JPH08503061A - 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に粉末化固体燃料燃焼炉（１０）と一緒に使用するのに適当とされる統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム（１２）と、この統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム（１２）を具備した粉末化固体燃料燃焼炉（１０）を運転する方法とを開示する。統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム（１２）は、粉末化固体燃料燃焼炉（１０）と一緒に使用されたときには、粉末化固体燃料燃焼炉（１０）からのＮＯｘ排出量を０．１５ｌｂ／１０⁶ＢＴＵ以下にまで制限し、更にまた同時に、粉末化固体燃料燃焼炉（１０）からのフライアッシュ中に含まれる炭素量を５％以下に維持するとともに、粉末化固体燃料燃焼炉（１０）からのＣＯ排出量を５０ｐｐｍ以下に維持することができる。統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム（１２）は、粉末化固体燃料供給手段（６２）と、火炎付着粉末化燃料ノズルチップ（６０）と、同心燃焼ノズルと、密結合オーバファイア空気手段（９８，１００）と、多段の分離オーバファイア空気手段（１０４，１０６）とを包含する。

Description

【発明の詳細な説明】 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム 発明の背景 本発明は、粉末化固体燃料燃焼炉に使用するぐう角燃焼システム、殊に広い範 囲の固体燃料に適用でき、粉末化固体燃料燃焼炉を用いた時、代替固体燃料に基 づく動力発生テクノロジーに合致する基準にＮＯｘ排出量を制限することができ る統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムに関する。 粉末化固体燃料は、長い間にわたり、ぐう角燃焼法により火炉内で浮遊状態で 成功裡に燃焼させて来ている。このぐう角燃焼技術は、粉末化した固体燃料と空 気とを火炉の４つの隅部から、火炉の中央における仮想円に対して接線をなす方 向から導入することを必要としている。この形式の燃焼は多くの利点を有する。 中でも、粉末化固体燃料と空気との良好な混合、安定な火炎状態、及び火炉内の 燃焼ガス滞留時間が長いことが挙げられる。 最近は、空気汚染をできるだけ最小限とすることに、益々関心が向けられて来 ている。ＮＯｘ制御の問題に特に注目すると、窒素酸化物は、熱ＮＯｘ及び燃料 ＮＯｘと呼ばれるふたつの各別のメカニズムにより化石燃料の燃焼中に生成され ることが知られている。熱Ｎ Ｏｘは窒素分子と燃焼用空気中の酸素との熱的な固定に由来する。この熱ＮＯｘ の形成率は、局部的な火炎温度に極端に敏感な関係にあり、他方、酸素の局部的 な濃度に対してはそれ程でもない。仮想上、熱ＮＯｘのすべては、最高温度の火 炎領域で形成される。次いで、この熱ＮＯｘの濃度は、燃焼ガスの熱的クエンチ ングにより高温領域におけるレベルに“凍結”される。従って、煙道ガス熱ＮＯ ｘ濃度は、ピーク火炎温度の平衡レベル特性と煙道ガス温度の平衡レベルとの間 にある。 他方、燃料ＮＯｘは、たとえば石炭及び重油のような或る種の化石燃料中の有 機的に結合されている窒素の酸化に由来する。この燃料ＮＯｘの形成率は、一般 に化石燃料と空気流れとの混合率により、ことに局部的な酸素濃度により大きく 影響される。しかしながら、燃料窒素に由来する煙道ガスＮＯｘ濃度は、典型的 にはたとえば化石燃料中のすべての窒素の完全酸化から生ずるレベルの２０ない し６０パーセント程度のようにほんの一部分である。このように、上述のことか ら、全ＮＯｘ生成量は局部的酸素レベルとピーク火炎温度との両方の関数となる ことがわかる。 多年にわって、数多くの改良が標準的なぐう角燃焼技術に加えられて来ている 。これらの改良の多く、ことに最近提案された改良では、ＮＯｘの排出量をいく らかでも少なくすることに関心が向けられている。こ のような改良のひとつが、本出願人の１９９１年６月４日付の登録になる「クラ スタ同心ぐう角燃焼システム」と題する米国特許第５，０２０，４５４号の要旨 となっている。このクラスタ同心ぐう角燃焼システムは風箱を包含している。燃 料ノズルの第１のクラスタはこの風箱内に装架されており、火炉内にクラスタ化 した燃料を噴射し、これによって火炉内に第１の富燃料領域を形成するようにす る。燃料ノズルの第２のクラスタは風箱内に装架され、クラスタ化された燃料を 火炉内に噴射して、これによってこの火炉内に第２の富燃料領域を形成している 。オフセット空気ノズルが風箱内に装架されており、オフセット空気を火炉内に 噴射して、このオフセット空気が、同じく火炉内に噴射されたクラスタ化燃料か ら離れて指向し、火炉の壁に向うようにしている。密結合されたオーバファイア 空気ノズルは風箱内に装架されており、密結合オーバファイア空気を火炉内へ噴 射している。これとは分離しているオーバファイア空気ノズルはバーナ領域内に 装架されており、密結合オーバファイア空気ノズルから離れて、風箱の長手方向 軸線と実質的に整合している。この分離されたオーバファイア空気ノズルは、分 離されたオーバファイア空気を火炉内へ噴射する。 もうひとつの改良としては、１９９２年９月１５日登録の「ボイラ火炉燃焼シ ステム」と題する米国特許第５，１４６，８５８号の要旨となる燃焼システムが 挙 げられる。この米国特許第５，１４６，８５８号の開示によれば、ボイラ火炉燃 焼システムは、四角胴形状のボイラ火炉の隅部の側壁に配設した主バーナを包含 し、これら主バーナの軸線が、火炉の軸線と共通な軸線を有する仮想円筒の表面 に対し接線方向を指向している型式のものである。さらに、この型式のボイラ火 炉燃焼システムでは、空気ノズルがボイラ火炉内において主バーナの上方のレベ ルに配設されており、これによって、主バーナ燃焼領域の還元雰囲気又は低酸素 濃度雰囲気に残されている未燃焼燃料が、この空気ノズルを通って流れる付加的 な空気によって完全燃焼される。この米国特許第５，１４６，８５８号に教示さ れるようなボイラ火炉燃焼システムは、ことに高レベルおよび低レベルにそれぞ れ配設されたふたつの空気ノズル群を特徴としている。さらに詳しくは、低レベ ルの空気ノズルは、ボイラ火炉の隅部に設けられ、それらの軸線は前述の第１の 同軸仮想円筒表面よりも直径の大きい直径を有する第２の同軸仮想円筒表面に対 して接線方向を指向している。他方、高レベルの空気ノズルは、ボイラ火炉の側 壁表面の中心に設けられており、これらの空気ノズルの軸線は、第２の同軸の仮 想円筒表面よりも小径の直径を有する第３の同軸仮想円筒表面に対して接線方向 に指向している。 さらに別の改良としては、本願出願人による１９９３年３月２３日登録の「Ｎ Ｏｘ制御のための新型オー バファイア空気システム」と題する米国特許第５，１９５，４５０号の要旨とな っている。この米国特許第５，１９５，４５０号の教示によれば、化石燃料燃焼 炉に用いる特に好適な型式の燃焼システムに用いるために設計されたＮＯｘ制御 用の新型オーバファイア空気システムが提供される。この新型ＮＯｘ制御用オー バファイア空気システムは、複数個の密結合オーバファイア空気コンパートメン トと、複数個の分離オーバファイア空気コンパートメントとから成る高さレベオ ーバファイア空気コンパートメントとを包含している。密結合オーバファイア空 気コンパートメントは火炉内の第１の高さレベルに支持されており、また分離オ ーバファイア空気コンパートメントは火炉内の第２の高さレベルに支持されてお り、これにより密結合オーバファイア空気コンパートメントと整合はしているが これからは間隔を置かれている。オーバファイア空気は密結合オーバファイア空 気コンパートメントと分離オーバファイア空気コンパートメントとの両方から供 給されて、これらの間に所定の最も都合のよいオーバファイア空気分布を形成し 、分離オーバファイア空気コンパートメントから出たオーバファイア空気が火炉 の平面において水平な噴霧状または扇面状分布を形成すると共に、オーバファイ ア空気は、これら分離オーバファイア空気コンパートメントから、従来の速度よ りも著しく高い速度で出されている。 １９９０年代を通じて、また２１世紀に入っても、大型の中央粉末化固体燃料 燃焼発電所が、世界における電力発生に重要な役割を果すものと期待されている 。 これらの発電所は、最高サイクル効率、多種類燃料順応性、サイクリング、最大 有効性、最小投資コスト、最小保守コスト、及び国、州及び地方の規制に適合す るか、さらにはこれを上廻る可能な限り少ない公害物質排出を果すように設計さ れよう。歴史的に見て、ぐう角燃焼方式は、大型の粉末化固体燃料燃焼炉にとっ て本来的にＮＯｘ生成の少ない方式であることが実証されて来ている。低ＮＯｘ 排出は、粉末化固体燃料と隅部風箱から出る空気流れとの物理的な分離に伴って 生ずるステージングからなし得られる。各粉末化固体燃料ノズルで生ずる火炎は 、全体的な熱及び質量移転プロセスを通して安定化される。火炉の中心に生ずる 、単一の回転する火炎のエンベローブ（火球）は、火炉全体にわたって漸新的で はあるが完全かつ均一な粉末化固体燃料と空気との混合を果させている。このぐ う角燃焼は、燃焼ＮＯｘ制御のための新型空気ステージングに進歩をもたらした のである。これとは逆に、壁燃焼炉は、均一な粉末化燃料空気混合を達成するた めに全体的な火炉流れパターンを用いない、各別の自己安定化バーナ群を用いる ものである。この結果として、壁燃焼式の装置では、これが分離オーバファイア 空気を採用しないにも拘らず、典型的に高温で、ＮＯｘ生 成の原因となる酸素濃度の高い局部領域を形成している。 上述の３つの米国特許の教示に従う燃焼システムは、それらが設計された目的 に対してはうまく機能することが実証されたものの、云うまでもなくこのような 燃焼システムに対して従来から改善の要求があることがわかっている。ことに、 選択的触媒還元（ＳＣＲ）または選択的非触媒還元（ＳＮＣＲ）のいずれをも用 いることなく、たとえば循環流動化床（ＣＦＢ）及び統合ガス化結合サイクル（ ＩＧＣＣ）のような代替粉末化固体燃料基礎発電技術と適合するレベルに、粉末 化固体燃料燃焼炉からのＮＯｘ排出を制御することを可能とする、新規で改良さ れたぐう角燃焼システムに対する要望が従来からあるのである。このため、粉末 化固体燃料燃焼炉からのＮＯｘ排出を、０．１５１ｂ／１０⁶ＢＴＵ以下に制限 しながら、同時にフライアッシュ内炭素量を５％以下、ＣＯ排出量を５０ｐｐｍ 以下に制限することを可能とする、新規な改良されたぐう角燃焼システムに対す る要望が従来からある。さらに、このような排出レベルは、中位の揮発性の瀝青 炭から亜炭に至る広範囲の固体燃料が、新規かつ改善されたぐう角燃焼システム を装備した粉末化固体燃料燃焼炉内で燃焼される時に達成されなければならない 。最後に、このような新規かつ改良されたぐう角燃焼システムを設けるためには 、粉末化アセンブリ、１次空 気流れアセンブリ、燃料供給アセンブリ、及び多レベルでの空気（補助空気、密 結合オーバファイア空気、分離オーバファイア空気）の噴射のすべてを包含する 全粉末化固体燃料燃焼システムに注目する必要がある。このため、このような新 規かつ改良されたぐう角燃焼システムは、次に述べる４つの主要要因から成るも のと見ることができよう。これらの主要要因とは、固体燃料の粉末化及び分級、 粉末化固体燃料の導入及び粉末化固体燃料ノズルチップ付近での燃焼、下部火炉 燃焼、及び上部火炉燃焼（主風箱と火炉アーチとの間）である。さらに、このよ うな新規かつ改良されたぐう角燃焼システムは、これら４つの各別の要因の最適 化に基づくものでなければならない。 総括するに、新規かつ改良されたぐう角燃焼システムに対して従来要望されて いることは、これを粉末化固体燃料燃焼炉に採用した時、米国東部産の瀝青炭に ついてのＮＯｘ排出量が０．１０ないし０．１５１ｂ／１０⁶ＢＴＵであること を可能とし、しかもたとえば流動化床燃焼機及びＩＧＣＣのような他の新規な固 体燃料燃焼技術オプションを用いる排出ベースと競争できる粉末化固体燃料燃焼 炉での粉末化固体燃料燃焼をなすことを可能とすることにある。さらに、新規か つ改良されたぐう角燃焼システムでのＮＯｘ排出目標は、フライアッシュ内炭素 量５％以下、ＣＯ排出量５０ｐｐｍ以下を維持しながら、燃焼技術のみによって 達成 されるべきことにある。すなわち、このような新規かつ改良されたぐう角燃焼シ ステムは、最小全排出を達成できなければならない。この点に関して云えば、た とえば亜化学量的１次領域燃焼、粉末化固体燃料対空気混合のステージング、減 少させた過剰空気、下部熱釈放率などのＮＯｘ減少に採用される技術はすべて酸 素の有効性、燃焼率及び還元ピーク火炎温度を制御することを狙うものである。 しかしながら、これらの条件は、ＣＯ、炭化水素及び増大した未燃焼炭素の排出 の可能性を増大させるものであるので、このような新規かつ改良されたぐう角燃 焼システムでは、これらの相反する要因間にバランスが図られることが必要であ る。すなわち、このような新規かつ改良されたぐう角燃焼システムは、より細か く固体燃料を粉末化することが、新型の粉末化固体燃料導入アセンブリ及び多空 気噴射レベルを利用する火炉内空気ステージングと組み合わされた統合ぐう角燃 焼システムを包含する。すなわち、これらの特徴の統合が、従来技術の燃焼シス テムから、この新規かつ改良されたぐう角燃焼システムを区別しているのである 。 固体燃料のより細かい粉末化に対する要望は、ＮＯｘ制御のための段階燃焼プ ロセスにより惹起される燃焼物損失（未燃焼炭素）を最小限とする要求に内包さ れている。粉末化固体燃料をより細かくすることは、粉末化固体燃料ノズルチッ プからの排出に当って近接 した着火を生じ、燃料結合窒素の釈放の割合を大きくし、これに伴なってステー ジ条件下でＮ₂への還元を増大する。第２の利点は、粉末化固体燃料燃焼炉の水 壁に衝突する大径粒子（１００メッシュ以上の粒子）が少なくなり、かつ低負荷 着火安定性が改善されることである。 新型の粉末化固体燃料導入アセンブリに対する要望は、従来型の粉末化固体燃 料ノズルチップにおけるよりも、粉末化固体燃料の着火点がノズルチップにより 接近することを確かとすることにある。粉末化固体燃料の急速な着火は、安定な 揮発物火炎を生じ、富粉末化固体燃料流れの中でのＮＯｘの生成を最小限とする 。これに加えて、新型粉末化固体燃料導入アセンブリをもって、風箱２次空気流 の若干を水平方向にオフセットして、これにより燃焼の初期段階中粉末化固体燃 料流れに与えられる空気を少なくする可能性も存在する。このように風箱２次空 気流れの一部分を水平方向にオフセットすることは、燃焼領域内またはその上方 における粉末化固体燃料燃焼炉の水壁付近に酸化性の環境を形成する。このこと は、アッシュの付着量及び期間を減少し、水壁に対するスーツブロワの使用を少 なくすると共に、火炉の低熱吸収を増大させることとなる。粉末化固体燃料燃焼 炉の水壁中に沿う酸素レベルの増大は、また、侵食の可能性、ことに硫黄分、鉄 分またはアルカリ金属（Ｋ，Ｎａ）分の多い石炭を使用した 際の水壁の腐食を減少させる。硫化または、その他のメカニズムによる腐食は、 実際的には、粉末化固体燃料燃焼炉の水壁に燃料が直接衝突する可能性を最小限 とすることにより大きく制御することができる。この可能性は、従来の熱釈放パ ラメータ及び粉末化固体燃料燃焼炉の幾何的形状、さらには改良された粉末化固 体燃料の細かさ制御により左右される。 多空気噴射レベルを用いる火炉内空気ステージングに対する要求は、２次空気 の一部分を主風箱の頂部における空気コンパートメントを介して放出して、ＮＯ ｘ生成を増大させることなく、炭素のバーンアウトを改善する必要を内包してい る。これに加えて、多空気噴射レベルを用いる火炉内空気ステージングによる多 段階分離オーバファイア空気（ＳＯＦＡ）を介する燃焼領域の化学量論的な制御 の可能性もまた存在する。オーバファイア空気のふたつまたはそれ以上の数の分 離レベルは、主風箱の頂部と粉末化固体燃料燃焼炉出口面との間で、粉末化固体 燃料燃焼炉の隅部に合体され、所定の粉末化固体燃料に対するＮＯｘ制御のため の最適化学量論的ヒストリーを生成する。ＳＯＦＡコンパートメントは、調節可 能な左右及び傾斜位置決め手段を有し、これにより、たとえば炭素、ＣＯ、全炭 化水素（ＴＨＣ）及び多環式芳香化合物化合物（ＰＡＣ）のような可燃物の放出 を最大限制御するため、燃焼用空気と粉末化固体燃料燃焼炉ガスとの混合プロセ スの調整を可能としている。 従って、本発明の目的は、粉末化固体燃料燃焼炉における使用に特に適した新 規かつ改良されたぐう角燃焼システムを提供することにある。 本発明の他の目的は、選択性触媒還元（ＳＣＲ）又は選択性非触媒還元（ＳＮ ＣＲ）のいずれをも用いることなく、たとえば循環流動床（ＣＦＢ）及び統合ガ ス化結合サイクル（ＩＧＣＣ）のような代替粉末化固体燃料に基づく発電所と競 争できるようなレベルに、粉末化固体燃料燃焼炉からのＮＯｘ排出を制御するこ とを特徴とする、新規かつ改良された粉末化固体燃料燃焼炉用ぐう角燃焼システ ムを提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、粉末化固体燃料燃焼炉からのＮＯｘ排出が０．１ ５ｌｂ／１０⁶ＢＴＵ以下となし得ることを特徴とする、粉末化固体燃料燃焼炉 用の新規かつ改良されたぐう角燃焼システムを提供することにある。 本発明の別の目的は、粉末化固体燃料燃焼炉からのＮＯｘ排出が０．１５ｌｂ ／１０⁶ＢＴＵ以下に制限しながら、同時にフライアッシュ中炭素量を５％以下 、ＣＯ排出量を５０ｐｐｍ以下に制限することができることを特徴とする、粉末 化固体燃料燃焼炉用の新規かつ改良されたぐう角燃焼システムを提供することに ある。 本発明のさらに別の目的は、粉末化固体燃料燃焼炉 からのＮＯｘ排出が０．１５ｌｂ／１０⁶ＢＴＵ以下に制限しながら、中位揮発 性瀝青炭から亜炭までの広範囲の固体燃料を粉末化固体燃料燃焼炉で使用するこ とができることを特徴とする、粉末化固体燃料燃焼炉用の新規かつ改良されたぐ う角燃焼システムを提供することにある。 本発明のさらに別の目的は、固体燃料の粉末化及び分級の手段を要素として包 含することを特徴とする、粉末化固体燃料燃焼炉用の新規かつ改良されたぐう角 燃焼システムを提供することにある。 本発明のさらに別の目的は、粉末化固体燃料ノズルチップ近くに粉末化固体燃 料を導入し、ここで燃焼させる要素を包含することを特徴とする、粉末化固体燃 料燃焼炉用の新規かつ改良されたぐう角燃焼システムを提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、下部火炉燃焼要素を包含することを特徴とする、 粉末化固体燃料燃焼炉用の新規かつ改良されたぐう角燃焼システムを提供するこ とにある。 本発明のさらに他の目的は、上部火炉燃焼要素を包含することを特徴とする、 粉末化固体燃料燃焼炉用の新規かつ改良されたぐう角燃焼システムを提供するこ とにある。 本発明のさらに他の目的は、固体燃料をより細かく粉末化する手段が、新型の 粉末化燃料導入アセンブリ と多空気噴射レベル利用の火炉内空気ステージング手段とに組み合わされて、そ の結果新規かつ改良されたぐう角燃焼システムが粉末化固体燃料燃焼炉用の新規 かつ改良された統合ぐう角燃焼システムを構成することを特徴とする、粉末化固 体燃料燃焼炉用の新規かつ改良されたぐう角燃焼システムを提供することにある 。 本発明のさらに他の目的は、新設の発電所にも、既設の発電所の改装にも等し くよく適合することを特徴とする、粉末化固体燃料燃焼炉用の新規かつ改良され た統合ぐう角燃焼システムを提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、設置するのが比較的容易で、作動させるのが比較 的簡単で、比較的費用のかからないことを特徴とする、粉末化固体燃料用の新規 かつ改良された統合ぐう角燃焼システムを提供することにある。 発明の概要 本発明のひとつの態様に従えば、粉末化固体燃料燃焼炉において使用するのに 特に適する統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムが提供される。本発明の主題である 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムは、粉末化固体燃料供給手段と、火炎付着粉末 化固体燃料ノズルチップと、同軸の燃焼ノズルと、密結合オーバーファイア空気 手段と、多段の分離オーバーファイア空気手段とを包含する。粉末化固体燃料供 給手段は、５０メッシュのふるいで大略０％、１００メッシュのふるいで１．５ ％、 ２００メッシュのふるいで８５％以上通す最小の細かさのレベルを有する粉末化 固体燃料を与えるように作動するように設計されている。５０メッシュのふるい 、１００メッシュのふるい、２００メッシュのふるいは、それぞれ、大略３００ ミクロン、１５０ミクロン、７４ミクロンの粒度の粒子を通すことを許容する寸 法であると考えられる。このような細かさのレベルを有する粉末化固体燃料を用 いることの第１の利点は、これによって、本発明の統合低ＮＯｘぐう角燃焼シス テムを用いるＮＯｘ制御の段階的燃焼プロセスにより生ずる可燃物損失（未燃焼 炭素）を最小限にできることである。火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップは、 粉末化固体燃料供給手段により供給される粉末化固体燃料のここを通る噴射を、 この粉末化固体燃料の着火点が、従来の粉末化固体燃料ノズルチップで形成され る着火点よりもノズルチップにより近いところで形成されるように作動するべく 設計されている。同軸の燃焼ノズルは、２次空気流れの一部分が水平方向にオフ セットして、これにより燃焼の初期段階において、より少ない空気が粉末化固体 燃料流れに与えられるように、かつ粉末化固体燃料の燃焼が０．８５以下で０． ４のような低い値まで、しかし好適には０．５ないし０．７の間の範囲の化学量 論量で生ずる用に作動するべく設計されている。主風箱の頂部に位置する空気コ ンパートメントを通して粉末化固体燃料燃焼炉内に噴射される密 結合オーバファイア空気手段は、ＮＯｘ生成を増加させることなく炭素のバーン アウトを改善するのに有効であるように設計されている。多段の分離オーバーフ ァイア空気手段は、主風箱の頂部と粉末化固体燃料燃焼炉の出口面との間に位置 する、ふたつまたはそれ以上の数の分離レベルにおける空気コンパートメントを 介して粉末化固体燃料燃焼炉内に空気が噴射され、これにより粉末化固体燃料の 燃焼から発生するガスが主風箱の頂部から分離オーバーファイア空気の最後のレ ベルの頂部に至る時間、すなわち残留時間が０．３秒を越えるように設計されて いる。 本発明の他の態様に従えば、統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを備えた粉末化 固体燃料燃焼炉を運転する方法が提供される。統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム を備えた粉末化固体燃料燃焼炉の運転方法は、５０メッシュのふるいで大略０％ 、１００メッシュのふるいで１．５％、２００メッシュのふるいで８５％以上を 通過させる最小細かさレベルを有する粉末化固体燃料を供給し、上述の細かさレ ベルを有するこの粉末化固体燃料を火炎付着ノズルチップを介して粉末化固体燃 料燃焼炉内へ噴射して粉末化固体燃料の着火点が火炎付着ノズルチップにごく接 近した所に形成されて安定な揮発物火炎を生ずると共に富粉末化固体燃料流れ中 のＮＯｘ生成を最小限とし、２次空気流を主風箱内に配設した空気コンパートメ ントを介して粉末化固体燃 料燃焼炉内に噴射して２次空気流れのこの部分を粉末化固体燃料燃焼炉の長手方 向軸線に対して水平方向にオフセットさせ、密結合のオーバーファイア空気の形 の２次空気の一部を主風箱の頂部に位置する空気コンパートメントを介して粉末 化固体燃料燃焼炉内に噴射し、これによりＮＯｘ生成を増大させることなく炭素 バーンアウトを改善し、分離されたオーバファイア空気の形の２次空気のさらに 他の一部を、主風箱の頂部と粉末化固体燃料燃焼炉の出口面との間に位置するふ たつまたはそれ以上の数の分離レベルの空気コンパートメントを介して粉末化固 体燃料燃焼炉内へ噴射して、粉末化固体燃料の燃焼から発生したガスが主風箱の 頂部から分離オーバーファイア空気の最後のレベルの頂部にまで移行する時間が ０．３秒を越えるようにすることを包含する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを包含する 粉末化固体燃料燃焼炉の垂直断面を示す略図である。 図２は、本発明に従って構成され、粉末化固体燃料燃焼炉に用いるのに特に好 適な統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムの垂直断面を示す略図である。 図３は、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムに用いられ ている火炎付着チップを包含する粉末化固体燃料ノズルの立面図である。 図４は、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを採用し、 かつ図３に示した火炎付着チップを包含する粉末化固体燃料ノズルの端面図であ る。 図５は、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムに採用され ているオフセット燃焼の作動原理を示す燃焼円の平面図である。 図６は、統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムに採用されている分離オーバファイ ア空気手段の調節可能な左右方向揺動の作動原理を示す、本発明に従って構成し た統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを包含する粉末化固体燃料燃焼炉の平面図で ある。 図７は、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを包含する 粉末化固体燃料燃焼炉の側面図で、統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムに包含され る分離オーバファイア空気手段の調節可能な傾動の作動原理を示す図である。 図８は、粉末化固体燃料燃焼炉に包含されるのに適当な従来型の低ＮＯｘ燃焼 システムのＮＯｘ排出レベルのふたつのフィールド試験の結果とひとつの実験室 試験結果とを示すグラフである。 図９は、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムと従来型の 粉末化固体燃料燃焼炉用の低ＮＯｘ燃焼システムのふたつの例から得られたＮＯ ｘ排出レベルを比較して示すグラフである。 図１０は、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを包含す る粉末化固体燃料燃焼炉の主バーナ領域内で化学当量を減少させるにつれてフラ ィァッシュ中の炭素の量とＮＯｘの排出量とに及ぼす影響を示すグラフである。 図１１は、それぞれ粉末化固体燃料燃焼炉に用いる実施例として適当な３つの 異なった構成の低ＮＯｘ燃焼システムを用いる時、化学量論量がＮＯｘ排出レベ ルに与える影響を示すグラフである。 図１２ａは、それぞれ粉末化固体燃料燃焼炉に用いる実施例として適当な３つ の異なった構成の低ＮＯｘ燃焼システムを採用する時、粉末化固体燃料の細かさ がフライアッシュ中の炭素量に及ぼす効果を示すグラフである。 図１２ｂは、それぞれ粉末化固体燃料燃焼炉に用いる実施例として適当な３つ の異なった構成の低ＮＯｘ燃焼システムを採用する時、粉末化固体燃料の細かさ がＮＯｘ排出量に及ぼす影響を示すグラフである。 図１３ａは、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムについ て、３つの異なった種類の粉末化固体燃料を使っての燃焼試験から得られたＣＯ 量を示すグラフである。 図１３ｂは、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムについ て、３つの異なった種類の粉末化固体燃料の燃焼試験から得たフライアッシュ中 の炭素量を示すグラフである。 図１３ｃは、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムについ て、３つの異なった種類の粉末化固体燃料の燃焼試験から得たＮＯｘ排出レベル を示すグラフである。 図１４は、本発明に従って構成された統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを包含 する粉末化固体燃料燃焼炉の垂直断面を示す略図であって、０．６よりも大きい 旋回数を採用した時、主風箱を通って粉末化固体燃料燃焼炉内に噴射される粉末 化固体燃料と空気との流れの方向を例示する図である。 図１５は、本発明に従って構成した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを包含す る粉末化固体燃料燃焼炉の平面図であって、０．６の旋回数を生ずるように主風 箱を介して粉末化固体燃料燃焼炉内に噴射される粉末化固体燃料と空気との噴射 角度を例示する図である。 図１６は、本発明に従って構成された統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを包含 する粉末化固体燃料燃焼炉の一部分の垂直断面図であって、ホッパアッシュを減 少し炭素変換を増大させるための下部粉末化固体燃料ノズルの傾斜及び下部空気 ノズルの傾斜を例示する図である。 好適な実施例の説明 図面、特にその図１を参照し、図１には参照符号１０によって総括的に示され た粉末化固体燃料燃焼炉が 描かれている。粉末化固体燃料燃焼炉それ自体の構成及び運転モードはこの分野 の当業者にとってよく知られていることであるので、図１に例示した粉末化固体 燃料燃焼炉１０についての詳細な説明をここで述べることは必要ないと考える。 むしろ、図面の図２に参照符号１２によって総括的に示されて入る統合低ＮＯｘ ぐう角燃焼システムと関連することができる粉末化固体燃料燃焼炉１０（上記統 合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２は、本発明にしたがって、この粉末化固体燃 料燃焼炉１０に設置することができ、粉末化固体燃料燃焼炉１０に設置されたと きには、粉末化固体燃料燃焼炉１０からのＮＯｘ排出量を０．１５ｌｂ／１０⁶ ＢＴＵ以下にまで制限でき、更にまた同時に、粉末化固体燃料燃焼炉１０からの フライアッシュ中に含まれる炭素を５％以下に制限できるとともに、粉末化固体 燃料燃焼炉１０からのＣＯ排出量を５０ｐｐｍ以下に制限できるように作動する ）の理解を得る目的のために、前述した統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２と 協同する粉末化固体燃料燃焼炉１０の幾つかの構成要素についての説明をここで 単に述べることで十分に思われる。ここで説明されていない粉末化固体燃料燃焼 炉１０の他の構成要素の構成及び運転モードについての詳細な説明については、 従来技術、例えばエフ・ジェー・ベルティ氏に対して１９８８年１月１２日に特 許が付与されかつ本出願と同じ譲受人に譲渡された米国特許 第４，７１９，５８７号の明細書を参照することができる。 図面の図１を更に参照し、図１に例示された粉末化固体燃料燃焼炉１０は、参 照符号１４によって総括的に示されているバーナ領域を包含する。統合低ＮＯｘ ぐう角燃焼システム１２の構成及び運転モードの説明と関連して以下に一層詳細 に述べられるように、粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４内では、この 分野の当業者にとってよく知られている方法によって、粉末化固体燃料と空気と の燃焼が開始される。この粉末化固体燃料と空気との燃焼から生じた熱ガスは、 粉末化固体燃料燃焼炉１０内を上向きに流れる。熱ガスが粉末化固体燃料燃焼炉 １０内を上向きに流れる間に、この分野の当業者にとってよく知られている方法 により、熱ガスは管（図面での説明を明瞭にするために図示されていない）を通 して流れる流体に熱を与える。前述した管は、従来の方法によれば、粉砕固体燃 料燃焼炉１０の４つの壁のすべてに配置されている。熱ガスは、それから、粉末 化固体燃料燃焼炉１０の、参照符号１６によって総括的に示されている水平通路 を通して流れ、続いて粉末化固体燃料燃焼炉１０の、参照符号１８によって総括 的に示されている背部ガス通路へ進んで、粉末化固体燃料燃焼炉１０を出る。水 平通路１６及び背部ガス通路１８の両方は、一般に、この分野の当業者にとって よく知られている方法により、 蒸気を発生して過熱するための他の熱交換表面（図示せず）を収容する。その後 、蒸気は、一般に、タービン／発電機システム（図示せず）の１つの構成要素を 構成するタービン（図示せず）に流れるようにされ、これによって蒸気は上記タ ービン及びこのタービンと公知の方法により関連する発電機（図示せず）に駆動 する原動力を提供し、これによって上記発電機から電気が発生させられる。 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２（このぐう角燃焼システムは、本発明に よれば、図面の図１に示されている粉末化固体燃料燃焼炉１０の形に構成されて いる炉と関連するように設計されている）を詳細に説明する目的のために、図面 の特に図１及び図２が次に参照される。特に、統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム １２は、炉例えば図面の図１の粉末化固体燃料燃焼炉１０に使用されるように設 計されている。そして、この統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２は、粉末化固 体燃料燃焼炉１０に使用されたときには、粉末化固体燃料燃焼炉１０からのＮＯ ｘ排出量を０．１５ｌｂ／１０⁶ＢＴＵ以下にまで制限し、更にまた同時に、粉 末化固体燃料燃焼炉１０からのフライアッシュ中に含まれる炭素量を５％以下に まで制限するとともに、粉末化固体燃料燃焼炉１０からのＣＯ排出量を５０ｐｐ ｍ以下にまで制限するように作動する。 図面の図１及び図２を参照することにより最も良く 理解できるように、統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２は、ハウジング、好適 には図面の図１及び図２に参照符号２０によって示されている主風箱の形のハウ ジングを包含する。この主風箱２０は、この分野の当業者にとってよく知られて いる方法によって、粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に従来の適当な 支持手段（図示せず）によって支持され、主風箱２０の長手方向軸線が粉末化固 体燃料燃焼炉１０の長手方向軸線に関して実質的に平行に延びている。 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２についての説明を続けるに、図面の図２ に例示した本発明の実施例によれば、主風箱２０は、それぞれ参照符号２２及び ２４によって総括的に示された１対の空気コンパートメントを包含する。図面の 図２を参照することにより最も良く理解できるように、１対の端部空気コンパー トメントの一方、すなわひ参照符号２２によって示されている端部空気コンパー トメントは、主風箱２０の下方端に設けられている。他方の端部空気コンパート メント、すなわち参照符号２４によって示されている端部空気コンパートメント は、主風箱２０の上方部分に設けられている。また、図面の図２に例示した本発 明の実施例によれば、主風箱２０には、図２にそれそれ参照符号２６，２８及び ３０によって総括的に示されている複数の直通空気コンパートメントと、図２に それぞれ参照符号３２，３４，３６，３８，４０，４２， ４４及び４６によって総括的に示されている複数のオフセット空気コンパートメ ントとが設けられている。直通空気ノズルは、端部空気コンパートメント２２， ２４の各々及び直通空気コンパートメント２６，２８，３０の各々の内部に、従 来公知の形の適当な装架手段によって装架関係で支持されている。オフセット空 気ノズルは、オフセット空気コンパートメント３２，３４，３６，３８，４０， ４２，４４及び４６の各々の内部に、従来公知の形の適当な装架手段によって装 架関係で支持されている。空気供給手段（図面での説明を明瞭にするために図示 されていない）が、端部空気コンパートメント２２，２４の各々、直通空気コン パートメント２６，２８，３０の各々及びオフセット空気コンパートメント３２ ，３４，３６，３８，４０，４２，４４，４６の各々に接続されている。これに より、空気供給手段は、空気を上記の各空気コンパートメントに供給し、それか らこれらの各空気コンパートメントを通して粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ 領域１４に空気を供給する。この目的のために、空気供給手段は、公知の方法で あるように、ファン（図示せず）と、一方ではこのファンにまた他方では端部空 気コンパートメント２２，２４、直通空気コンパートメント２６，２８，３０及 びオフセット空気コンパートメント３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４ ，４６にそれぞれ別の弁及び制御器（図示せず）を通して流体流れ関 係で接続されているダクト（図示せず）とを包含する。 主風箱２０を更に参照するに、図面の図２に例示した本発明の実施例によれば 、主風箱２０には、また、それぞれ参照符号４８，５０，５２，５４及び５６に よって総括的に示されている複数の燃料コンパートメントが設けられている。そ して、燃料コンパートメント４８，５０，５２，５４及び５６の各々の内部には 燃料ノズルが装架関係で支持されている。これらの燃料ノズルは、図面の図３に 参照符号５８によって総括的に示されている。このような目的のために使用する のに適当な従来公知の形の装架手段が、燃料ノズル５８を燃料コンパートメント ４８，５０，５２，５４及び５６の各々の内部に装架するのに使用される。一層 詳細に説明すれば、燃料ノズル５８は、火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップを 包含し、このノズルチップは図面の図４に参照符号６０によって総括的に示され ている。燃料コンパートメント４８，５０，５２，５４及び５６の各々は、一例 であって限定するものではない方法によって、図面の図２には石炭コンパートメ ントとして示されている。したがって、燃料コンパートメント４８，５０，５２ ，５４及び５６は他の種類の粉末化固体燃料、すなわち粉末化固体燃料燃焼炉１ ０のバーナ領域１４内で燃焼することができる他の種類の粉末化燃料のために使 用するのにも適当なものである。 図面の図１に図式的に描かれて参照符号６２によって総括的に示されている粉 末化固体燃料供給手段は、燃料コンパートメント４８，５０，５２，５４及び５ ６内に装架関係で支持されている燃料ノズル５８に接続されている。これにより 、粉末化固体燃料供給手段６２は粉末化固体燃料を燃料コンパートメント４８， ５０，５２，５４及び５６に、より詳細にはこれらの燃料コンパートメント内に 装架関係で支持されている燃料ノズル５８に供給し、それから、この燃料ノズル ５８から粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に噴射する。この目的のた めに、粉末化固体燃料供給手段６２は、図面の図１に参照符号６４によって示さ れている粉砕機と、参照符号６６によって示されている粉末化固体燃料ダクトと を包含する。粉砕機６４は、５０メッシュのふるいで大略０％の、また１００メ ッシュのふるいで１．５％の、更に２００メッシュのふるいで８５％以上の最小 の細かさの粉末化固体燃料を作るように設計されている。５０メッシュ、１００ メッシュ及び２００メッシュは、それぞれ、大略３００ミクロン、１５０ミクロ ン及び２００ミクロンの大きさを有する粒子に等しい。更にこの目的のために、 粉砕機６４は動的分級機（図示せず）を包含する。この動的分級機（図示せず） の運転のモードにしたがい、粉末化固体燃料粒子が動的分級機（図示せず）を通 して空気流れにより運ばれるにつれて、回転分級器ベーンが粉末 化固体燃料粒子に遠心力を与える。空気流れにより生じた力と回転分級器ベーン とのバランスにより、大きい粒子が小さい粒子から分離される。小さい粒子は動 的分級機（図示せず）から出て行き、一方大きい粒子は更に粉砕するために粉砕 機６４内に残される。細かい固体燃料のために第１に必要なことは、段階燃焼プ ロセスによって生じる未燃焼物損失（未燃焼炭素）を最小にすることである。段 階燃焼プロセスは、本発明にしたがって構成された統合低ＮＯｘぐう角燃焼シス テム１２においてＮＯｘ制御のために用いられる細かい固体燃料は、燃料ノズル ５８の放出チップで近接着火を生じさせることができ、これにより段階燃焼状態 の下での燃料結合窒素の解放及びその後のＮ₂への還元が増大する。第２の利益 は、粉末化固体燃料燃焼炉１０の水壁には大径粒子（１００メッシュ以上び粒子 ）がより少なく衝突し、低負荷着火の安定性が改良されることである。上記に列 挙した細かさを有する粉末化固体燃料が、粉砕機６４から粉末化固体燃料ダクト ６６を通して、燃料コンパートメント４８，５０，５２，５４及び５６内に装架 関係で支持されている燃料ノズル５８へ輸送される。すなわち、粉末化固体燃料 ダクト６６は、その一方で粉砕機６４に流体流れ関係で接続され、またその他方 で別々の弁及び制御器（図示せず）を通して燃料コンパートメント４８，５０， ５２，５４及び５６に流体流れ関係で接続されている。前述 したように、図面での説明を明瞭にするために図示されていないが、粉砕機６４ は空気供給手段のファン（図示せず）に接続され、空気がこの空気供給手段のフ ァン（図示せず）から粉砕機６４に供給される。これにより、粉砕機６４から燃 料コンパートメント４８，５０，５２，５４及び５６内に装架関係で支持されて いる燃料ノズル５８に供給された粉末化固体燃料は、粉砕機の分野の当業者にと ってよく知られている方法により、粉末化固体燃料ダクト６６を通して空気流れ により輸送される。 図面の図４に示されている火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ６０を更に参 照するに、このノズルチップ６０の主たる機能は、ノズルチップ６０から粉末化 固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に噴射される粉末化固体燃料の着火を、従 来技術の形の粉末化固体燃料ノズルチップでもって着火することが可能出ある場 所よりも非常に接近した場所で、すなわちその２フィート（約６０ｃｍ）内で生 じさせることにある。この粉末化固体燃料の迅速な着火により、安定した揮発性 成分の火炎を生じさせ、また付随して、富粉末化固体燃料流れ中のＮＯｘ生成を 最小にする火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ６０の新規な特徴は、ノズルチ ップ６０の放出端に設けられて図４に参照符号６８によって示されているブラフ ボディの格子構造体にある。この粒子構造体６８は、火炎付着粉末化固体燃料ノ ズ ルチップ６０から放出される粉末化固体燃料／空気流れの特性を、主として層流 れから乱流に変える。そして、粉末化固体燃料／空気流れの乱流が増大すること により、動的火炎伝播速度及び燃焼強度が増大する。これにより、全体の粉末化 固体燃料／空気噴流（火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ６０に接近するが、 しかし接触していない）の急速な着火、高い初期火炎温度（燃料窒素を包含する 揮発性成分の解放を最大にする）、及び有効酸素の急速な消費（初期ＮＯ生成を 最小にする）が生じる。火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ６０の真の利益及 び商業的な重要性は、付着火炎を有しない優れた仕事を提供することができるこ とである。その優秀さは、従来技術の形の火炎付着ノズルチップが粉末化固体燃 料を燃焼したときに早く破壊し、詰まりの問題を受けることから、示される。火 炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ６０は、安定した分離火炎を維持できるので 、これまで使用されている従来技術の形の火炎付着ノズルチップが受ける不都合 な問題である詰まり／急速な燃焼の問題を防止することができると思われる。 図面の図３及び図４を参照して最も良く理解できるように、火炎付着粉末化固 体燃料ノズルチップ６０は、図３に参照符号７０によって示されている大略矩形 状の箱の形とされている。この矩形状の箱７０は、その両側部に図３に参照符号 ７２及び７４によって示され ている開口を有し、これらの開口を通して粉末化固体燃料／１次空気流れがそれ ぞれ火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ５０に出入りする。矩形状の箱７０か ら少し距離を離れてこの矩形状の箱７０を囲繞する通路が、図３に参照符号７６ によって示されている。この通路７６は、追加の空気すなわち燃焼支持用空気の ための通路である。この火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ６０の新規な特徴 は、その出口の特徴にある。この目的のために、図４に参照符号７８ａ，７８ｂ ，７８ｃ及び７８ｄによって示されている４つの矩形棒が設けられている。これ らの矩形棒７８ａ，７８ｂ，７８ｃ及び７８ｄは、従来公知の形の適当な装架手 段（図示せず）によって矩形状の箱７０の内部に装架関係で支持されて、火炎付 着粉末化固体燃料ノズルチップ６０の軸線及び出口面の中心まわりに対称に配設 されている。また、火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ６０の出口面には、図 ４に参照符号８０及び８２によって示されている“せん断棒”が設けられている 。これらのせん断棒８０及び８２は、従来公知の形の適当な装架手段（図示せず ）によって矩形状の箱７０の内部に装架関係で支持されて、火炎付着粉末化固体 燃料ノズルチップ６０の頂部及び底部にそれぞれ配設されている。４つの矩形棒 ７８ａ，７８ｂ，７８ｃ及び７８ｄは図面の図４に参照符号８４及び８６によっ て示されている短い矩形棒片によって“せん断棒”８０ 及び８２に取付けられている。矩形状の箱７０の実際の寸法、及びそれぞれこの 矩形状の箱７０の内部に装架関係で支持されている矩形棒７８ａ，７８ｂ，７８ ｃ，７８ｄ及び“せん断棒”８０，８２の実際の寸法は、すべて、燃料ノズル５ ８が持つように設計されている燃焼率に基づいて定められる。 火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ６０についての説明を続けるに、矩形棒 ７８ａ，７８ｂ，７８ｃ及び７８ｄは、粉末化固体燃料及び１次空気が矩形状の 箱７０の出口７４から出ることに、乱流を生じさせるこれによって、幾つかの有 益な効果が得られる。すなわち、乱流によって、火炎伝播速度が粉末化固体燃料 ／１次空気流れ速度より速い場所にうずが生じ、これにより火炎付着粉末化固体 燃料ノズルチップから出口に接近して、すなわちその２フィート（約６０ｃｍ） 以内に着火点を許容する。また、粉末化固体燃料と１次空気との相対速度は異な り、これにより燃料ノズル５８の近傍場所での混合、それ故粉末化固体燃料の脱 揮発が増大する。そして、これら２つの効果は、粉末化固体燃料窒素の転化によ り生じるＮＯｘの量を減少するのに有効であると知られている酸素欠乏区域での 揮発分の蒸発によるＮＯｘの生成を減少するのを促進する。 これについて更に参照するに、主風箱２０内には、図面の図２に例示した本発 明の実施例にしたがって、 図２に参照符号８８によって総括的に示されている補助燃料コンパートメントが 設けられている。この補助燃料コンパートメント８８は、その中に適当に設けた 補助燃料ノズルの手段によって、補助燃料をこのノズルを通して粉末化固体燃料 燃焼炉１０のバーナ領域１４に噴射することを行うように作動する。このような 補助燃料の噴射が所望されたとき、補助燃料は粉末化固体燃料でない燃料、すな わち油又はガスとされる。例えば、粉末化固体燃料燃焼炉１０の起動中、このよ うな補助燃料の噴射を行うことが所望されると思われる。図２には主風箱２０は １つだけの補助燃料コンパートメント８８を有するものとして示されているけれ ども、本発明の本質から逸脱することなしに主風箱２２は追加の補助燃料コンパ ートメント８８を備えることができることを理解すべきである。この目的のため に、もし追加の補助燃料コンパートメント８８を設けることが所望されたときに は、１つ又はそれ以上の直通空気コンパートメント２６，２８及び３０を補助燃 料コンパートメント８８に置換することによって達成される。 次に、オフセット燃焼の作用の原理について説明する。この目的のために、特 に図面の図５が参照される。この図５を参照して最も良く理解されるように、粉 末化固体燃料コンパートメント４８，５０，５２，５４及び５６を通して粉末化 固体燃料燃焼炉１０のバーナ 領域１４に噴射される粉末化固体燃料及び１次空気流れは、図５に参照符号９０ によって図式的に示されるように、粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４ の中央に位置して図５に参照符号９２によって示されている小さな仮想円対して 向けられる。粉末化固体燃料及び１次空気流れと区別して、オフセット空気コン パートメント３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４及び４６を通して粉末 化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に噴射される燃焼支持用空気、すなわち ２次空気は、前述した小さな仮想円９２と同様に粉末化固体燃料燃焼炉１０のバ ーナ領域の中央に位置することが必要とされると共にこの小さな仮想円９２と同 心であって、図５に参照符号９４によって図式的に示されている大きな仮想円に 対して向けられる。 主風箱２０を通しての２次空気流れを水平方向において多少オフセットするこ とにより、燃焼の初期段階中粉末化固体燃料及び１次空気流れに用いられる空気 を少なくすることができる。また、これにより、粉末化固体燃料及び１次空気の 燃焼区域の中及びその上方の粉末化固体燃料燃焼炉１０の水壁に接近して、酸化 環境を形成する。そして、これによって、灰付着量及び粘り強さを減少させる効 果があり、その結果粉末化固体燃料燃焼炉１０の下方部分でのウォールブロワの 使用回数を減らすことができると共に、熱吸収を増大させることができる。また 、粉末化固体燃料燃焼炉１０ の水壁に沿うＯ₂レベルの増大により、特に、硫黄、鉄又はアルカリ金属（Ｋ， Ｎａ）の高い濃度を有する粉末化固体燃料が燃焼されたときにおける腐食電位を 減少させることができる。そして、硫化又は他のメカニズムによる腐食は、粉末 化固体燃料燃焼炉１０の水壁に粉末化固体燃料及び１次空気流れが直接衝突する 可能性を最小にすることにより、実際上大きく制限することができる。この衝突 の可能性は、粉末化固体燃料燃焼炉１０内で燃焼される粉末化固体の細かさの制 御を改良するに加えて、粉末化固体燃料燃焼炉１０の従来の熱釈放パラメータ及 び幾何学的形状によって左右される。 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２についての説明を続けるに、図面の図２ に例示した本発明の実施例によれば、図面の図２にそれぞれ参照符号９８及び１ ００によって総括的に示されている１対の密結合オーバファイア空気コンパート メントが、主風箱２０の上方部分に設けられて、端部空気コンパートメント２４ と実質的に並んだ関係で配設されている。そして、密結合オーバファイア空気ノ ズルが、従来公知の形の適当な装架手段（図示せず）によって密結合オーバファ イア空気コンパートメント９８及び１００の各々の内部に装架関係で支持されて いる。密結合オーバファイア空気コンパートメント９８及び１００の各々は、同 じ空気供給手段（図示せず）に接続されている。この 空気供給手段（図示せず）には、前述したように、直通空気コンパ−トメント２ ６，２８，３０の各々及びオフセット空気コンパートメント３２，３４，３６， ３８，４０，４２，４４，４６の各々に加えて、端部空気コンパートメント２２ ，２４の各々が接続されている。これにより、上記空気供給手段（図示せず）は 燃焼支持用空気を密結合オーバファイア空気コンパートメント９８及び１００の 各々に供給し、それから、これらの密結合オーバファイア空気コンパートメント ９８及び１００を通して粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に燃焼支持 用空気が噴射される。このような密結合オーバファイア空気コンパートメント９ ８及び１００を通しての燃焼支持用空気の噴射によって、ＮＯｘの生成を増大す ることなしに、炭素のバーンアウトを改善できる効果がある。 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２の構成に関して更に説明を続けると、２ つ又はそれ以上の分離したレベルの分離オーバファイア空気手段が、粉末化固体 燃料燃焼炉１０の各隅部に、主風箱２０の頂部と粉末化固体燃料燃焼炉１０の、 図１に点線１０２で示されている炉出口面との間に位置するように組み込まれて いる。すなわち、図面の図１及び図２に例示した本発明の実施例によれば、統合 低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２は、２つの分離したレベルの分離オーバファイ ア空気手段、すなわち図面の図１及び図２に参照符号 １０４によって総括的に示されている低レベルの分離オーバファイア空気手段と 、図面の図１及び図２に参照符号１０６によって総括的に示されている高レベル の分離オーバファイア空気手段とを用いる。低レベルの分離オーバファイア空気 手段１０４は、従来公知の形の適当な支持手段（図示せず）によって粉末化固定 燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に適当に支持されて、主風箱２０の頂部から、 より詳細にはその密結合オーバファイアコンパートメント１００から適当に間隔 を置かれていると共に、主風箱２０の長手方向軸線に実質的に整列されている。 同様に、高レベルの分離オーバファイア空気手段１０６は、従来公知の形の適当 な支持手段（図示せず）によって粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に 適当に支持されて、低レベルの分離オーバファイア空気手段１０４から適当に間 隔を置かれていると共に、主風箱２０の長手方向軸線に実質的に整列されている 。そして、低レベルの分離オーバファイア空気手段１０４と高レベルの分離オー バファイア空気手段１０６とは、主風箱２０の頂部と炉出口面１０２との間に適 当に配設され、粉末化固体燃料の燃焼によって発生したガスが主風箱２０の頂部 から高レベルの分離オーバファイア空気手段１０６にまで進む時間、すなわち滞 留時間は０．３秒を越える。 低レベルの分離オーバファイア空気死１０４及び高レベルの分離オーバファイ ア空気手段１０６について の説明を続けると、図面の図１及び図２に例示した本発明の実施例によれば、低 レベルの分離オーバファイア空気手段１０４は、図面の図２に参照符号１０８， １１０及び１１２によって示されている３つの分離オーバファイア空気コンパー トメントを包含する。同様に、高レベルの分離オーバファイア空気手段１０６は 、図面の図２に参照符号１１４，１１６及び１１８によって示されている３つの 分離オーバファイア空気コンパートメントを包含する。そして、低レベルの分離 オーバファイア空気手段１０４の各分離オーバファイア空気コンパートメント１ ０８，１１０，１１２内に及び高レベルの分離オーバファイア空気手段１０６の 各分離オーバファイア空気コンパートメント１１４，１１６，１１８内に、それ ぞれ、分離オーバファイア空気ノズルが従来公知の形の適当な装架手段（図示せ ず）によって装架関係で支持されいる。各分離オーバファイア空気ノズルは、揺 動及び傾動することができる。図面の図６を参照して最も良く理解できるように 、揺動は水平面すなわち図６に参照符号１２０によって示されている矢印の如く 動くものとされている。他方、図面の図７を参照して最も良く理解できるように 、傾動は垂直面すなわち図７に参照符号１２２によって示される矢印の如く動く ものとされている。 低レベルの分離オーバファイア空気手段１０４及び高レベルの分離オーバファ イア空気手段１０６の説明 を更に続けると、低レベルの分離オーバファイア空気手段１０４の分離オーバフ ァイア空気コンパートメント１０８，１１０，及び１１２の各々は、同一の空気 供給手段（図示せず）に流体流れ関係で接続されている。これにより、この空気 供給手段（図示せず）は燃焼支持用空気をこれら分離オーバファイア空気コンパ ートメント１０８，１１０及び１１２の各々に供給し、それから、これら分離オ ーバファイア空気コンパートメント１０８，１１０及び１１２の各々を通して粉 末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に燃焼支持用空気が噴射される。なお 、上記空気供給手段（図示せず）には、前述したように、端部空気コンパートメ ント２２，２４の各々、直通空気コンパートメント２６，２８，３０の各々、オ フセット空気コンパートメント３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４，４ ６の各々及び密結合オーバファイア空気コンパートメント９８，１００の各々が 接続されている。同様に、高レベルの分離オーバファイア空気手段１０６の分離 オーバファイア空気コンパ−トメント１１４，１１６及び１１８の各々は、同一 の空気供給手段（図示せず）に流体流れ関係で接続されている。これにより、こ の空気供給手段（図示せず）は燃焼支持用空気をこれら分離オーバファイア空気 コンパトメント１１４，１１６及び１１８の各々に供給し、それから、これら分 離オーバファイア空気コンパートメント１１４，１１６ 及び１１８の各々を通して粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に燃焼支 持用空気が噴射される。なお、上記空気供給手段（図示せず）には、前述したよ うに、端部空気コンパートメント２２，２４の各々、直通空気コンパートメント ２６，２８，３０の各々、オフセット空気コンパートメント３２，３４，３６， ３８，４０，４２，４４，４６の各々、及び密結合オーバファイア空気コンパー トメント９８，１００の各々が接続されている。 多段分離オーバファイア空気、すなわち２つ又はそれ以上の分離したレベルの 分離オーバファイア空気を使用することによる効果は、これにより粉末化固体燃 料燃焼炉１０のバーナ領域１４の化学量論量を、各所定の粉末化燃料についての ＮＯｘ制御のために最大限とすることができることにある。更に、枢動及び傾動 することができる低レベルの分離オーバファイア空気手段１０４の分離オーバフ ァイア空気コンパートメント１０８，１１０，１１２及び高レベルの分離オーバ ファイア空気手段１０６の分離オーバファイア空気コンパートメント１１４，１ １６，１１８を使用することにより、燃焼空気と炉ガスとの混合プロセスを調整 して、例えば炭素、ＣＯ、全炭化水素（ＴＨＣ）及び多環式芳香化合物（ＰＡＣ ）などの可燃物の放出を最大限制御することができる。 次に、本発明にしたがって構成された統合低ＮＯｘ ぐう角燃焼システム１２の運転モードについて詳細に説明する。この燃焼システ ム１２は、図面の図１に示された粉末化固体燃料燃焼炉１０のような粉末化固体 燃料燃焼炉に採用されるように設計されている。そして、そのとおりにそこに採 用された時、統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２は、粉末化固体燃料燃焼炉１ ０から発生するＮＯｘ量を０．１５ｌｂ／１０⁶ＢＴＵより少なく制限し、同時 にさらにこの間の粉末化固体燃料燃焼炉１０からのフライアッシュ中に含まれて いる炭素量を５％より少なく制限し、かつ粉末化固体燃料燃焼炉１０から発生す るＣＯ量を５０ｐｐｍより少なく制限するための運転が可能である。このために 、統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２の運転モードに基づいて、粉砕機６４か ら供給され、５０メッシュのふるいで大略０％、１００メッシュのふるいで１． ５％、そして２００メッシュのふるいで８５％以上を通過する粉末度レベルを有 する粉末化固体燃料が存在する。ここで、５０メッシュ、１００メッシュ及び２ ００メッシュは、大略３００ミクロン、１５０ミクロン及び７４ミクロンの粒子 サイズと同等である。上述した粉末度レベルを有する粉末化固体燃料は、粉砕機 ６４から粉末化固体燃料コンパートメント４８，５０，５２，５４及び５６へ燃 料ダクト６６を通る空気流れで運ばれる。この粉末化固体燃料は、空気流れにま だ乗せられている間に、火炎付着粉末化固体燃料ノズル チップ６０を通って粉末化固体燃焼炉１０のバーナ領域１４に噴射される。この ノズルチップ６０は、この目的のために、各粉末化固体燃料コンパートメント４ ８，５０，５２，５４及び５６に適当に設けられ、それによってそこを通って噴 射される粉末化固体燃料の着火点が、そこを通って粉末化固体燃料が噴射された 火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ６０の各々から２フート（約６０ｃｍ）以 内に生じ、それによって安定した揮発性物質の炎が生じ、かつ粉末化固体燃料の 濃い流れのＮＯｘ生成が最小になる。 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２の運転モードの説明を続けると、第２の 空気の形で予め確定された量の燃焼支持用空気が、各端部空気コンパートメント ２２及び２４、各直通空気コンパートメント２６，２８及び３０、そして各オフ セット空気コンパートメント３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４及び４ ６を通って粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に噴射され、このような 粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４に、さらに特定するとその初期燃焼 区域内に存在する化学量論量は、０．５から０．７の間である。ここで採用され ている化学量論量という用語は、粉末化固体燃料の完全燃焼に必要な理論的な空 気量を意味して定義され、そして、ここで採用されている初期燃焼区域という用 語は、端部空気コンパートメント２２と端部空気コンパートメント２４との間に 横 たわっている区域を意味して定義される。初期燃焼区域における化学量論量が０ ．５と０．７の間である効果は、粉末化固体燃料コンパートメント４８，５０， ５２，５４及び５６を通ってそこに噴射された粉末化固体燃料からの窒素の分離 であり、そしてこの窒素の分子状窒素、すなわちＮ₂への転換は最大限度になる 。ひとつの追加すべき効果は、総原子窒素種、すなわちＮＯ，ＨＣＮ，ＮＨ₃及 びチャー（ｃｈａｒ）窒素の初期燃焼区域から粉末化固体燃料燃焼炉１０のバー ナ領域１４内にある次の区域への持ち越しを最小限度にすることである。 前述したように、初期燃焼区域へ噴射される燃焼支持用空気に加えて、予め確 定された量の燃焼支持用空気が密結合オーバファイア空気の形で、各密結合オー バファイア空気コンパートメント９８，１００を通って粉末化固体燃料燃焼炉１ ０のバーナ領域１４へ噴射されて、このような粉末化固体燃料燃焼炉１０のバー ナ領域１４内に、さらに特定するとその仮再燃焼／脱ＮＯｘ区域内に存在する化 学量論量は、０．７から０．９の間である。ここで採用されている仮再燃焼／脱 ＮＯｘ区域という用語は、密結合オーバファイア空気コンパートメント１００と 密結合オーバファイア空気の低レベル１０４の分離オーバファイア空気コンパー トメント１０８との間に横たわっている区域を意味して定義される。仮再燃焼／ 脱ＮＯｘ区域における化学量 論量が０．７と０．９の間である効果は、炭化水素そして／又はアミン基との反 応を経てＮＯからＮ₂に還元されることを最大限度にすることである。 本発明にしたがって構成された統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２の運転モ ードをさらに説明すると、予め確定された量の燃焼支持用空気が分離オーバファ イア空気の形で、粉末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４へ噴射される。さ らに特定すると、第１の予め確定された量の燃焼支持用空気が分離オーバファイ ア空気の形で、分離オーバファイア空気の低レベル１０４の各分離オーバファイ ア空気コンパートメント１０８，１１０及び１１２を通って粉末化固体燃料燃焼 炉１０のバーナ領域１４へ噴射され、このような粉末化固体燃料燃焼炉１０のバ ーナ領域１４内に、さらに特定するとその反応窒素消耗区域内に存在する化学量 論量は、０．９から１．０２の間である。ここで採用されている反応窒素消耗区 域という用語は、分離オーバファイア空気の低レベル１０４の分離オーバファイ ア空気コンパートメント１１２と分離オーバファイア空気の高レベル１０６の分 離オーバファイア空気コンパートメント１１４との間に横たわっている区域を意 味して定義される。反応窒素消耗区域における化学量論量が０．９と１．０２の 間である効果は、反応性窒素種（すなわちＮＨ₃，ＨＣＮ及びチャー窒素）の粉 末化固体燃料燃焼炉１０のバーナ領域１４への持ち越しを 最小限度にすることであり、同時に分子状窒素（Ｎ₂）への転換が最大限度にな る。 第２の予め確定された量のこのような燃焼支持用空気が分離オーバファイア空 気の形で、分離オーバファイア空気の高レベルの各分離オーバファイア空気コン パートメント１１４，１１６及び１１８を通って粉末化固体燃料燃焼炉１０のバ ーナ領域１４へ噴射され、このような粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域１４内 に、さらに特定するとその最終／燃焼完了区域内に存在する化学総論的量は、少 なくとも１．０７である。 ここで採用されている最終／燃焼完了区域という用語は、高いレベルの分離オー バファイア空気手段１０６の分離オーバファイア空気コンパートメント１１８と 炉出口面１０２との間に横たわっている区域を意味して定義される。最終／燃焼 完了区域における化学量論量が少なくとも１．０７であることの効果は、ＣＯ， ＴＨＣ／ＶＯＣ及び未燃焼物質の発生を最小限度にするために最終発生空気レベ ルの化学量論量を上げることであり、どんな熱ＮＯｘ生成物でも最小限度にして いる。 これらを要約すると、本発明にしたがって構成された統合低ＮＯｘぐう角燃焼 システム１２は、いくつかの概念を具体化する。たとえば、最善の初期燃焼区域 の化学量的量は、その中の化学量的量が０．５と０．７の間である統合低ＮＯｘ ぐう角燃焼システムに存在す る。次に、統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２の運転モードに合った最善の空 気の質量流量パーセンテージは、ＮＯｘの生成を最小限度にすることを成し遂げ るために、すなわちＮＯｘの削減、そして／又は最大燃焼効率を最大限度にする ために各々与えられたオーバファイア空気レベルで噴射される。この最善の質量 流量パーセンテージは１０％から２０％の範囲であると考えられる。第３に、総 体的な燃焼ＮＯｘ生成／破壊プロセスには、４つほども重要な反応段階がある。 各反応段階は、化学量的量を含む独自の特別な最善の条件を有する。上述したよ うに、これら４つの反応段階が起こる区域は、以下の化学量的量が０．５と０． ７の間である初期燃焼区域、化学量的量が０．７と０．９の間である仮再燃焼／ 脱ＮＯｘ区域、化学量的量が０．９と１．０２の間である反応窒素消耗区域、及 び化学量的量が少なくとも１．０７である最終／燃焼完了区域である。最後に、 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２の構成の本質に合う多段分離オーバファイ ア空気は、分離オーバファイア空気コンパートメント、たとえば低レベルの分離 オーバファイア空気手段１０４の分離オーバファイア空気コンパートメント１０ ８，１１０及び１１２と高レベルの分離オーバファイア空気手段１０６の分離オ ーバファイア空気コンパートメント１１４，１１６及び１１８を通って粉末化固 体燃料燃焼炉１０へ、２つ又はそれ以上の分離したレベルで 噴射されるように設計されている。これらのレベルは、滞留時間が０．３秒を越 えるように、主風箱２０の頂部と粉末化固体燃料燃焼炉１０の炉出口面１０２と の間に配置されている。すなわち、この時間は、主風箱２０の頂部から、図面の 図１及び図２に描かれた統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２の実施例では高レ ベルの分離オーバファイア空気手段１０６の分離オーバファイア空気コンパート メント１１８と一致する。 ３つの種類の粉末化固体燃料（以後Ａ，Ｂ，Ｃと称する）は米国東部産の粉末 化固体燃料を代表するものとして選択され、本発明に従って構成された統合低Ｎ Ｏｘぐう角燃焼システム12の改良に役立つものである。これら３種類の粉末化固 体燃料の分析を下記に示す。 粉末化固体燃料の種類 Ａ Ｂ Ｃ HHV（Btu/lb） 13,060 13,137 12,374 FC/VM 2.2 1.6 1.2 湿気（wt%） 4.2 5.1 7.0 Ｎ（wt%） 1.1 1.3 0.9 Ｓ（wt%） 0.8 1.3 3.6 灰（wt%） 9.7 8.4 8.0 米国東部産の粉末化固体燃料は、特に低ＮＯｘ排出及びフライアッシュ中に含 まれる低未燃炭素の両方を同時に求めようとする時に、概して段階燃焼によって 少なく処理できるという理由によって選択された。テストされる粉末化固体燃料 のＡＳＴＭ分類は、粉末化固体燃料Ａは中位揮発性歴青炭及びＢ、Ｃについては 共に高揮発性歴青炭である。 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２の改良に使用された実験設備は、典型的 な粉末化固体燃料のぐう角燃焼炉の主だったすべての点（下方炉、灰ホッパ、マ ルチバーナー、アーチセクション、過熱器及び／又は再熱器パネル、及び対流熱 交換表面を含む）を本質的に複製している。上述した実験設備は従来、実際の粉 末化固体燃料のぐう角燃焼炉から得られた測定に一致するＮＯｘ排出レベルを生 じる能力を示していた。この点に関して限定しない例として図８を参照すると、 図８は、実際の粉末化固体燃料のぐう角燃焼炉及び、粉末化固体燃料のぐう角燃 焼炉の具体化に適した従来型の低ＮＯｘ燃焼システムの上述したような実験設備 を使用した１つの実験室テストから得られた２つのフィールドテストにおけるＮ Ｏｘ排出レベルの比較をグラフで表している。かかるフィールドテストは図８に おいてそれぞれ符号１２５及び１２６で表され、一方実験室テストは図８におい て符号１２８で表される。 次に図９について述べる。図９は粉末化固体燃料の燃焼炉の具体化に適した種 々の従来型の低ＮＯｘ燃料システムと、本発明による統合低ＮＯｘぐう角燃焼シ ステム１２から得られたＮＯｘ排出レベルの比較をグ ラフで表している。これら従来例による低ＮＯｘ燃料システムにより達成される ＮＯｘ排出レベルは図９において符号１３０、１３２及び１３４で表される。一 方、本発明の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２によって達成されるＮＯｘ排 出レベルは図９において符号１３６で表される。限定されない例として図９から 、図９において符号１３４で表されるＮＯｘ排出レベルを示す従来型の低ＮＯｘ 燃焼システムによって達成されたＮＯｘ排出の減少量が、図９において符号１３ ０で表されるＮＯｘ排出レベルを生ずる従来型の低ＮＯｘ燃焼システムによって 達成されたものより約５０％少ないことがわかるであろう。さらに、本発明によ る統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２によって達成されたものは、図９におい て符号１３０で表されるＮＯｘ排出レベルを示す従来型のＮＯｘ燃焼システムに よって達成されたものに比例していっそうさらなる改善を表している。すなわち 、図９の符号１３６に見られるように、統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２に よってＮＯｘの排出を、図９の１３０で描かれるＮＯｘ排出レベルを示す従来型 の低ＮＯｘ燃焼システムにより達成されるものより約８０％以上減少させること ができる。この目的のため、米国東部産の粉末化固体燃料Ａを燃焼させた時、実 験室テストにおいて本発明による統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２によって ＮＯｘ排出を０．１４ ｌｂ／１０⁶ＢＴＵまで低減す ることができた。 粉末化固体燃料の燃焼によるＮＯｘ排出は燃焼の初期の段階において酸素の利 用により強く影響される。ぐう角燃焼プロセスの早い包括的な段階における酸素 の有効利用は、「主バーナー区域の化学量論量」パラメータ（燃料導入区域によ って理論上限定された下方炉の範囲における完全な燃料の酸化のために必要とさ れる有効酸素の比率）により特徴づけられる。図１０は、主バーナー区域化学量 論量が最適レベルまで減少するので、図１０において符号１３８で表されるライ ンで描かれたＮＯｘの排出量が０．１４ ｌｂ／１０⁶ ＢＴＵまで劇的に減少す ることを示す。図１０はまた、図１０において符号１４０で表されるラインで描 かれた未燃炭素の排出量が、減少した化学量論量に合わせて増加する（しかし、 フライアッシュ中に含まれる炭素は５％以下の範囲内である）こと示す。図１０ からわかるように、最適値以下の主バーナー区域化学量論レベルにおけるさらな る減少は未燃炭素及びＮＯｘの排出の両方の増加を招く。 図１１は、低化学量論レベルにおいて仕切炉段階のみでは低ＮＯｘ排出は達成 されないことを示している。図１１において、米国東部産の粉末化固体燃料Ａを 燃焼させてテストを行った間低ＮＯｘ燃焼システムの３つの相違する構成から得 られた、それぞれ参照符号１４２、１４４及び１４６で表されるラインで描かれ た ＮＯｘ排出量の結果は、主バーナー区域の化学量論量の機能として示される。一 方、ＮＯｘ排出がこのパラメーターの影響をはっきりと受けているすべての場合 、絶対的ＮＯｘ排出レベル、殊に最低レベルは、著しく相違する。本発明による 統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２によって達成されるＮＯｘ排出減少の点か ら減少は全燃焼システムの最適な統合により達成することができるのであって、 低化学量論レベルでの仕切炉段階での使用では達成できない。 図１２ａは、粉末化固体燃料の微粉度が、米国東部産の粉末化固体燃料Ａを、 それぞれ参照符号１４８と称する構成Ａ、参照符号１５０と称する構成Ｂ、参照 符号１５２と称する構成Ｃとして表される３つの相違する構成の低ＮＯｘ燃焼シ ステムで燃焼させた時生ずるフライアッシュ中に含まれる炭素の量に与える影響 を示す。一方、図１２ｂは、粉末化固体燃料の微粉度が、米国東部産の粉末化固 体燃料Ａを、それぞれ構成Ａで表される低ＮＯｘ燃焼システム、構成Ｂで表され る低ＮＯｘ燃焼システム及び構成Ｃで表される低ＮＯｘ燃焼システムで燃焼させ た時のＮＯｘ排出に与える影響を示す。この目的のため、図１２ｂに示される結 果が得られた。構成Ａで表される低ＮＯｘ燃焼システムで、標準の微粉度をもつ 米国東部産の粉末化固体燃料Ａを燃焼させた時、図１２ｂの１５４で示す結果を 、さらに、最小の（５０メッシュのふるいで０％、１００ メッシュのふるいで１．５％及び２００メッシュのふるいで８５％以上である） 微粉度をもつ米国東部産の粉末化固体燃料Ａを燃焼させた時、図１２ｂの参照符 号１５６で示す結果を得た。次に構成Ｂで表される低ＮＯｘ燃焼システムで、標 準の微粉度をもつ米国東部産の粉末化固体燃料Ａを燃焼させた時、図１２ｂの参 照符号１５８で示す結果を、さらに、最小の（５０メッシュのふるいで０％、１ ００メッシュのふるいで１．５％及び２００メッシュのふるいで８５％以上であ る）微粉度をもつ米国東部産の粉末化固体燃料Ａを燃焼させた時、図１２ｂの参 照符号１６０で示す結果を得た。そして、構成Ｃで表される低ＮＯｘ燃焼システ ムで、標準の微粉度をもつ米国東部産の粉末化固体燃料Ａを燃焼させた時、図１ ２ｂの参照符号１６２で示す結果を、さらに、最小の（５０メッシュのふるいで ０％、１００メッシュのふるいで１．５％及び２００メッシュのふるいで８５％ 以上である）微粉度をもつ米国東部産の粉末化固体燃料Ａを燃焼させた時、図１ ２ｂの参照符号１６４で示す結果を得た。図１２ａで示された未燃炭素に与える 影響は予測されるが、図１２ｂで示されたＮＯｘ排出量の減少は公知ではない。 ここで注目すべきことは、構成Ａで表される低ＮＯｘ燃焼システムも、構成Ｂで 表される低ＮＯｘ燃焼システムも、また構成Ｃで表される低ＮＯｘ燃焼システム も本発明による統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２の構成を 具体化していないという事実である。 図１３ａには、本発明による統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２で、米国東 部産の粉末化固体燃料Ａを実験室内で燃焼させたテストから得られたＣＯの量を １６６で、米国東部産の粉末化固体燃料Ｂを燃焼させた場合のＣＯの量を参照符 号１６８で、米国東部産の粉末化固体燃料Ｃを燃焼させた場合のＣＯの量を参照 符号１７０で、それぞれ示してある。 図１３ｂには、本発明による統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２で、米国東 部産の粉末化固体燃料Ａを実験室内で燃焼させたテストから得られたフライアッ シュ中に含まれる炭素の量を参照符号１７２で、米国東部産の粉末化固体燃料Ｂ を燃焼させた場合の量を参照符号１７４で、米国東部産の粉末化固体燃料Ｃを燃 焼させた場合の量を参照符号１７６で示してある。 図１３ｃには、本発明による統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム１２で、米国東 部産の粉末化固体燃料Ａを実験室内で燃焼させたテストから得られたＮＯｘ排出 の量を参照符号１７８で、米国東部産の粉末化固体燃料Ｂを燃焼させた場合の量 を参照符号１８０で、米国東部産の粉末化固体燃料Ｃを燃焼させた場合の量を参 照符号１８２で示してある。 次に、図１４及び１５を参照すると、図１４は、参照符号１０′で総括的に表 される粉末化固体燃料燃焼炉の縦断面を概略的に表したもので、本発明による統 合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを具体化して、図１４において矢印１８４及び１ ８６で表されるように、０．６以上の渦の数が使用された時主風箱を通る粉末化 固体燃料燃焼炉１０′内への粉末化固体燃料及び空気流入流れ方向を描いている 。 図１５は、図１４の粉末化固体燃料燃焼炉１０′の平面図を概略的に表したも ので、本発明による統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムを具体化して、０．６以上 の渦の数を生じさせるために粉末化固体燃料及び空気を主風箱を通って粉末化固 体燃料燃焼炉内へ噴射させる角度を、図１５において矢印１８８で表されるよう に、描いている。 図１４及び１５についてさらに述べると、粉末化固体燃料燃焼炉（例えば、図 １の粉末化固体燃料燃焼炉１０）の下方炉の空気力学の修正によってＮＯｘ／フ ライアッシュ中に含まれる炭素の排出量を減少できることがわかる。従来の方法 は、「渦を巻いているぐう角」火球で粉末化固体燃料燃焼炉の下方炉を作動させ ることである。この火球は、粉末化固体燃料燃焼炉の４隅各々に（火球発生のた めに提供され）据え付けられたノズルを通って粉末化固体燃料及び燃焼支持用空 気の導入より発生する。粉末化固体燃料及び燃焼支持用空気のノズルは回転しな がら、すなわち、噴射された粉末化固体燃料及び燃焼支持用空気の燃焼により発 生したガスに向かって粉末化固体燃料燃焼炉の中心に ある想像上の燃焼円の周囲を渦を巻いて動きながら、一直線になる。 上述のように提案した修正に従って、渦を巻く機能を発生させる目的のために 使用されたアプローチは修正される。この修正の特質を述べる前置きとして、ま ず“渦の数”として知られる用語について述べるのが望ましいであろう。この目 的のため、渦の数とは、渦を巻く空気力学上の流れ範囲を言い表す無次元の数を 表す用語である。さらに具体的に述べると、渦の数とは、渦の半径項について直 線運動量の軸線束で角運動量の軸線束を割った比率と定義される。定義によれば 、流れ範囲の角運動量における増加は渦の数を増加させる。すなわち、さらに強 く渦を巻く流れ範囲を作り出す。従来法によれば、粉末化固体燃料燃焼炉は一般 に渦の数が約０．４〜０．６であるように設計されている。これは、粉末化固体 燃料及び燃焼支持用空気を、角度６度で粉末化固体燃料燃焼炉の中心を通って水 平に通る対角線に向かって粉末化固体燃料燃焼炉内へ噴射することによって達成 される。約０．４〜０．６の渦の数は、一般に「弱い渦」の流れ範囲と呼ばれる ものを生じさせ、粉末化固体燃料及び燃焼支持用空気間の激しい混合の割合を低 くし、仕切下方炉の空気力学が大きく積極的に上向きに粉末化固体燃料燃焼炉を 通って燃焼ガスの移動を有利にする。 粉末化固体燃料及び燃焼支持用空気の、角度６度で 粉末化固体燃料燃焼炉の中心を通って水平に通る対角線に向かって粉末化固体燃 料燃焼炉内への噴射の調整によって、０．６以上の渦の数で下方炉を作動させる ことができる。例えば、この点で角度を１５度にすることによって、すなわち図 １５の矢印１８８で描かれた範囲内の角度で、数値３．７７まで渦の数を生じさ せることができる。この目的のため、図１４に関して最もよく理解されるように 、渦の数がこのレベルまで増加した時、もっと一般的には渦の数が０．６以上増 加した時、負圧勾配が渦を巻いている火球すなわち巻の中心に確立され、図１４ において矢印１８６で概略的に表されるように、巻中心で逆方向すなわち下方の 流れを生じさせる。生起された「火球」の中心での下方の流れは、粉末化固体燃 料炉の下方炉における粉末化固体燃料の滞留時間を劇的に増加させる結果となる 。燃料化学量論環境として定める最適酸素有用性と連合するこの増加した燃料滞 留時間及び最適範囲内の温度は、ＮＯｘ排出を最小限にする最適環境を生起する 一方、増加した燃料滞留時間はまたフライアッシュ中に含まれる炭素の灰の増加 をも最小限にして、燃焼効率を改善する。 図１６は、符号１０″で表される粉末化固体燃料燃焼炉の縦断面を概略的に表 したもので、本発明による統合低ＮＯｘぐう角燃焼炉を具体化し、ホッパ灰の減 少及び炭素転化の増加を達成するために、参照符号１ ９０で表した矢印で表される下方の粉末化固体燃料ノズルの傾斜、及び参照符号 １９２で表した矢印で表される下方の空気ノズルの傾斜を描いている。 低ＮＯｘ燃焼システム設計の周知の特徴は、粉末化固体燃料燃焼炉のバーナー 区域のサブ化学量論操作である。この低化学量論量は、粉末化固体燃料燃焼炉の バーナー区域に噴射される燃焼維持空気の量を減らすことによって得られる。得 られた局部的な軸方向流速の減少は、粉末化固体燃料を落下させることに寄与す る。しかしながら、図１６において参照符号１９０で示すように下方の粉末化固 体燃料ノズルだけが上方へ傾斜するとともい、図１６において参照符号１９２で 示すように下方の空気ノズルが下方へ傾斜するのに対し、他のすべての粉末化固 体燃料ノズル及び燃焼支持用空気ノズルが不変のままであることにより、その作 用は、粉末化固体燃料が逆に速い軸方向流速の区域へ再び指向される結果として ホッパに入る粉末化固体燃料の量を減少させると同時に、ホッパ内へ落ちる粉末 化固体燃料の燃焼を確保するためにホッパ内の酸素の量を増加させるのである。 このように、本発明によると、粉末化固体燃料燃焼炉で用いるのに特に適した 新規かつ改良したぐう角燃焼システムが提供されている。その上、本発明による と、その使用により、粉末化固体燃料燃焼炉からのＮＯｘ排出量が、選択接触還 元（ＳＣＲ）あるいは選択 非接触還元（ＳＮＣＲ）なしで、循環流動床（ＣＦＢ）及び統合ガス化複合サイ クル（ＩＧＣＣ）のような粉末化固体燃料ベースの代替発電技術に一致するレベ ルに制御できることを特徴とした、粉末化固体燃料燃焼炉のための新規かつ改良 したぐう角燃焼システムが提供されている。また、本発明によると、その使用に より、粉末化固体燃料燃焼炉からのＮＯｘ排出量が０．１５ ｌｂ／１０⁶ Ｂ ＴＵ以下に制限できると同時に、フライアッシュ中に含まれる炭素量を５％以下 に、またＣＯ排出量を５０ｐｐｍ以下に制限することを特徴とした、粉末化固体 燃料燃焼炉のための新規かつ改良したぐう角燃焼システムが提供されている。さ らに、本発明によると、その使用により、粉末化固体燃料燃焼炉からのＮＯｘ排 出量が０．１５ ｌｂ ／１０⁶ ＢＴＵ以下に制限できると同時に、中位揮発 性歴青炭から亜炭までの広い範囲の固体燃料が粉末化固体燃料燃焼炉で燃焼され ることを特徴とした、粉末化固体燃料燃焼炉のための新規かつ改良したぐう角燃 焼システムが提供されている。また、本発明によると、その要素として含まれる ものが固体燃料粉末化及び分級であることを特徴とした、粉末化固体燃料燃焼炉 のための新規かつ改良したぐう角燃焼システムが提供されている。さらに、本発 明によると、その要素として含まれるものが粉末化固体燃料ノズル先端近くでの 粉末化固体燃料導入及び燃焼出あることを特徴とした、粉末化 固体燃料燃焼炉のための新規且つ改良したぐう角燃焼システムが提供されている 。これに加え、本発明によると、その要素として含まれるものが下方炉燃焼であ ることを特徴とした、粉末化固体燃料燃焼炉のための新規かつ改良したぐう角燃 焼システムが提供されている。さらに、本発明によると、その要素として含まれ るものが上方炉燃焼であることを特徴とした、粉末化固体燃料燃焼炉のための新 規かつ改良したぐう角燃焼システムが提供されている。その上、本発明によると 、微細固体燃料粉末化が進化した粉末化固体燃料導入アセンブリ及び多重空気噴 射レベルを使用する炉内空気ステージングと連合することを特徴とした、粉末化 固体燃料燃焼炉のための新規かつ改良したぐう角燃焼システムが提供されており 、これにより新規且つ改良したぐう角燃焼システムが粉末化固体燃料燃焼炉のた めの新規かつ改良した統合ぐう角燃焼システムを構成する。終りから２番目とし て、本発明によると、新規の適用あるいは改装への適用に同じように適すること を特徴とした、粉末化固体燃料燃焼炉のための新規かつ改良したぐう角燃焼シス テムが提供されている。最後に、本発明によると、設置が容易で操作が比較的簡 単であり、しかも比較的安価に提供されることを特徴とした、粉末化固体燃料燃 焼炉のための新規かつ改良したぐう角燃焼システムが提供されている。 我々の発明の幾つかの実施例が示されているが、或 るものについては上述してある変更が当業者によって容易になし得る。従って、 我々は従属クレームにより上述した変更及び我々の発明の精神及び範囲内にある 他のすべての変更を保護することとする。

【手続補正書】 【提出日】１９９５年２月１０日 【補正内容】 請求の範囲を別紙のとおり訂正します（請求項２５の請求項番号「２５」を加入 したものです）。 請求の範囲 １ 異なった化学量論量の多数の燃焼区域を含むバーナ領域を包含する複数の壁 を有する粉末化固体燃料燃焼炉用の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、 （ａ）所定の細かさの粉末化固体燃料を供給する粉末化固体燃料供給手段と、 （ｂ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内に装架された風箱と、 （ｃ）この風箱内に装架された複数の粉末化固体燃料コンパートメントと、 （ｄ）これら複数の粉末化固体燃料コンパートメントのそれぞれの内部に装架 関係で支持されていると共に、それぞれ所定の細かさの粉末化固体燃料を受ける ために前記粉末化固体燃料供給手段に接続され、前記粉末化固体燃料供給手段か ら受け取った所定の細かさの粉末化固体燃料をここを通って前記粉末化固体燃料 燃焼炉のバーナ領域内へ噴射して、これにより所定の細かさの噴射された粉末化 固体燃料の着火点を前記火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップから２フィート以 内の距離に配するようにする火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップと、 （ｅ）前記風箱内に装架され、ここを通って前記粉末化固体燃料燃焼炉のバー ナ領域内へ充分な量の燃焼支持用空気を噴射するように作用して、前記粉末化固 体燃料燃焼炉のバーナ領域の第１の燃焼区域中の化学 量論量が０．４ないし０．７５の間であるようにする複数の燃焼支持用空気コン パートメントと、 （ｆ）前記風箱内に装架され、ここを通って前記粉末化固体燃料燃焼炉のバー ナ領域内に噴射されるように作用して、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域 の第２の燃焼区域内で化学量論量が０．７ないし０．９の間であるようにする少 なくともひとつの密結合オーバファイア空気コンパートメントと、 （ｇ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内で前記風箱と間隔を置いた関 係で配設され、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内に充分な量の分離オー バファイア空気を噴射して、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域の第３の燃 焼区域に０．９ないし１．０２の間の化学量論量を確立するようにする低レベル の分離オーバファイア空気手段と、 （ｈ）この低レベルの分離オーバファイア空気手段と前記風箱との両方に対し て間隔を置いた関係で配設され、噴射された粉末化固体燃料の燃焼から発生した ガスが前記風箱の頂部から高レベルの分離オーバファイア空気手段へ移行するに 要する時間が０．３秒を越えるように作用すると共に、粉末化固体燃料燃焼炉の バーナ領域の第４の燃焼区域内で化学量論量が１．０７を越えるように分離オー バファイア空気の充分な量を前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内に噴射す るように作用する高レベルの分離オーバファイア空気 手段とを包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ２ 請求項１記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記粉末化固体 燃料供給手段が、固体燃料を前記所定の細かさに粉砕する粉砕機と、それぞれ一 端部をこの粉砕機にまた他端部を前記複数の粉末化固体燃料コンパートメントの ひとつに接続され、前記粉砕機からの前記所定の細かさの粉末化固体燃料を前記 複数の粉末化固体燃料コンパートメントの前記ひとつに輸送する複数の粉末化固 体燃料ダクトとを包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ３ 請求項２記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記所定の細か さが、５０メッシュのふるいで大略０％、１００メッシュのふるいで１．５％、 ２００メッシュのふるいで８５％以上の通過率の最小細かさレベルであることを 特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ４ 請求項１記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記火炎付着粉 末化固体燃料ノズルチップが、対向する端部が開放端部である矩形状の箱と、こ の矩形状の箱とわずかに間隔を置いた関係でこの矩形状の箱に対して取り囲むよ うに配設した通路と、前記火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップの軸線及びその 出口面の中心を中心として対称的に配設されるように前記矩形状の箱内に装架関 係で支持された多数の棒状 部材と、前記矩形状の箱内に装架関係で支持されている共に、前記火炎付着粉末 化固体燃料ノズルチップの出口面の頂部及び底部に配設された複数のせん断棒と 、前記多数の棒状の部材を前記複数のせん断棒に相互連結する複数の相互連結部 材とを包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ５ 請求項１記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記複数の燃焼 支持用空気コンパートメントが、互いに間隔を置いて前記風箱の対向端部に配設 された１対の端部空気コンパートメントを包含することを特徴とする統合低ＮＯ ｘぐう角燃焼システム。 ６ 請求項５記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記第１の燃焼 区域が、前記１対の端部空気コンパートメント間に横たわるバーナ領域の部分を 包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ７ 請求項５記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記複数の燃焼 支持用空気コンパートメントが、互いに間隔を置いた関係で前記１対の端部空気 コンパートメントの中間に配設された複数の直通空気コンパートメントを包含す ることを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ８ 請求項７記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記複数の燃焼 支持用空気コンパートメントが、互いに間隔を置いた関係で前記１対の端部空気 コンパートメントの中間に配設した複数のオフセット空気コンパートメントを包 含し、これら複数のオフセット空気コンパートメントが、ここを通って噴射され た燃焼支持用空気を水平方向にオフセットするように作用し、噴射した粉末化固 体燃料の燃焼の初期段階中にこの噴射した粉末化固体燃料により少ない燃焼支持 用空気が与えらえるようにしたことを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システ ム。 ９ 請求項５記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、１対の密結合オ ーバファイア空気コンパートメントが、前記１対の端部空気コンパートメントの ひとつに対し並置関係で配設されていることを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃 焼システム。 10 請求項９記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記低レベルの 分離オーバファイア空気手段が、互いに上下に配設された３つの分離オーバファ イア空気コンパートメントを包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼 システム。 11 請求項９記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記第２の燃焼 区域が、前記１対の密結合オーバファイア空気コンパートメントの最上部のひと つと前記低レベルの分離オーバファイア空気手段の前記３つの分離オーバファイ ア空気コンパートメントとの間に横たわるバーナ領域の部分を包含することを特 徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 12 請求項１０記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記高レベル の分離オーバファイア空気手段が、互いに上下に配設された３つの分離オーバフ ァイア空気コンパートメントを包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃 焼システム。 13 請求項１０記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記第３の燃 焼区域が、前記低レベルの分離オーバファイア空気手段の３つの分離オーバファ イア空気コンパートメントの最上部のものと前記高いレベルの分離オーバファイ ア空気手段の３つの分離オーバファイア空気コンパートメントとの間に横たわる バーナ領域の部分を包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム 。 14 請求項１４記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記第４の燃 焼区域が、前記高レベルの分離オーバファイア空気手段の３つの分離オーバファ イア空気コンパートメントの最上部のひとつの上方に横たわるバーナ領域の部分 を包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 15 請求項１記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記火炎付着粉 末化固体燃料ノズルチップを通しての前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射された粉末化固体燃料及び前記複数の燃焼支持用空気コンパートメントを 通しての前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ噴射された燃焼支持用空気 が、それぞれ前記粉末化固体燃料燃焼炉の中心を通る対角線に角度をなして噴射 され、これにより前記粉末化固体燃料燃焼炉内で０．６より大きい旋回数を生じ させるようにしたことを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 16 異なった化学量論量の複数の燃焼区域を含むバーナ領域を形成した複数の壁 を有する粉末化固体燃料燃焼炉を運転する方法において、 （ａ）所定の細かさの粉末化固体燃料を供給し、 （ｂ）火炎付着ノズルチップを介して前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域 内に前記所定の細かさの粉末化固体燃料を噴射して、噴射された粉末化固体燃料 の着火点を前記火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップから２フィート以下の距離 に位置させ、 （ｃ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ燃焼支持用空気を、前記粉 末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域の第１の燃焼区域において化学量論量が０．５ ないし０．７の間となるに充分な量で噴射し、 （ｄ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ密結合オーバファイア空気 を、化学量論量が前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域の第２の燃焼区域内で ０．７ないし０．９の間となるに充分な量で噴射し、 （ｅ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ低レベルの分離オーバファ イア空気を、化学量論量が前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域の第３の燃焼 区域内で０．９と１．０２との間であるに充分な量で噴射し、 （ｆ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ高レベルの分離オーバファ イア空気を、化学量論量が前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域の第４の燃焼 区域内において１．０７を越える充分な量で噴射することを特徴とする粉末化固 体燃料燃焼炉の運転方法。 17 請求項１７記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉内への高レベル 分離オーバファイア空気噴射点が、前記粉末化固体燃料燃焼炉への密結合オーバ ファイア空気の噴射点から、前記噴射された粉末化固体燃料の燃焼により発生す るガスがその間を０．３秒を越える時間をかけるに充分な間隔を置かせたことを 特徴とする方法。 18 請求項１６記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射させた粉末化固体燃料が、５０メッシュのふるいで大略０％、１００メッ シュのふるいで１．５％、２００メッシュのふるいで８５％以上の通過率の最小 細かさを有することを特徴とする方法。 19 請求項１６記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射する燃焼支持用空気の一部を端部空気として噴射することを特徴とする方 法。 20 請求項１９記載の方法において、前記粉末化固体 燃料燃焼炉のバーナ領域内へ噴射する燃焼支持用空気の一部を直通空気として噴 射させることを特徴とする方法。 21 請求項２０記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射される燃焼支持用空気の一部を水平方向にオフセットした空気として噴射 し、燃焼の初期段階中に、噴射された粉末化固体燃料に、少ない燃焼支持用空気 が与えられるようにすることを特徴とする方法。 22 請求項１６記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 に噴射された粉末化固体燃料及び前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ噴 射された燃焼支持用空気が、それぞれ前記粉末化固体燃料燃焼炉の中心を通る対 角線に対して角度で噴射され、この結果、前記粉末化固体燃料燃焼炉内で０．６ よりも大きい旋回数を生ずるようにすることを特徴とする方法。 23 請求項１６記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射された粉末化固体燃料の少なくとも一部が上向きに噴射されることを特徴 とする方法。 24 請求項１６記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射される燃焼支持用空気の少なくとも一部が下向きに噴射されることを特徴 とする方法。 25 粉末化固体燃料燃焼炉の低ＮＯｘぐう角燃焼システム用の火炎付着粉末化固 体燃料ノズルチップにおいて、 （ａ）反対側端部に配設した開放端部を有する矩形状の箱と、 （ｂ）この矩形状の箱内に装架関係で支持されている共に、前記火炎付着粉末 化固体燃料ノズルチップの出口面の中心と軸線とを中心として対称的に配設され た多数の棒状の部材と、 （ｃ）前記矩形状の箱内に装架関係で支持されている共に、前記火炎付着粉末 化固体燃料ノズルチップの出口面の頂部と底部に配設された複数のせん断棒と、 （ｄ）前記多数の棒状の部材を前記複数のせん断棒に相互連結する複数の相互 連結部材と を包含することを特徴とする火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＦＩ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 タウル デービッド ピー アメリカ合衆国 コネチカット 06070 シムズバリー メドウブルック ロード ６ (72)発明者 ゼニングス パトリック エル アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01034 グランビル メイン ロード（番 地なし) (72)発明者 ラフレッシュ リチャード シー アメリカ合衆国 コネチカット 06078 サフィールド ヒル ストリート 1678 (72)発明者 アンダーソン デービッド ケー アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01028 イースト ロングメドウ メープ ルシェード アベニュー 25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 異なった化学量論量の多数の燃焼区域を含むバーナ領域を包含する複数の壁 を有する粉末化固体燃料燃焼炉用の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、 （ａ）所定の細かさの粉末化固体燃料を供給する粉末化固体燃料供給手段と、 （ｂ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内に装架された風箱と、 （ｃ）この風箱内に装架された複数の粉末化固体燃料コンパートメントと、 （ｄ）これら複数の粉末化固体燃料コンパートメントのそれぞれの内部に装架 関係で支持されていると共に、それぞれ所定の細かさの粉末化固体燃料を受ける ために前記粉末化固体燃料供給手段に接続され、前記粉末化固体燃料供給手段か ら受け取った所定の細かさの粉末化固体燃料をここを通って前記粉末化固体燃料 燃焼炉のバーナ領域内へ噴射して、これにより所定の細かさの噴射された粉末化 固体燃料の着火点を前記火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップから２フィート以 内の距離に配するようにする火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップと、 （ｅ）前記風箱内に装架され、ここを通って前記粉末化固体燃料燃焼炉のバー ナ領域内へ充分な量の燃焼支持用空気を噴射するように作用して、前記粉末化固 体燃料燃焼炉のバーナ領域の第１の燃焼区域中の化学 量論量が０．４ないし０．７５の間であるようにする複数の燃焼支持用空気コン パートメントと、 （ｆ）前記風箱内に装架され、ここを通って前記粉末化固体燃料燃焼炉のバー ナ領域内に噴射されるように作用して、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域 の第２の燃焼区域内で化学量論量が０．７ないし０．９の間であるようにする少 なくともひとつの密結合オーバファイア空気コンパートメントと、 （ｇ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内で前記風箱と間隔を置いた関 係で配設され、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内に充分な量の分離オー バファイア空気を噴射して、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域の第３の燃 焼区域に０．９ないし１．０２の間の化学量論量を確立するようにする低レベル の分離オーバファイア空気手段と、 （ｈ）この低レベルの分離オーバファイア空気手段と前記風箱との両方に対し て間隔を置いた関係で配設され、噴射された粉末化固体燃料の燃焼から発生した ガスが前記風箱の頂部から高レベルの分離オーバファイア空気手段へ移行するに 要する時間が０．３秒を越えるように作用すると共に、粉末化固体燃料燃焼炉の バーナ領域の第４の燃焼区域内で化学量論量が１．０７を越えるように分離オー バファイア空気の充分な量を前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内に噴射す るように作用する高レベルの分離オーバファイア空気 手段とを包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ２ 請求項１記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記粉末化固体 燃料供給手段が、固体燃料を前記所定の細かさに粉砕する粉砕機と、それぞれ一 端部をこの粉砕機にまた他端部を前記複数の粉末化固体燃料コンパートメントの ひとつに接続され、前記粉砕機からの前記所定の細かさの粉末化固体燃料を前記 複数の粉末化固体燃料コンパートメントの前記ひとつに輸送する複数の粉末化固 体燃料ダクトとを包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ３ 請求項２記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記所定の細か さが、５０メッシュのふるいで大略０％、１００メッシュのふるいで１．５％、 ２００メッシュのふるいで８５％以上の通過率の最小細かさレベルであることを 特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ４ 請求項１記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記火炎付着粉 末化固体燃料ノズルチップが、対向する端部が開放端部である矩形状の箱と、こ の矩形状の箱とわずかに間隔を置いた関係でこの矩形状の箱に対して取り囲むよ うに配設した通路と、前記火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップの軸線及びその 出口面の中心を中心として対称的に配設されるように前記矩形状の箱内に装架関 係で支持された多数の棒状 部材と、前記矩形状の箱内に装架関係で支持されている共に、前記火炎付着粉末 化固体燃料ノズルチップの出口面の頂部及び底部に配設された複数のせん断棒と 前記多数の棒状の部材を前記複数のせん断棒に相互連結する複数の相互連結部材 とを包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ５ 請求項１記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記複数の燃焼 支持用空気コンパートメントが、互いに間隔を置いて前記風箱の対向端部に配設 された１対の端部空気コンパートメントを包含することを特徴とする統合低ＮＯ ｘぐう角燃焼システム。 ６ 請求項５記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記第１の燃焼 区域が、前記１対の端部空気コンパートメント間に横たわるバーナ領域の部分を 包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ７ 請求項５記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記複数の燃焼 支持用空気コンパートメントが、互いに間隔を置いた関係で前記１対の端部空気 コンパートメントの中間に配設された複数の直通空気コンパートメントを包含す ることを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 ８ 請求項７記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記複数の燃焼 支持用空気コンパートメントが、互いに間隔を置いた関係で前記１対の端部空気 コンパートメントの中間に配設した複数のオフセット空気コンパートメントを包 含し、これら複数のオフセット空気コンパートメントが、ここを通って噴射され た燃焼支持用空気を水平方向にオフセットするように作用し、噴射した粉末化固 体燃料の燃焼の初期段階中にこの噴射した粉末化固体燃料により少ない燃焼支持 用空気が与えらえるようにしたことを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システ ム。 ９ 請求項５記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、１対の密結合オ ーバファイア空気コンパートメントが、前記１対の端部空気コンパートメントの ひとつに対し並置関係で配設されていることを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃 焼システム。 10 請求項９記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記低レベルの 分離オーバファイア空気手段が、互いに上下に配設された３つの分離オーバファ イア空気コンパートメントを包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼 システム。 11 請求項９記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記第２の燃焼 区域が、前記１対の密結合オーバファイア空気コンパートメントの最上部のひと つと前記低レベルの分離オーバファイア空気手段の前記３つの分離オーバファイ ア空気コンパートメントとの間に横たわるバーナ領域の部分を包含することを特 徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 12 請求項１０記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記高レベル の分離オーバファイア空気手段が、互いに上下に配設された３つの分離オーバフ ァイア空気コンパートメントを包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃 焼システム。 13 請求項１０記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記第３の燃 焼区域が、前記低レベルの分離オーバファイア空気手段の３つの分離オーバファ イア空気コンパートメントの最上部のものと前記高いレベルの分離オーバファイ ア空気手段の３つの分離オーバファイア空気コンパートメントとの間に横たわる バーナ領域の部分を包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム 。 14 請求項１４記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記第４の燃 焼区域が、前記高レベルの分離オーバファイア空気手段の３つの分離オーバファ イア空気コンパートメントの最上部のひとつの上方に横たわるバーナ領域の部分 を包含することを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 15 請求項１記載の統合低ＮＯｘぐう角燃焼システムにおいて、前記火炎付着粉 末化固体燃料ノズルチップを通しての前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射された粉末化固体燃料及び前記複数の燃焼支持用空気コンパートメントを 通しての前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ噴射された燃焼支持用空気 が、それぞれ前記粉末化固体燃料燃焼炉の中心を通る対角線に角度をなして噴射 され、これにより前記粉末化固体燃料燃焼炉内で０．６より大きい旋回数を生じ させるようにしたことを特徴とする統合低ＮＯｘぐう角燃焼システム。 16 異なった化学量論量の複数の燃焼区域を含むバーナ領域を形成した複数の壁 を有する粉末化固体燃料燃焼炉を運転する方法において、 （ａ）所定の細かさの粉末化固体燃料を供給し、 （ｂ）火炎付着ノズルチップを介して前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域 内に前記所定の細かさの粉末化固体燃料を噴射して、噴射された粉末化固体燃料 の着火点を前記火炎付着粉末化固体燃料ノズルチッブから２フィート以下の距離 に位置させ、 （ｃ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ燃焼支持用空気を、前記粉 末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域の第１の燃焼区域において化学量論量が０．５ ないし０．７の間となるに充分な量で噴射し、 （ｄ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ密結合オーバファイア空気 を、化学量論量が前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域の第２の燃焼区域内で ０．７ないし０．９の間となるに充分な量で噴射し、 （ｅ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ低レベルの分離オーバファ イア空気を、化学量論量が前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域の第３の燃焼 区域内で０．９と１．０２との間であるに充分な量で噴射し、 （ｆ）前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ高レベルの分離オーバファ イア空気を、化学量論量が前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域の第４の燃焼 区域内において１．０７を越える充分な量で噴射することを特徴とする粉末化固 体燃料燃焼炉の運転方法。 17 請求項１７記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉内への高レベル 分離オーバファイア空気噴射点が、前記粉末化固体燃料燃焼炉への密結合オーバ ファイア空気の噴射点から、前記噴射された粉末化固体燃料の燃焼により発生す るガスがその間を０．３秒を越える時間をかけるに充分な間隔を置かせたことを 特徴とする方法。 18 請求項１６記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射させた粉末化固体燃料が、５０メッシュのふるいで大略０％、１００メッ シュのふるいで１．５％、２００メッシュのふるいで８５％以上の通過率の最小 細かさを有することを特徴とする方法。 19 請求項１６記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射する燃焼支持用空気の一部を端部空気として噴射することを特徴とする方 法。 20 請求項１９記載の方法において、前記粉末化固体 燃料燃焼炉のバーナ領域内へ噴射する燃焼支持用空気の一部を直通空気として噴 射させることを特徴とする方法。 21 請求項２０記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射される燃焼支持用空気の一部を水平方向にオフセットした空気として噴射 し、燃焼の初期段階中に、噴射された粉末化固体燃料に、少ない燃焼支持用空気 が与えられるようにすることを特徴とする方法。 22 請求項１６記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 に噴射された粉末化固体燃料及び前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内へ噴 射された燃焼支持用空気が、それぞれ前記粉末化固体燃料燃焼炉の中心を通る対 角線に対して角度で噴射され、この結果、前記粉末化固体燃料燃焼炉内で０．６ よりも大きい旋回数を生ずるようにすることを特徴とする方法。 23 請求項１６記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射された粉末化固体燃料の少なくとも一部が上向きに噴射されることを特徴 とする方法。 24 請求項１６記載の方法において、前記粉末化固体燃料燃焼炉のバーナ領域内 へ噴射される燃焼支持用空気の少なくとも一部が下向きに噴射されることを特徴 とする方法。 粉末化固体燃料燃焼炉の低ＮＯｘぐう角燃焼システム用の火炎付着粉末化固体燃 料ノズルチップにおいて、 （ａ）反対側端部に配設した開放端部を有する矩形状の箱と、 （ｂ）この矩形状の箱内に装架関係で支持されている共に、前記火炎付着粉末 化固体燃料ノズルチップの出口面の中心と軸線とを中心として対称的に配設され た多数の棒状の部材と、 （ｃ）前記矩形状の箱内に装架関係で支持されている共に、前記火炎付着粉末 化固体燃料ノズルチップの出口面の頂部と底部に配設された複数のせん断棒と、 （ｄ）前記多数の棒状の部材を前記複数のせん断棒に相互連結する複数の相互 連結部材と を包含することを特徴とする火炎付着粉末化固体燃料ノズルチップ。