(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の種類の固体燃料を燃焼する又は共燃焼するバーナー・システムを提供する。【解決手段】バーナー装置はボイラーの燃焼帯（６５）で一次固体燃料及び二次固体燃料を共燃焼する。バーナー装置は、ボイラー（６０）の燃焼帯（６５）への噴射前に、一次固体燃料及び二次固体燃料を混合する燃料噴射器（１００）を含む。一次固体燃料は、微粉炭、微粉石油コークスなどであり得る一方、二次固体燃料はバイオマス燃料又はゴミ固形燃料であり得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次固体燃料を受け取るための一次入り口、
二次固体燃料を受け取るための二次入り口、
一次固体燃料及び二次固体燃料を混合し混合固体燃料を供給するために一次入り口及び二次入り口の下流に配置された混合室、並びに
混合固体燃料を燃焼室に供給するためにバーナー装置の遠位端の混合室の下流に配置されたノズルを含むバーナー装置。
【請求項２】
前記混合室が更に一次固体燃料及び二次固体燃料を念入りに混合し実質的に均質に混合された固体燃料を供給するために混合要素を含む、請求項１に記載のバーナー装置。
【請求項３】
前記混合要素が拡散器要素である、請求項２に記載のバーナー装置。
【請求項４】
前記混合要素が羽根車である、請求項２に記載のバーナー装置。
【請求項５】
前記混合室が燃料噴射器の一部である、請求項１に記載のバーナー装置。
【請求項６】
前記燃料噴射器がスクロール型である、請求項５に記載のバーナー装置。
【請求項７】
前記燃料噴射器がエルボー型である、請求項５に記載のバーナー装置。
【請求項８】
前記燃料噴射器が一次固体燃料及び二次固体燃料を念入りに混合するための羽根車を含む、請求項５に記載のバーナー装置。
【請求項９】
前記燃料噴射器が一次固体燃料及び二次固体燃料を念入りに混合するための拡散器要素を含む、請求項５に記載のバーナー装置。
【請求項１０】
前記一次固体燃料が微粉炭である、請求項１に記載のバーナー装置。
【請求項１１】
前記一次固体燃料が石油コークスである、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項１２】
前記二次固体燃料がバイオマス燃料である、請求項１に記載のバーナー装置。
【請求項１３】
前記バイオマス燃料が予め乾燥される、請求項１２に記載のバーナー装置。
【請求項１４】
前記二次固体燃料が石油コークスである、請求項１に記載のバーナー装置。
【請求項１５】
炉で使用する燃料噴射器であって、前記燃料噴射器は、
一次固体燃料を受け取るための一次入り口、
二次固体燃料を受け取るための二次入り口、
一次入り口又は二次入り口に接続される少なくとも一つの細長い容器、
一次固体燃料及び二次固体燃料を混合するために少なくとも一つの細長い容器に接続された混合室、並びに
混合された一次固体燃料及び二次固体燃料を燃焼室に供給するために燃料噴射器の遠位端にあるノズルを含む燃料噴射器。
【請求項１６】
前記一次入り口及び前記二次入り口の少なくとも一つがスクロール型の入り口である、請求項１５に記載の燃料噴射器。
【請求項１７】
前記一次入り口及び前記二次入り口の少なくとも一つがエルボー型の入り口である、請求項１５に記載の燃料噴射器。
【請求項１８】
前記混合室が一次固体燃料及び二次固体燃料を共に混合するために混合要素を含む、請求項１５に記載の燃料噴射器。
【請求項１９】
前記混合要素が拡散器要素である、請求項１８に記載の燃料噴射器。
【請求項２０】
前記混合要素が羽根車である、請求項１８に記載の燃料噴射器。
【請求項２１】
前記一次固体燃料が微粉炭である、請求項１５に記載の燃料噴射器。
【請求項２２】
前記一次固体燃料が石油コークスである、請求項１５に記載の燃料噴射器。
【請求項２３】
前記二次固体燃料がバイオマス燃料である、請求項１５に記載の燃料噴射器。
【請求項２４】
前記バイオマス燃料が予め乾燥される、請求項２３に記載の燃料噴射器。
【請求項２５】
二次固体燃料が石油コークスである、請求項１５に記載の燃料噴射器。
【請求項２６】
炉、
一次固体燃料を供給するための少なくとも一つの一次供給管、
二次固体燃料を供給するための少なくとも一つの二次供給管、及び
一次固体燃料及び二次固体燃料を混合し且つ混合燃料を燃焼用の炉に供給するために炉に隣接する少なくとも一つのバーナー装置を含む、共燃焼バーナー・システム。
【請求項２７】
前記バーナー装置が一次固体燃料及び二次固体燃料を混合するための燃料噴射器を含む、請求項２６に記載の共燃焼バーナー・システム。
【請求項２８】
前記燃料噴射器がスクロール型の燃料噴射器である、請求項２７に記載の共燃焼バーナー・システム。
【請求項２９】
前記燃料噴射器がエルボー型の燃料噴射器である、請求項２７に記載の共燃焼バーナー・システム。
【請求項３０】
前記燃料噴射器が一次固体燃料及び二次固体燃料を混合するための混合要素を含む、請求項２６に記載の共燃焼バーナー・システム。
【請求項３１】
前記混合要素が拡散器要素である、請求項３０に記載の共燃焼バーナー・システム。
【請求項３２】
前記混合要素が羽根車である、請求項３０に記載の共燃焼バーナー・システム。
【請求項３３】
前記一次固体燃料が微粉炭である、請求項２６に記載の共燃焼バーナー・システム。
【請求項３４】
前記一次固体燃料が石油コークスである、請求項２６に記載の燃料噴射器。
【請求項３５】
前記二次固体燃料がバイオマス燃料である、請求項２６に記載の共燃焼バーナー・システム。
【請求項３６】
前記バイオマス燃料が予め乾燥される、請求項３５に記載の共燃焼バーナー・システム。
【請求項３７】
二次固体燃料が石油コークスである、請求項２６に記載の共燃焼バーナー・システム。
【請求項３８】
複数の固体燃料を燃焼する方法であって、前記方法は、
バーナー装置へ一次固体燃料を供給する工程、
バーナー装置へ二次固体燃料を供給する工程、
均質な混合燃料が得られるまで、バーナー装置で一次固体燃料及び二次固体燃料を混合する工程、
混合燃料を炉に供給する工程、並びに
混合燃料を炉で燃焼する工程を含む方法。
【請求項３９】
前記混合工程が一次固体燃料及び二次固体燃料を共に念入りに混合する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記混合工程が一次固体燃料及び二次固体燃料を共に混合するために燃料噴射器を使用する工程を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記燃料噴射器がスクロール型の燃料噴射器である、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記燃料噴射器がエルボー型の燃料噴射器である、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記一次固体燃料が微粉炭である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記一次固体燃料が石油コークスである、請求項３８に記載の燃料噴射器。
【請求項４５】
前記二次固体燃料がバイオマス燃料である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
前記二次固体燃料を供給する工程がバイオマス燃料を予め乾燥する工程を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
前記バーナー装置への輸送前に前記バイオマス燃料を予め乾燥する工程が起きる、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記バイオマス燃料を予め乾燥する工程が排ガス再循環を使用する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記バイオマス燃料を予め乾燥する工程が調節空気による排ガス再循環を使用する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記二次固体燃料が石油コークスである、請求項３８に記載の方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に固体燃料バーナー・システムに関し、より具体的には複数の種類の固体燃料を燃焼する又は共燃焼するバーナー・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
共燃焼の一つの方法は、再生可能資源のバイオマス燃料の使用を伴い、発電用の廉価溶液を提供する。この方法は、石炭燃料ボイラーで微粉炭（一次燃料）と共に二次燃料としてのバイオマス燃料（例えば、おが屑）を共燃焼する工程を含む。好都合なことに、バイオマス燃料の燃焼によるＣＯ2の放出は環境に優しいと考えられる。その上、バイオマス燃料の燃焼は、石炭と比べて低い燃料硫黄含量のため、ＳＯ2放出の削減をもたらす。最終的に、ＮＯx放出の削減も、燃焼の初期段階でのバイオマス燃料の揮発物の有益な効果と相まって、バイオマス燃料の低窒素含量のおかげで、達成され得る。
【０００３】
微粉炭とバイオマス燃料の共燃焼によるＮＯxの潜在的な削減は幾つかの機構によるものである。第一に、バイオマス燃料は微粉炭より低い燃料窒素含量を有し、燃料に結合した窒素から形成されるＮＯxが少ない。第二に、炎において、バイオマス燃料は微粉炭より低い温度で揮発する。一度、放出されると、これらの揮発物は次に酸素と反応し得るため、微粉炭から放出される燃料に結合した窒素の酸化を抑制する。最終的に、該揮発物は炎で形成されるＮＯから元素窒素に削減もできる。
【０００４】
残念なことに、微粉炭燃焼ボイラーでは、ＮＯxの放出を削減する手段としてバイオマス燃料を用いる効果に関して、限界に直面した。これらの限界は、微粉炭と共にバイオマス燃料を共燃焼するために使用される技術に起因する。
【０００５】
一つの技術は燃焼帯にバイオマス燃料及び微粉炭を個別に噴射する。例えば、微粉炭に囲まれるバーナーの中心で輸送空気を用いることにより、バイオマス燃料を噴射するために管がしばしば使用される。ダイバータは、この領域に再循環帯を創出する試みにおいて、放射状で外向きにバイオマス燃料を流すために、しばしばバーナー面から少し外れて設置される。このように、バイオマス燃料及び微粉炭は燃料噴射器の外側の燃焼帯で混合される。しかしながら、この共燃焼の方法は、部分的にのみ効果的であり、バイオマス燃料の揮発物のＮＯx削減利点を利用する最も効果的な手段を提供しない。特に、微粉炭は個別に噴射されるため、炎の核のバイオマス燃料から放出される揮発物は酸素を捕捉できず微粉炭から形成されるＮＯを効果的に削減できないかもしれない。
【０００６】
他の共燃焼技術は、バーナーへの分配用の石炭管に入る前に、ミルで石炭と共にバイオマスを粉砕する工程を含む。言い換えれば、バイオマス燃料はミルで一次燃料と混合される。しかしながら、バイオマス共燃焼のレベルは、ミルの性能による噴射技術により大幅に制限される。通常、僅か約５（重量）パーセントのバイオマス燃料が、ミルの性能に深刻な劣化をもたらすことなく、石炭と共にミルで粉砕され得る。
【０００７】
このように、ＮＯx削減の利点は壁燃焼（ｗａｌｌ−ｆｉｒｅｄ）バーナーで微粉炭とバイオマス燃料の共燃焼に起因し得るものもあるが、既存の技術はＮＯx削減の最大可能レベルに到達していないように思われる。
【０００８】
今日まで、壁燃焼ボイラーにおける大半のバイオマス燃料の共燃焼は低いＮＯxの作用用に設計されていない乱流バーナーを用いて行われてきたことにも留意すべきである。これらのバーナーはＮＯxの放出を少なくするために炎の核で正確に制御される化学量論を要する。しかしながら、バイオマス燃料は、一般的に微粉炭より有意に高い酸素含量を有し、空気と共にバーナーへ輸送される際に炎の核で化学量論の増加を惹起でき、ＮＯxの形成を増大し得るため、高揮発物含量のバイオマス燃料の有益なＮＯx削減効果を無効にする。
【０００９】
その上、今日まで、現状の低ＮＯxバーナーにおける微粉炭とバイオマス燃料の共燃焼に関する実地実験が立証されていない。しかしながら、現状の低ＮＯxバーナーの予測コンピュータモデルは、例えばおが屑及び石炭の共燃焼時に、ＮＯxが実際に実物大の低ＮＯxバーナーの炎を増大し得ることを示す。従って、現状の低ＮＯxバーナーの適用は、ＮＯx削減のために、高揮発物含量のバイオマス燃料の有益な効果を最大限に発揮しない一方、ＮＯxの形成に及ぼすそれらの高い酸素含量の影響を抑制する。
【００１０】
上記を考慮して、ＮＯx削減の有益な影響を最大にするためにバイオマス燃料を利用する既存の共燃焼処理を改善する必要がある。
【００１１】
しかしながら、バイオマス燃料に加えて、他の二次燃料も共燃焼バーナーで使用され得る。石油コークスは、蒸気ボイラーで燃料として使用する石炭よりかなり安価な高発熱量の精製廃棄物である。石炭と違って、石油コークスは、揮発物含量が非常に低く、この燃料専用に設計されていないボイラーで燃焼する場合、点火し燃え尽きることは難しい。通常、石油コークスは石炭と共にミルで粉砕し石炭管を通ってバーナーに供給される。石炭と共に燃焼できる石油コークスの割合は普通約２０重量パーセントに制限される。なぜなら、より高いレベルでは石油コークスの低い揮発物含量のため炎の安定性の問題が生じるからである。この制限は、石炭用に設計されたミルで石炭と混合され粉砕される際に、石油コークスが粉砕しにくく且つ一般的に十分に細かいサイズ分布に到達され得ないという事実に部分的によるものである。粗石油コークスは炎の安定性の問題に結実するだけでなく、飛灰に高レベルの未燃炭素（ＵＢＣ）をもたらす。理想的には、亜瀝青炭又は亜炭などの高揮発性で非常に反応性の高い石炭と石油コークスの共燃焼は、反応性の低い瀝青炭とより、優れた炎の安定性を提供するべきである。残念ながら、これらの石炭もまた通常粉砕しにくいため、ミルでそれらと共に粉砕できる石油コークスの割合をしばしば制限する。
【００１２】
或いは、ミルで一次燃料と共に石油コークスを粉砕する代わりに、Ｂｒｏｎｉｃｋｉ ｅｔ ａｌ．により２０００年８月１５日に公表された米国特許第６，１０１，９５９号（引用文献１）は、一次燃料より高い発熱量を有する二次燃料を組み合わせるための混合器の使用を記載する。しかしながら、この特許に混合器の構造又は炎の安定性に及ぼすその影響及び石油コークスに関するＵＢＣの問題についての記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，１０１，９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このように、石油コークスは壁燃焼バーナーで石炭と共燃焼できるが、最高の炎の安定性及び最小の飛灰ＵＢＣを提供する一方で最小のＮＯx放出を維持する石油コークスと共燃焼する方法は開発されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の態様に従って、バーナー装置は、燃焼帯へ噴射する前に一次固体燃料及び二次固体燃料を混合するための混合要素を含む。特に、バーナー装置は、一次固体燃料を受け取るための一次入り口、二次固体燃料を受け取るための二次入り口、一次固体燃料及び二次固体燃料を混合し混合固体燃料を供給するために一次入り口及び二次入り口に連結された混合室、並びに混合固体燃料を燃焼室に供給するためのノズルを含む。    
一実施形態において、共燃焼バーナー・システムはスクロール型の燃料噴射器を含むバーナー装置を含む。スクロール型の燃料噴射器は、一次固体燃料を受け取るための一次固体燃料口、即ち、入り口、二次固体燃料を受け取るための二次固体燃料口、即ち、入り口、外部容器及び拡散器要素を含む。一次固体燃料及び二次固体燃料は燃料噴射器に接線方向に入るが、代替的に、二次燃料は燃料噴射器に軸方向に入ることができ、外部容器で混合される。拡散器要素は、燃焼帯へ噴射する前に、燃料噴射器内で一次固体燃料と二次固体燃料の混合をさらに向上させるために、外部容器に位置する。
【００１６】
他の実施形態において、共燃焼バーナー・システムは、エルボー型の燃料噴射器を含むバーナー装置を含む。エルボー型の燃料噴射器は、一次固体燃料を受け取るための一次固体燃料口、即ち入り口、二次固体燃料を受け取るための二次固体燃料口、即ち入り口、容器並びに羽根車又は他の拡散装置を含む。一次固体燃料及び二次固体燃料は燃料噴射器に軸方向に入り該容器で混合される。羽根車は、燃焼帯へ噴射する前に、燃料噴射器内で一次固体燃料と二次固体燃料の混合をさらに向上させるために、二次入り口に連結された燃料噴射器の容器内に位置する。
【００１７】
一次固体燃料と二次固体燃料を混合する燃料噴射器を含む共燃焼バーナー・システムの実施形態において、一次固体燃料は微粉炭であり、二次固体燃料はバイオマス燃料などの高揮発性燃料である。
【００１８】
一次固体燃料と二次固体燃料を混合する燃料噴射器を含む共燃焼バーナー・システムの他の実施形態において、一次固体燃料は石油コークスなどの低揮発性燃料であり、二次固体燃料はバイオマス燃料などの高揮発性燃料である。
【００１９】
一次固体燃料と二次固体燃料を混合する燃料噴射器を含む共燃焼バーナー・システムの他の実施形態において、一次固体燃料は微粉炭であり、二次固体燃料は石油コークスなどの低揮発性燃料である。
【発明の効果】
【００２０】
上述のように、本発明概念は、炉の燃焼帯に噴射する前に、二つ以上の固体燃料を混合する方法及び装置を提供する。一例として、並びに本発明の態様に従って、炉システムは、一次燃料及び二次燃料が炉の燃焼帯に噴射される前に念入りに混合され新しい均質の燃料流を形成する混合装置を有するバーナー装置を含む。このようなシステムにより、より大きな割合の二次燃料が石炭と共に共燃焼され炎の安定性を維持しＮＯxの形成を削減できる。これは、低燃焼性の安価な燃料（ペットコークなど）を容認するため、特に好都合である。該燃料は、おが屑などの高燃焼性の燃料と共に燃焼される廃棄物として以前はみなされていた。或いは、微粉炭及びおが屑、又は他のバイオマス燃料が混合できる。このような実施形態において、該システムで使用される石炭の量は、該システムに導入されるバイオマス燃料の量に比例して削減できる。実際に、バイオマス燃料は石炭より安価であり、このような方法及び装置は環境に安全であるだけでなく、費用効果も高い。更に、炉システムに導入される二次バイオマス燃料の量は増加し得る一方、ＮＯxの形成を有意に削減する。即ち、本発明の態様に従って、燃焼帯に入る前の高揮発性の二次燃料と一次燃料の念入りな混合はＮＯx放出の削減を増強する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の原理に従った共燃焼バーナー・システムのブロック図である。
【図２】本発明の原理に従ったバーナー装置の断面図である。
【図３】本発明の原理に従った他のバーナー装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明概念を除いて、バーナー・システムを共燃焼するための装置及び方法は周知であり、更に本明細書に記載しない。例えば、本発明概念以外に、燃料噴射器は燃料及び搬送ガスを燃焼帯に噴射する燃焼装置の一部である。同様に、異なる図面の同種の番号は類似の要素を表す。
本発明の原理に従った例示の共燃焼バーナー・システムは図１に示す。共燃焼バーナー・システム１０は、石炭ミル（燃料調製プラント）５０、幾つかの供給管の１０３−１から１０３−Ｎ（一次供給管）及び１０７（二次供給管の典型）、燃料噴射器１００並びにボイラー炉を含む。ボイラー炉の内、燃焼帯６５を有する部分６０が示される（以下、ボイラー炉６０）。例示すると、一次燃料、例えば石炭、及び輸送媒体（又は搬送ガス）（例えば空気）は、石炭ミル５０により表されるような燃料調製プラントに供給される。該ミルは、搬送ガスにより燃料管１０３−１から１０３−Ｎを通して幾つかのバーナーに分配するため、炭素を粉砕する。本明細書で用いられるように、一次燃料は、燃焼過程の間、全燃料入熱の５０パーセントを超過するものに相当する燃料である。例えば石油コークス又は石炭及び石油コークスの混合物など、他の一次燃料が使用されてもよい。二次燃料（以下で更に記載する）も、燃料調製プラント（単純化のため図示せず）を通して粉砕され、二次供給管１０７（他の二次供給管もまた単純化のために例図示せず）により表されるような幾つかの供給管を通って搬送ガスを用いてバーナーに分配される。
【００２３】
本発明の原理に従って、典型的なバーナー装置が図１の燃料噴射器１００により例示される。後述するように、燃料噴射器１００は、燃料管１０７を通して二次燃料を受け取り、燃料管１０３−１を通して一次燃料を受け取り、一次燃料及び二次燃料を混合し、ボイラー炉６０の燃焼帯６５に複合燃料混合物を供給する。本発明の態様に従って、燃料噴射器１００は、固体燃料が炉の燃焼帯に入る前に、二つ以上の固体燃料を念入りに混合する。一例として、燃焼噴射器１００は蒸気発生用にボイラーへ発火する低ＮＯxバーナーの構成要素である。燃料噴射器１００は燃焼帯に燃料及び輸送媒体（例えば空気）を噴射する低ＮＯxバーナー装置の一部である。周囲の燃料噴射器１００は炎の支持及び完全燃焼を助ける二次空気を供給するレジスタ装置（図示せず）である。燃料噴射器１００は燃焼帯６５に隣接する。
【００２４】
ここで、図２を見ると、より詳細な燃料噴射器１００の図が示される。一例として、燃料噴射器１００はスクロール型の噴射器である。燃料噴射器１００は図１のボイラー炉６０の燃焼帯６５に一次及び二次の固体燃料を噴射する。供給管の１０３−１及び１０７は燃料噴射器１００のそれぞれの一次口及び二次口、即ち入り口に一次固体燃料及び二次固体燃料を接線方向に供給する。或いは、一次固体燃料及び／又は二次固体燃料は軸方向に燃料噴射器に入り得る。燃料噴射器１００の一次入り口は一次燃料スクロール１０２である。粉砕された一次燃料の流れはスクロール１０２の接線方向から軸方向に変化し、スクロール及び移行領域の燃料分配装置により移行領域１０４を出る（本発明概念を除いて、スクロール型の燃料噴射器におけるスクロール及び移行領域の燃料分配装置は当分野で知られており本明細書に記載しない）。粉砕された一次燃料は次いで毎秒５０から１００フィートの範囲の望ましい速度で燃料噴射器の外部容器１０５に入る。外部容器１０５への燃料噴射器１００の一次燃料の移動は点線１により図２で例示される。
【００２５】
燃料噴射器１００の二次入り口は燃料噴射器１００の末端にある二次燃料スクロール１０６である。スクロール１０６の設計は、一例として、毎秒８０から１５０フィートの範囲の好ましい接線速度並びに毎秒２０から４０フィートの範囲の好ましい軸流速度を提供する。
【００２６】
二次燃料は、二次供給管１０７を通ってスクロール１０６に供給され、燃料噴射器１００の内部容器１０９を取り囲む環状部１０８を通ってスクロール１０６を出る。内部容器１０９はバーナー点火器を内蔵し得る（図示せず）。二次燃料は次いで燃料噴射器１００の外部容器１０５に入る。外部容器１０５への燃料噴射器１００の二次燃料の移動は破線２により図に例示される。拡散器１１１は環状部の出口に設置されてもよく、二次燃料の流れを一次燃料の外側へ向け、移行領域１０４を出る。結果として、本発明の態様に従って、一次燃料及び二次燃料は燃料噴射器１００の室、例えば外部容器１０５で念入りに混合される。念入りに混合された一次燃料及び二次燃料は次に燃料噴射器の先端１１０（又はノズル）を出て先端の外周周辺にほぼ均等に又は均一に分布する。図２を参照すると、先端１１０は外部容器１０５により表示されるように混合室から下流のバーナー装置の遠位端に配置される。
【００２７】
本発明の態様に従って、バーナー装置の燃料噴射器内での一次固体燃料及び二次固体燃料の念入りな混合は、ボイラー炉の燃焼室における燃焼用に、より均質に混合された固体燃料を提供する。後述するように、これによりＮＯxの放出が更に削減できる。その上、これにより、各種類の固体燃料に対して個別の調製プラントを更に使用でき、各調製プラントは特定の種類の固体燃料をより効率的に粉砕するよう特に設定できる。更に、得られる混合固体燃料における一次固体燃料及び二次固体燃料の量は、各調製プラントから供給管を通じて容易に調整できる。
【００２８】
図２の燃料噴射器１００の一つの応用例は、二次燃料を高揮発性の資源燃料、例えばバイオマス燃料（おが屑など）又は一次燃料より低温で揮発物を放出するゴミ固形燃料（ＲＤＦ）とすることである。一次燃料は一例として微粉炭である。或いは、一次燃料は微粉砕された石油コークス、又は石炭及び石油コークスの混合物であってもよい。燃料混合物はバーナーの先端を出ると、より反応的な二次燃料が酸素捕捉剤として作用するため、燃焼の初期段階中、二次燃料からの揮発物の放出の効果及びその後の相互作用を最大にすることにより、燃焼の初期段階中の還元領域及びＮＯx削減の向上をもたらす。酸素と反応する上、これらの揮発物も石炭から形成されるＮＯxを元素窒素に還元できる。
【００２９】
この応用例において、資源燃料をバーナーに輸送するために用いる搬送ガスは空気である。しかしながら、再生燃料ガス、又は再生燃料ガスと空気は、媒体が空気より低い酸素含量を有するように使用され得る。燃料ガスの再利用は「燃料ガス再循環（ＦＧＲ）」としても知られる。図１の文脈において、バイオマス燃料は、空気若しくはボイラーから空気加熱器（図示せず）後に再利用される燃料ガスを含む搬送ガス、又は燃料ガス及び空気の混合物を含む搬送ガスにより、燃料調製プラント（図示せず）から供給管１０７に輸送される。
【００３０】
燃料調製プラントにおいて、資源燃料は粉末状或いは断片状であり、その後、輸送前に選別され大きな物質は取り除かれる。使用する搬送ガスの量は資源燃料１ポンド当たり０．５から２ポンドの範囲である。一例として、ブースター・ファン（図示せず）は、燃料噴射器及び資源供給スクロールへの資源燃料の輸送に関連する圧力降下を克服するために空気又は燃料ガスに使用することが好ましい。輸送用の空気は燃料調製プラントのファン及び予熱空気の両方から採取される。
【００３１】
本発明の態様は炎の核の化学量論を制御する機構を提供する。これはＮＯx削減に関して重要である。輸送媒体で使用する空気の量は、二次燃料の酸素含量に応じて、炎の核の化学量論を制御するために調整できる。実際面で、１００パーセントの標準瀝青炭を燃焼する低ＮＯxバーナーでは、核の化学量論は、石炭が１ポンドの石炭あたり２ポンドの空気と共に輸送される場合、理論上、約２１パーセントとなる。３０（重量）パーセントのバイオマス（おが屑など）及び７０パーセントの瀝青炭を共燃焼するバーナーは、おが屑が１ポンドのおが屑につき１ポンドの空気と共に燃料噴射器１００に輸送される場合、３２パーセントのはるかに大きな核の化学量論を有する。核の化学量論は１ポンドのおが屑当たり０．７５ポンドの燃料ガス及び０．２５ポンドの空気の輸送ガスを使用することにより約２１パーセントで維持できる。輸送ガスの空気に対する燃料ガスの固有比は、資源燃料の酸素含量、１ポンドの資源燃料当たりに要する輸送ガスのポンド、並びに所望の出口ＮＯxレベルに依存する。多くの応用例において、空気のみが搬送ガスとして必要である。
【００３２】
本発明の他の態様に従って、燃焼帯に入る前の二次燃料の部分乾燥は、資源燃料用に輸送ガスの温度を制御することによっても達成できる。このような部分乾燥により、揮発物が早期に燃焼帯で除去されるため、より効果的なＮＯxの削減を可能にする。バイオマス燃料などの資源燃料は受容時の基準で５０パーセント以下の水蒸気を含有できる。実験結果は、これらの燃料が、約力氏２００゜まで加熱されると、この水蒸気の大半を喪失し得ることを示している。燃料噴射器１００に入るバイオマス燃料の温度は、燃料ガス及び予熱空気を使用することにより１５０゜Ｆから２００゜Ｆの範囲に制御でき、それぞれの燃料調製プラントにおいてファンからの冷気で調節される。次いで、燃料噴射器１００に入る前のバイオマス燃料の部分乾燥は、一度燃焼帯に入ると、バイオマス燃料から揮発物の放出を促進する。
【００３３】
実験結果は、幾つかのバイオマス燃料が加熱されると揮発物と同時に水蒸気を放出することを更に示している。結果として、本発明の予熱方法により、水蒸気と共にバイオマス燃料から幾つかの揮発物も放出でき得る。燃焼帯に入る前のバイオマス燃料からの揮発物の放出は、炉の燃焼帯での揮発物の放出と比較して、ＮＯx削減効果を増強する。
【００３４】
二次燃料の部分乾燥の例は、０．７５ポンドの再生燃料ガス及び０．２５ポンドの空気と共に燃料噴射器１００に輸送されるバイオマス燃料について与えられる。２００゜Ｆの予熱空気及び２８０゜Ｆの燃料ガスは２６０゜Ｆの温度の輸送ガスを提供する。７０゜Ｆのバイオマス燃料と共に、燃料噴射器１００に入るバイオマス／輸送ガスの温度は約１５０゜Ｆであり、バイオマス燃料の有意な乾燥を提供するであろう。必要な正確な温度及び乾燥の程度はバイオマス燃料の種類及びその含水量に依存するであろう。この温度は輸送ガス用に使用される調節空気の量を変更することにより制御できる。燃料噴射器に入る資源燃料の温度は、その発火温度未満に保たれなければならず、個別の燃料の反応性に依存するであろう。加熱空気又は燃料ガスの使用はバイオマスをバーナーに輸送するための空気を増し、一方、部分的な揮発分の除去はバイオマスの燃焼性を更に向上させる。
【００３５】
或いは、又は上記に加えて、バイオマス燃料は、水蒸気が大気に排出できることにより燃焼時にバイオマスの発熱量を増大できるように、即ちボイラー効率の損失を最小にするように、バーナー・システムに輸送する前に乾燥され得る、即ち、予め乾燥され得る。例えば、乾燥温度を調整するための調節空気と共にＦＧＲの使用により、バイオマスの揮発物除去もなく、水蒸気を退散させる。
【００３６】
図１の共燃焼バーナー・システムの他の応用例は、二次燃料が低揮発性であり石油コークスなどの燃料を燃焼し難いものであることである。この燃料は粉砕もし難いため、石炭より更に点火及び燃焼し難い。一次燃料は、一例として、微粉炭の亜炭又は亜瀝青炭の形態など、高揮発性で反応性の燃料である。この応用例において、石油コークスは特別に設計された装置で個別に粉砕され、炎の安定性を向上するのに必要な微粉度を与え、より優れた石油コークスの全焼をもたらす。石油コークスは、粉砕し難い燃料を微粉砕するために特別に設計されたボール・ミル（図１に図示せず）などの調製プラントから空気により輸送される。通常、必要な輸送空気（一次空気）の量は１ポンドの微粉砕された石油コークスにつき約１．２から１．５ポンドの範囲である。炎の良い安定性を維持するために、石油コークスは９９．５パーセントの原料が５０メッシュのスクリーンを通過するように粉砕されなければならない。
【００３７】
この応用例の一次燃料は、亜瀝青炭又は亜炭などの高揮発性で反応性の下位石炭である。上記のように、燃料噴射器１００は一次燃料及び二次燃料の念入りな混合を供給する。このようにして、優れた炎の安定性は維持される。従って、以前の共燃焼方法と比べて、石炭と共燃焼される石油コークスの割合は増大し得る。その上、これは飛灰ＵＢＣを削減する。
【００３８】
一次固体燃料と二次固体燃料を混合する燃料噴射器を含む共燃焼バーナー・システムの他の応用例において、一次固体燃料は石油コークスなどの低揮発性燃料であり、二次固体燃料はバイオマス燃料などの高揮発性燃料である。
【００３９】
ここで、図３を参照すると、本発明の原理に従う燃料噴射器の他の実施形態が示される。燃料噴射器２００は図１の共燃焼バーナー・システム及び上述の応用例のいずれかでも使用され得る。燃料噴射器２００はエルボー型の燃料噴射器である。一次燃料（例えば微粉炭）は供給管２０３を通ってミルから一次空気と共に一次口、即ち、燃料噴射器２００の入り口へ供給される。この例において、燃料噴射器２００の一次入り口はエルボー２１２である。燃料分配器２１３が用いられ、石炭エルボーを出る際に、一次燃料の近軸流（ｎｅａｒ ａｘｉａｌ ｆｌｏｗ）を提供する。次に一次燃料は容器２１６に入る。容器２１６への燃料噴射器２００の一次燃料の移動は破線１により図３に例示される。
【００４０】
二次燃料は、燃料噴射器２００の二次口、即ち入り口に軸方向に入る。二次入り口は燃料噴射器２００の末端の供給管２１４により表される。二次燃料供給管２１４は、供給管２１４を出て容器２１６に入る際に、二次燃料について毎秒５０から１００フィートの速度を提供する大きさが好ましい。容器２１６への燃料噴射器２００の二次燃料の移動は破線２により図３に例示される。容器２１６は一例として燃料噴射器２００の混合室である。羽根車、又は他の拡散装置２１５は、燃料噴射器２００の容器２１６に入る際に一次燃料と二次燃料の念入りな混合を提供するために使用される。羽根車２１５は一例として二次燃料供給管２１４と連結された容器２１９内に配置される。念入りに混合された燃料は次いで先端の外周周辺にほぼ均一な分布でバーナー先端２１７（又はノズル）を出る。羽根車２１５の代替品として、拡散器が二次燃料噴射管２１４を取り囲む微粉炭流に挿入でき、二つの燃料を念入りに混合する。
【００４１】
二次燃料が高揮発性の資源燃料である応用例において、ボイラーから空気加熱器の後に再生利用される排ガス又は排ガス及び空気の混合物により燃料調製プラントから輸送されるのが好ましい。輸送媒体で使用される空気の量は、二次燃料の酸素含量、１ポンドの資源燃料当たりに使用される輸送ガスのポンド、及び所望のＮＯxレベルに応じて、炎の核の化学量論を制御するために調整され得る。上記で論じた図２の実施形態と同様に、輸送媒体の温度は、燃焼帯に入る前に二次燃料の部分乾燥を提供するため、１５０゜Ｆから２００゜Ｆの範囲で制御できる。二次燃料が石油コークスである応用例において、石油コークスは、粉砕し難い燃料を、９９．５パーセントの原料が５０メッシュのスクリーンを通過するような大きさの一貫性に微粉砕するよう特別に設計されたボールミルなどの調製プラントから空気により輸送される。
【００４２】
本発明は本明細書に特定の実施形態に関して記載してきたが、これらの実施形態は単に本発明の原理及び応用例を例証するものと理解されるべきである。例えば、本発明概念は、燃焼過程で使用される任意のバーナーに適用され、炉へ発火する異なる種類の燃料噴射器に適用できる。また、本発明概念はスクロール型の燃料噴射器及びエルボー型の燃料噴射器の文脈で記載したが、本発明の概念を具現する燃料噴射器が一種類又は他の種類のみである必要はない。更に、一次燃料及び二次燃料の文脈において説明したが、本発明概念は二つの粉末の混合に適用できる。従って、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、多数の変更が実施形態に為され得ること並びに他の調整が考案され得ることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００４３】
１０                    共燃焼バーナー・システム  
５０                    石炭ミル  
６５                    燃焼帯
１００                  燃料噴射器
１０３−Ｉ〜１０３−Ｎ  一次供給管  
１０５                  外部容器
１０７                  二次供給管
１０８                  環状部
１０９                  内部容器
１１１                  拡散器
２００                  燃料噴射器
２１２                  エルボー
２１３                  燃料分配器
２１４                  二次燃料供給管
２１５                  羽車
２１６                  容器
２１９                  容器
【図１】
2010181145.tif 000003
【図２】
2010181145.tif 000004
【図３】
2010181145.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月30日(2010.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次固体燃料を受け取るための一次入り口、
二次固体燃料を受け取るための二次入り口、
一次固体燃料及び二次固体燃料を混合し混合固体燃料を供給するために、一次入り口及び二次入り口の下流に配置され、且つ混合要素を有する混合室、並びに
混合固体燃料を燃焼室に供給するために燃料噴射器の遠位端の混合室の下流に配置されたノズルを含む燃料噴射器。
【請求項２】
炉で使用する燃料噴射器であって、前記燃料噴射器は、
一次固体燃料を受け取るための一次入り口、
二次固体燃料を受け取るための二次入り口、
一次入り口又は二次入り口に接続される少なくとも一つの細長い容器、
一次固体燃料及び二次固体燃料を混合するために、少なくとも一つの細長い容器に接続され、且つ混合要素を有する混合室、並びに
混合された一次固体燃料及び二次固体燃料を燃焼室に供給するために燃料噴射器の遠位端にあるノズルを含む燃料噴射器。
【請求項３】
前記一次入り口及び前記二次入り口の少なくとも一つがスクロール型の入り口である、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項４】
前記一次入り口及び前記二次入り口の少なくとも一つがエルボー型の入り口である、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項５】
前記混合要素が拡散器要素である、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項６】
前記混合要素が羽根車である、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項７】
前記一次固体燃料が微粉炭である、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項８】
前記一次固体燃料が石油コークスである、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項９】
前記二次固体燃料がバイオマス燃料である、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項１０】
前記バイオマス燃料が予め乾燥される、請求項９に記載の燃料噴射器。
【請求項１１】
二次固体燃料が石油コークスである、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項１２】
炉、
一次固体燃料を供給するための少なくとも一つの一次供給管、
二次固体燃料を供給するための少なくとも一つの二次供給管、及び
一次固体燃料及び二次固体燃料を混合し且つ混合燃料を燃焼用の炉に供給するために炉に隣接する少なくとも一つの燃料噴射器を含み、該燃料噴射器が混合室及びその内部に供えられた混合要素を有する共燃焼バーナー・システム。
【請求項１３】
複数の固体燃料を燃焼する方法であって、前記方法は、
燃料噴射器へ一次固体燃料を供給する工程、
前記燃料噴射器へ二次固体燃料を供給する工程、
均質な混合燃料混合物が得られるまで、前記燃料噴射器で一次固体燃料及び二次固体燃料を混合要素により混合する工程、
前記混合燃料を炉に供給する工程、並びに
前記混合燃料を炉で燃焼する工程を含む方法。
【請求項１４】
前記混合工程が一次固体燃料及び二次固体燃料を共に念入りに混合する、請求項１３に記載の方法。