(57)【要約】  粉砕燃料ノズル用のプレ点火導管（１０）は、第１および第２の対向する端部を有するダクト（１６）を含み、第１の端部は点火器（２０）の出口に面するように構成されている。導管は、点火のために粉砕燃料を集めてダクトに送り込むための円錐形濃縮器（１２）をさらに含み、円錐形濃縮器は第１の端部に固定され、点火器出口とダクトとの間に配置されている。プレ点火導管は、粉砕燃料ノズル（１４）内の点火チャンバとして機能する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）用のプレ点火導管（１０、１００、４００）であって、
第１および第２の対向する端部を有し、前記第１の端部が点火器出口（２３）に面しているダクト（１６、３８、４１６）と、
点火のために粉砕燃料を集めて前記ダクト（１６、３８、４１６）に送り込むための円錐形濃縮器（１２、３２、４２）であって、前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が前記第１の端部に固定され、前記点火器出口（２３）と前記ダクト（１６、３８、４１６）との間に配置されている、円錐形濃縮器（１２、３２、４２）と
を含み、
前記プレ点火導管（１０、１００、４００）が前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）内の点火チャンバ（２６、１２６）として機能する、プレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項２】
前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が偏心円錐を含む、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項３】
前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が不連続部を含む周縁部（１３、３６、４６）を有する、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項４】
前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が、前記点火器出口（２３）から約５０ｍｍ〜約１５０ｍｍの距離に配置されている、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項５】
前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）が内径Ｄを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、
Ｄ＞５００ｍｍであれば、ｄ≧Ｄ／２である、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項６】
前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）が内径Ｄを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、
５００ｍｍ≦Ｄ≦６００ｍｍであれば、２５０ｍｍ≦ｄ≦３００ｍｍである、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項７】
前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）が内径Ｄを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、
Ｄ＞６００ｍｍであれば、ｄ≦Ｄ／２である、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項８】
前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）が内径Ｄを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、ｄ≦２Ｄ／３である、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項９】
前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、前記点火器出口（２３）が外径Ｐを有し、ｄ≧Ｐである、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項１０】
前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）が内径Ｄを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）が全長Ｌを有し、Ｌ≧Ｄである、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項１１】
前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が５°〜４５°の円錐角度βを有する、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項１２】
前記円錐角度βが１５°〜３０°である、請求項１１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項１３】
前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が内径Ｍを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、ｄ×１．１≦Ｍ≦ｄ×１．３である、請求項１に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項１４】
内径Ｄを有するバーナー用の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）であって、前記ノズル（１４、１４０、１７０）が、
出口（２３）を有する点火器（２０、１２０）と、
第１および第２の対向する端部を有し、前記第１の端部が点火器出口（２３）に面するように構成されているダクト（１６、３８、４１６）と、点火のために粉砕燃料を集めて前記ダクト（１６、３８、４１６）に送り込むための円錐形濃縮器（１２、３２、４２）であって、前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が前記第１の端部に固定され、前記点火器出口（２３）と前記ダクト（１６、３８、４１６）との間に配置されている、円錐形濃縮器（１２、３２、４２）とを含むプレ点火導管（１０、１００、４００）と
を含み、
前記プレ点火導管（１０、１００、４００）が前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）内の点火チャンバ（２６、１２６）として機能する、粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項１５】
前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が偏心円錐を含む、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項１６】
前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が、不連続な周縁部（１３、３６、４６）を有する、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項１７】
前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が、前記点火器出口（２３）から約５０ｍｍ〜約１５０ｍｍの距離に配置されている、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項１８】
前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）が内径Ｄを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、
Ｄ＞５００ｍｍであれば、ｄ≧Ｄ／２である、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項１９】
前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）が内径Ｄを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、
５００ｍｍ≦Ｄ≦６００ｍｍであれば、２５０ｍｍ≦ｄ≦３００ｍｍである、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項２０】
前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）が内径Ｄを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、
Ｄ＞６００ｍｍであれば、ｄ≦Ｄ／２である、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項２１】
前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）が内径Ｄを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、ｄ≦２Ｄ／３である、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項２２】
前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、前記点火器出口（２３）が外径Ｐを有し、ｄ≧Ｐである、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項２３】
前記粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）が内径Ｄを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）が全長Ｌを有し、Ｌ≧Ｄである、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項２４】
前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が５°〜４５°の円錐角度βを有する、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項２５】
前記円錐角度βが１５°〜３０°である、請求項２４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項２６】
前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が内径Ｍを有し、前記プレ点火導管（１０、１００、４００）の前記ダクト（１６、３８、４１６）が内径ｄを有し、ｄ×１．１≦Ｍ≦ｄ×１．３である、請求項１４に記載の粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）。
【請求項２７】
粉砕燃料ノズル（１４、１４０、１７０）用のプレ点火導管（１０、１００、４００）であって、
第１および第２の対向する端部を有し、前記第１の端部が点火器出口（２３）に面するように構成されているダクト（１６、３８、４１６）と、
点火のために粉砕燃料を集めて前記ダクト（１６、３８、４１６）に送り込むための円錐形濃縮器（１２、３２、４２）であって、前記円錐形濃縮器（１２、３２、４２）が前記第１の端部に固定され、前記点火器出口（２３）と前記ダクト（１６、３８、４１６）との間に配置されている、円錐形濃縮器（１２、３２、４２）と、
を含み、
前記ダクト（１６、３８、４１６）が、点火源を受けるための点火入口（４１０）を含む、プレ点火導管（１０、１００、４００）。
【請求項２８】
前記点火入口（４１０）が角度αであり、３０°＜α＜９０°である、請求項２７に記載のプレ点火導管（１０、１００、４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、粉砕燃料発電所に関する。ある実施形態は、粉砕燃料バーナーのプレ点火導管内で粉砕燃料濃度を増加させるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉砕燃料発電所は、典型的には、燃焼されるべき粉砕燃料（例えば石炭）に最初に点火するために、オイルまたは天然ガスを燃やす。理解されるように、これは多量のオイルおよびガスの消費をもたらす。このような消費を低減するために、オイルまたはガス点火システムに代わるプラズマ点火システムが開発されている。より具体的には、多くのプラズマ点火システムは、粉砕燃料に点火するために、多段、すなわち「段毎の」点火技術を使用する。段毎のシステムでは、ノズル内に配置された少なくとも１つ、典型的には２つ以上の点火チャンバを含む比較的長い粉砕燃料ノズルが用いられる。
【０００３】
より具体的には、このようなシステムでは、粉砕燃料を含む一次空気流が、プラズマ発生器の作用によって点火されて、第１の点火チャンバ内にプラズマ雲を生成し、それによって「第１段」粉砕燃料火炎を発生させる。次いで、第１段火炎は、第２段チャンバ内で一次空気流を含む粉砕燃料に点火し、それによって「第２段」粉砕燃料火炎を形成する。最後に、点火された燃料は、炉に入り、バーナーを介して供給される燃焼空気中の酸素と反応し、最終段火炎を形成する。
【０００４】
一般に、点火チャンバ内の粉砕燃料濃度は、粉砕燃料ノズルのエルボ部に配置されたガイドプレートによって決定される。より具体的には、ガイドプレートは、粉砕燃料の流れと一次空気流とがプラズマ雲と平行になるように整列させる。また、ガイドプレートは、粉砕燃料を遠心分離作用によってバーナーおよびプラズマ雲の中心軸に近接して濃縮させる。これはチャンバに入る粉砕燃料の濃度を増加させ、それにより点火が容易になる。
【０００５】
しかしながら、粉砕燃料ノズル内の空間制限のために、チャンバ内の粉砕燃料濃度は、点火挙動に影響を与えずに容易に増加させることができない。したがって、現在利用可能なシステムとは異なる粉砕燃料濃度を増加させるためのシステムおよび方法が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／００６２３８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態では、粉砕燃料ノズル用のプレ点火導管は、第１および第２の対向する端部を有するダクトを含み、第１の端部は点火器出口に面するように構成されている。導管はさらに、点火のために粉砕燃料を集めてダクトに送り込むための円錐形濃縮器を含み、円錐形濃縮器は第１の端部に固定され、点火器出口とダクトとの間に配置されている。プレ点火導管は、粉砕燃料ノズル内の点火チャンバとして機能する。
【０００８】
別の実施形態では、バーナー用の粉砕燃料ノズルは、出口を有する点火器と、第１および第２の対向する端部を有し、第１の端部が点火器出口に面するように構成されているダクトを含むプレ点火導管と、点火のために粉砕燃料を集めてダクトに送り込むための円錐形濃縮器であって、円錐形濃縮器が第１の端部に固定され、点火器出口とダクトとの間に配置されている、円錐形濃縮器とを含む。プレ点火導管は、粉砕燃料ノズル内の点火チャンバとして機能する。
【０００９】
さらに別の実施形態では、粉砕燃料ノズル用のプレ点火導管は、第１および第２の対向する端部を有し、第１の端部が点火器出口に面するように構成されているダクトと、点火のために粉砕燃料を集めてダクトに送り込むための円錐形濃縮器であって、円錐形濃縮器が第１の端部に固定され、点火器出口とダクトとの間に配置されている、円錐形濃縮器とを含む。ダクトは、点火源を受けるための点火入口をさらに含む。
【００１０】
本発明は、非限定的な実施形態の以下の説明を、添付の図面を参照して読むことによって、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による粉砕燃料ノズルおよびプレ点火導管を概略的に示す図である。
【図２Ａ】本発明の別の実施形態による偏心円錐形濃縮器を備えたプレ点火導管の端面図を概略的に示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａのプレ点火導管の断面側面図を概略的に示す図である。
【図３Ａ】本発明の別の実施形態による円錐形濃縮器を備えたプレ点火導管の端面図を概略的に示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａのプレ点火導管の切り欠きの側面図を概略的に示す図である。
【図３Ｃ】図３Ａのプレ点火導管の別の側面図を概略的に示す図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、点火器の間隔および濃縮器の幾何学的形状に基づいて、プレ点火導管内の粉砕燃料および空気濃度が変化することを図式的に示す図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による、点火器の間隔および濃縮器の幾何学的形状に基づいて、プレ点火導管内の粉砕燃料および空気濃度が変化することを図式的に示す図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による、点火器の間隔および濃縮器の幾何学的形状に基づいて、プレ点火導管内の粉砕燃料および空気濃度が変化することを図式的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態による、粉砕燃料ノズルと傾斜機構を含むプレ点火導管とを概略的に示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による点火器入口を含むプレ点火導管の平面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による点火器入口を含むプレ点火導管の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の例示的な実施形態を詳細に参照し、それらの例は添付の図面に例示されている。可能である場合には、図面全体を通して使用される同一の参照文字は、同一または同様の部分を指す。本発明の実施形態は、粉砕炭バーナーと共に使用するのに適しているように記載されているが、本発明の実施形態は、化石燃料またはバイオマスなどの様々な燃料と共に使用するのに適し得る。したがって、本明細書で使用される「粉砕燃料」または「ＰＦ」という用語は、前述の例示的な燃料を含むが、これに限定されない。さらに、実施形態は、プラズマ発生器／トーチと共に使用するために構成されているように記載されているが、実施形態は、オイル／ガス点火器（例えばオイル／ガスガンまたは「ミクロ」オイル／ガスバーナー）などの他の点火器と共に使用されてもよい。さらに、実施形態は、多段、例えば段毎の点火システム、または単一段システムでの使用に等しく適し得る。
【００１３】
ここで図１および図２を参照すると、段毎の点火システムで使用するように構成された本発明の実施形態が例示されている。図示のように、この実施形態は、粉砕燃料ノズル１４内に配置されたプレ点火導管１０を含む。プレ点火導管１０は、円錐形濃縮器１２とダクト１６とを含む。使用時には、濃縮粉砕燃料（例えば粉末石炭）は、ノズルのエルボ部のガイドプレート１５によって提供され、ガイドプレート１５は、ＰＦを点火器／プラズマ発生器２０およびプレ点火導管１０に向けて案内する。すなわち、プレート１５は、ＰＦおよび一次空気の流れを点火器に実質的に平行に向け、点火器およびバーナーの中心軸に近接して濃縮させる。ある実施形態では、濃縮ＰＦは、キッカー１７を使用して点火器２０および導管１０の方に案内されてもよい。その後、濃縮ＰＦは、ダクト１６の上流に配置された円錐形濃縮器１２に入る。円錐形濃縮器１２は、濃縮粉砕燃料を効率的に集め、ダクト１６内に送り込む役目を果たし、そこで濃縮粉砕燃料が点火される。
【００１４】
本発明の実施形態は、円錐形濃縮器の使用および／またはノズル１４、ダクト１６および円錐形濃縮器１２と点火器／プラズマ発生器２０との間の１つ以上の幾何学的関係を介して、プレ点火導管内の粉砕燃料濃度の向上を提供する。プレ点火導管内のＰＦ濃度の向上を考慮して、実施形態では、本発明のプレ点火導管は、それ自体が粉砕燃料ノズル内の点火チャンバとして機能する。結果として、段毎のシステムは、現在のプレ点火導管と、図１のチャンバ２６のような単一の従来の点火チャンバとを含むノズルを介して達成され得る。
【００１５】
再び図１を参照すると、上述したように、本発明は円錐形濃縮器１２を利用する。濃縮器１２は、連続した周縁部１３を備えたほぼ均一な形状の円錐を有し、周縁部１３は、実施形態では、点火器／プラズマ発生器出口２３から実質的に均一な距離Ｓにある。濃縮器は、例えば溶接部を介してダクト１６に動作可能に接続されるか、または他の実施形態では、ダクト１６と共に一体構造として形成され得る。
【００１６】
ある実施形態では、円錐形濃縮器１２は、圧力低下、濃縮器の浸食および粉砕燃料濃度を最適化するために、約５°〜約４５°、さらに約１５°〜約３０°の濃縮器角度βを有する。より具体的には、濃縮器角度βが＜１５°であれば、圧力低下および侵食は最小限であるが、プレ点火導管内の粉砕燃料濃度は減少することが判明した。角度βが＞３０°であれば、粉砕燃料濃度は高められるが、圧力低下および浸食が増加する。このように、ある実施形態では、前述の範囲はこれらのパラメータを最適化する。しかしながら、理解されるように、他の実施形態では、前述の因子が適切に最適化されている限り、上記とは異なる濃縮器角度を用いることができる。
【００１７】
ここで図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、実施形態において、円錐形濃縮器３２は、偏心／斜円錐形を有してもよい。図示のように、連続した周縁部３６は、より短い円錐部３１から、より長く延長された円錐部３３まで延出している。そのような実施形態では、濃縮器の角度βは変化し、例えば、角度は、より長い部分３３の約４５°から、より短い部分３１のより小さい角度まで変化してもよい。そのような実施形態においても、角度βは約５°〜約４５°である。円錐の長さと形状を変えることによって、粉砕燃料濃度がより高い領域から粉砕燃料を集めることができ、また、低ＰＦ濃度の一次空気をより少なく集めることができる。言い換えれば、偏心／斜めの形状の円錐を使用して、より少ない一次空気を含む増大された量の粉砕燃料を集め、ダクト３８に運んで燃焼させることができる。
【００１８】
図３Ａ〜図３Ｃに示すように、他の実施形態では、円錐形濃縮器４２は周縁部４６を含み、周縁部４６は、１つ以上（例えば２つ）の空隙または不連続部４８を含む。図示のように、不連続部は、弧状の切り欠き部であってもよいが、他の形状を採用してもよい。実施形態では、不連続部４８は、面取りまたは斜角をつけた部分４９を有することができる。不連続部４８を有する実施形態は、図２Ａおよび図２Ｂに示すような偏心／斜円錐形状を有することも可能である。理解されるように、これらの円錐の実施形態はまた、より高濃度の粉砕燃料を含む一次空気を選択的に集める。
【００１９】
本発明の実施形態はまた、プレ点火導管および粉砕燃料ノズルの構成要素間の特定の幾何学的関係を含む。特に、粉砕燃料ノズルの内径Ｄは、重要なバーナー設計パラメータである。このように、実施形態は、内径Ｄと、例えばプレ点火導管のダクトの内径ｄなどの様々な他のパラメータとの間の幾何学的関係を利用する。
【００２０】
より具体的には、ある実施形態では、粉砕砕燃料ノズルの内径Ｄの幾何学的形状は、Ｄが５００ｍｍよりも小さい場合、ダクトの内径ｄがＤの半分よりも大きくなるような形状である。言い換えれば、Ｄ＜５００ｍｍであれば、ｄ≧Ｄ／２である。この関係に関して、直径ｄがＤ／２よりも小さい場合には、プレ点火導管の温度は急速に上昇しすぎ、点火およびボイラ始動プロセスの間、すなわち点火器が動作するときに、温度が高く保たれることが判明した。理解されるように、これは粉砕燃料ノズルの寿命を潜在的に損なうおよび／または低下させる可能性がある。
【００２１】
さらに、態様において、粉砕燃料ノズルの内径Ｄが５００ｍｍ〜６００ｍｍであれば、ダクト１６の内径ｄは２５０ｍｍ〜３００ｍｍである。つまり、５００ｍｍ≦Ｄ≦６００ｍｍであれば、２５０ｍｍ≦ｄ≦３００ｍｍである。この関係は、直径ｄが２５０ｍｍよりも小さく、プレ点火導管の温度が急激に上昇しすぎ、点火およびボイラ始動中に高く保たれ、粉砕燃料ノズルの寿命を低下させる可能性がある場合には重要である。逆に、直径ｄが３００ｍｍよりも大きい場合、プレ点火導管の温度は点火およびボイラ始動プロセスの間に低く保たれ、石炭の点火性能を低下させる可能性がある。
【００２２】
他の態様では、粉砕燃料ノズルの内径Ｄが６００ｍｍよりも大きい場合、ダクト１６の内径ｄは粉砕ノズルの内径Ｄの半分よりも小さく、すなわちＤ＞６００ｍｍであれば、ｄ≦Ｄ／２である。ここで、直径ｄがＤ／２よりも大きい場合、プレ点火導管の温度は、点火およびボイラ始動の間に低く保たれ、同様に石炭の点火性能を低下させる可能性がある。
【００２３】
ある実施形態では、ダクト１６の内径ｄは、粉砕燃料ノズルの内径Ｄの２倍の１／３よりも小さい。すなわち、ｄ≦２Ｄ／３である。この関係は、直径ｄが２Ｄ／３よりも大きい場合、粉砕燃料濃度が低下するように発火に影響を及ぼすという点で注目に値する。さらに、第２段以降の下流側の点火導管の内径は、粉砕燃料ノズルの内径Ｄの２倍の１／３よりも大きくすることが推奨される。
【００２４】
引き続き図１を参照すると、粉砕燃料ノズルの内径Ｄに関与する上記の幾何学的関係に加えて、他の幾何学的関係を利用して粉砕燃料濃度を最適化することができる。例えば、実施形態では、点火器出口（例えばプラズマ出口）は、円錐形濃縮器１２から距離Ｓだけ離間している。特定の実施形態では、距離Ｓは、約５０ｍｍ〜１５０ｍｍ、すなわち５０ｍｍ≦Ｓ≦１５０ｍｍである。より具体的には、距離は約１００ｍｍである。特に、距離Ｓが約５０ｍｍよりも小さい場合、円錐形濃縮器１２の入口面積が部分的に遮断されて、プレ点火導管内への粉砕燃料濃度に影響を及ぼす。距離Ｓが約１５０ｍｍよりも大きい場合、粉砕燃料の点火は、円錐形濃縮器１２の上流で潜在的に起こる可能性があり、したがってバーナーおよび点火器の寿命に影響を及ぼす。
【００２５】
さらに、態様において、円錐形濃縮器１２は、ダクトの内径ｄよりも約１．１〜約１．３倍大きい内径Ｍを有する。特定の実施形態では、円錐形濃縮器１２の内径Ｍは、内径ｄよりも１．２倍大きい。言い換えれば、内径Ｍとｄの関係は、ｄ×１．１≦Ｍ≦ｄ×１．３と表すことができる。ここで、係数が１．２より大きいかまたは小さい場合、粉砕燃料濃度ならびに粉砕燃料の収集およびダクトへの輸送が悪影響を受ける可能性があることが判明した。
【００２６】
さらに、実施形態では、ダクトの内径ｄは点火器出口の外径Ｐよりも大きく、すなわちｄ≧Ｐである。これは、直径ｄがより小さく、粉砕燃料（例えば石炭）の濃度が低下し、点火プロセスが悪影響を受ける可能性がある場合には重要である。
【００２７】
ある実施形態では、プレ点火導管は、ノズルの内径Ｄよりも大きい全長Ｌを有し、すなわちＬ≧Ｄである。この関係は、長さＬがより小さく、プレ点火導管内の粉砕燃料の滞留時間が減少し、それによって点火に影響を及ぼす場合には注目に値する。
【００２８】
ここで図４Ａから図４Ｃを参照すると、加圧燃料プレ点火導管内のＰＦ／空気混合物濃度は、円錐の幾何学的形状と、点火器／プラズマ発生器の円錐からの間隔Ｓとに基づいて変化する。より具体的には、図４Ａおよび図４Ｂは、距離Ｓによって濃度が異なることを示している。図４Ｂおよび図４Ｃは、濃度が円錐の形状および幾何学的形状に基づいて変化することを示す。
【００２９】
図５に示すように、ある実施形態では、プレ点火導管１００は、傾斜機構１５０を含むノズル１４０で使用するために構成することができる。図示された実施形態では、ノズル１４０は、一体型点火器／プラズマ発生器１２０と、プレ点火導管１００と、第２段点火導管またはチャンバ１２６とを含む。ノズル１７０の先端部は、傾斜機構１５０を介して軸Ａの周りを傾動可能である。理解されるように、プレ点火導管１００の実施形態は、他の傾斜または回転機構を有するノズルに組み込まれてもよい。
【００３０】
ここで図６Ａ〜６Ｂを参照すると、実施形態において、プレ点火導管４００は、点火入口４１０を特徴とする円錐４１２とダクト４１６とを含むことができる。点火入口４１０は、点火源、例えばプラズマトーチ（図示せず）を受けるように構成されている。ある実施形態では、点火入口４１０は、約３０度〜約９０度の角度αである。言い換えれば、３０°＜α＜９０°である。理解されるように、この実施形態では、点火源は、プレ点火導管自体に発火し、円錐から距離Ｓで離間していない。しかしながら、この実施形態において本明細書に記載の様々な円錐形状および他の幾何学的関係を利用してもよく、傾斜機構を備えたノズル内に配置されてもよい。
【００３１】
実施形態では、粉砕燃料ノズル用のプレ点火導管は、第１および第２の対向する端部を有し、第１の端部が点火器出口に面するように構成されているダクトと、第１の端部に固定され、点火器出口とダクトとの間に配置され、ダクト内で点火するために粉砕燃料を集めてダクトに送り込むように構成されている円錐形濃縮器とを含む。プレ点火導管は、粉砕燃料ノズル内の点火チャンバとして機能する。円錐形濃縮器は、偏心円錐を含んでもよく、または不連続な周縁部を有してもよい。円錐形濃縮器は、点火器出口から約５０ｍｍ〜約１５０ｍｍの距離に配置することができる。粉砕燃料ノズルは内径Ｄを有し、プレ点火導管のダクトは内径ｄを有し、Ｄ＞５００ｍｍであればｄ≧Ｄ／２である。実施形態では、５００ｍｍ≦Ｄ≦６００ｍｍであれば、２５０ｍｍ≦ｄ≦３００ｍｍである。さらに、態様において、Ｄ＞６００ｍｍであれば、ｄ≦Ｄ／２であり、ｄは≦２Ｄ／３とすることができる。実施形態では、点火器出口は外径Ｐを有し、ｄ≧Ｐである。プレ点火導管は全長Ｌを有し、Ｌ≧Ｄである。円錐形濃縮器は、５°〜４５°および１５°〜３０°の円錐角βを有することができる。円錐形濃縮器は内径Ｍを有し、プレ点火導管のダクトは内径ｄを有し、ｄ×１．１≦Ｍ≦ｄ×１．３である。
【００３２】
実施形態では、粉砕燃料ノズルは、出口を有する点火器と、第１および第２の対向する端部を有し、第１の端部が点火器出口に面するように構成されているダクトと、出口とダクトとの間で第１の端部に固定された円錐形濃縮器であって、円錐形濃縮器がダクト内で点火するために粉砕燃料を集めてダクトに送り込むように構成されている、円錐形濃縮器とを含むプレ点火導管とを含む。プレ点火導管は、粉砕燃料ノズル内の点火チャンバとして機能する。円錐形濃縮器は、偏心円錐を含んでもよく、または不連続な周縁部を有してもよい。円錐形濃縮器は、点火器出口から約５０ｍｍ〜約１５０ｍｍの距離に配置することができる。粉砕燃料ノズルは内径Ｄを有し、プレ点火導管のダクトは内径ｄを有し、Ｄ＞５００ｍｍであればｄ≧Ｄ／２である。実施形態では、５００ｍｍ≦Ｄ≦６００ｍｍであれば、２５０ｍｍ≦ｄ≦３００ｍｍである。さらに、態様において、Ｄ＞６００ｍｍであれば、ｄ≦Ｄ／２であり、ｄは≦２Ｄ／３とすることができる。実施形態では、点火器出口は外径Ｐを有し、ｄ≧Ｐである。プレ点火導管は全長Ｌを有し、Ｌ≧Ｄである。円錐形濃縮器は、５°〜４５°および１５°〜３０°の円錐角βを有することができる。円錐形濃縮器は内径Ｍを有し、プレ点火導管のダクトは内径ｄを有し、ｄ×１．１≦Ｍ≦ｄ×１．３である。粉砕燃料ノズルは、傾斜機構を含むことができる。
【００３３】
さらに別の実施形態では、粉砕燃料ノズル用のプレ点火導管は、第１および第２の対向する端部を有するダクトを含み、第１の端部は点火器出口に面するように構成されている。ダクトはさらに、点火源をプレ点火導管に取り付けるための点火出口または側部アクセスダクトを含む。点火出口は、約３０°〜９０°の範囲の角度αであり、言い換えれば、３０°＜α＜９０°である。導管はまた、濃縮器を含むことができ、濃縮器は、第１の端部に固定され、点火器出口とダクトとの間に配置され、ダクト内で点火するために粉砕燃料を収集してダクトに送り込むように構成される。
【００３４】
上記の説明が制限ではなく例示を意図していることを理解されたい。例えば、上で説明した実施形態（および／またはそれらの態様）を互いに組み合わせて用いてもよい。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに、それらの教示に特定の状況または材料を適応させる多くの修正を施してもよい。本明細書で説明した材料の寸法および種類は、本発明のパラメータを定義することを意図しており、決して限定ではなく、単なる例示的な実施形態である。他の多くの実施形態は、上記の説明を検討する際に当業者にとって明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項を参照して、そのような請求項が権利を与える十分な均等物の範囲と共に決定されるべきである。添付した特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「そこにおいて（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれ「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこにおいて（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語の平易な英語の同義語として用いている。また、以下の請求項では、「第１の」、「第２の」、「第３の」、「上部の」、「下部の」、「底部の」、「頂部の」などの用語は、単なる目印として用いられており、それらの対象に数値的または位置的な要件を課すことを意図してはいない。さらに、以下の請求項の限定事項は、そのような請求項の限定事項が「…のための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」という語句の後にさらなる構造への言及を欠く機能の記述が続いて明示的に使用していない限り、そしてそうするまでは、ミーンズプラスファンクション（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ）形式での記載ではない。
【００３５】
本明細書では、本発明の幾つかの実施形態を最良の形態を含めて開示するために、また、任意の装置またはシステムの製作および使用、および組み込まれた任意の方法の実施を含めて当業者が本発明の実施形態を実践することを可能にするために例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定義され、当業者が思い付く他の実施例を含み得る。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
【００３６】
本明細書で使用する場合、単数形で記載され、単語「ａ」または「ａｎ」の後に続く要素またはステップは、複数の要素またはステップを除外しないものとして理解されるべきであるが、そのような除外が明示的に述べられている場合は除く。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、記載した特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図してはいない。さらに、明示的な反対の記載がない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有さない追加の要素を含んでもよい。
【００３７】
本明細書に込められた本発明の主旨および範囲から逸脱せずに、上で説明したシステムおよび方法にいくらかの変更を行うことができるため、上記の説明の主題または添付図面に示す主題の全ては、本明細書における本発明の概念を例示する単なる例として解釈されるべきであり、本発明を限定するものとみなされるべきではないことを意図している。
【符号の説明】
【００３８】
１０  プレ点火導管
１２  円錐形濃縮器
１３  周縁部
１４  ノズル／粉砕燃料ノズル
１５  ガイドプレート
１６  ダクト
１７  キッカー
２０  点火器／プラズマ発生器
２３  点火器／プラズマ発生器出口
２６  チャンバ
３１  円錐部／より短い部分
３２  円錐形濃縮器
３３  円錐部／より長い部分
３６  周縁部
３８  ダクト
４２  円錐形濃縮器
４６  周縁部
４８  不連続部
４９  面取り部分
１００  プレ点火導管
１２０  一体型点火器／プラズマ発生器
１２６  第２段点火導管またはチャンバ
１４０  ノズル
１５０  傾斜機構
１７０  ノズル
４００  プレ点火導管
４１０  点火入口
４１２  円錐
４１６  ダクト
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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