーブが該
   中空円錐台内に配置されるような第２の位置の間で移動
   可能で、該外部スリーブはロッドへ接続され、該ロッド
   は該注入ノズル からの該混合物の排出量を制御するため
   に、該バレルを通って該一次空気孔内へ延伸し、かつ該
   第１及び第２の位置への該外部スリーブの付勢のために
   一次空気孔から突出し、 該外部スリーブ内に伸縮可能で、かつ該内部ロッドが延
   伸する管と接続された内部スリーブとを備え、該管は更
   に排出量を制御するため、該バレルを通って該一次空気
   孔内に延伸し、且つ該注入ノズル中に該内部スリーブの
   付勢のために該一次空気孔から突出してなる燃料燃焼装
   置。
3. 【請求項３】 受け取られた燃料と空気との混合物が、
   燃料に富む第１の部分及び空気に富む第２の部分へと分
   離され、該第２の部分の一部が装置及び該第１の部分か
   ら排気され、該第２の部分の残余部分が、燃焼のために
   ノズルを介して該装置から排出される型の改良された燃
   料燃焼装置において、該燃焼装置から排出された第２の部分の量を変更して、
   ノズルを通しての流れ抵抗を調節するための調整手段を
   備え、該調整手段は、外部スリーブと、該外部スリーブ
   を該注入手段の中へ操作するために該外部スリーブに接
   続された操作手段とを備え、さらに、該調整手段は、該
   外部スリーブ内に伸縮可能で、かつ該内部スリーブの付
   勢のための管に接続された内部スリーブを備えてなる 燃
   料燃焼装置。