(57)【要約】  運搬ガスで推進された粒状の固形燃料のためのバーナー、上記バーナーは、バーナーブロック（１００）および注入器組立体（２００）を有し、上記注入器組立体は、上記バーナーブロックの上記注入器通路（１３０）によって少なくとも部分的に囲まれ、上記注入器組立体は、燃料注入器を囲む内側酸素供給パイプ（２１０）を有し、内側酸素供給パイプが順に酸素注入器（２３０）を囲み、それぞれ上記通路出口の側で下流側端部（２１１、２２１、２３１）を有し、上記内側酸素供給パイプは、注入方向を伴って、上記燃料注入器内への第１の酸素の横噴射の注入のための横第１酸素ノズル（２１２）のセットが取り付けられた側面を有し、上記注入方向は、上記長手方向の周りの回転の同じ向きに従い、上記燃料注入器の下流側端部に向けて指向され、上記横第１酸素ノズルは、上記燃料注入器の上記下流側端部（２２１）から多くの異なる距離で配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナーブロック（１００）および注入器組立体（２００）を有するバーナーであって、
上記ブロック（１００）は、入口面（１１０）、および出口面（１２０）、および長手方向Ｄ１に沿って上記入口面（１１０）の通路入口（１３１）から上記出口面（１２０）の通路出口（１３２）へ伸びた注入器通路（１３０）を有し、
上記注入器組立体（２００）は、上記注入器通路（１３０）によって少なくとも部分的に囲まれ、且つ、それぞれ上記通路出口（１３２）の側で下流側端部（２１１、２２１、２３１）を有する、内側酸素供給パイプ（２１０）、燃料注入器（２２０）、および酸素注入器（２３０）を有し、
上記燃料注入器（２２０）は、
運搬ガスによって推進された粒状の固形燃料を上記通路出口（１３２）に向けて注入するための燃料注入ノズル（２２２）を、その下流側端部（２２１）に有し、そして、
上記内側酸素供給パイプ（２１０）の上記下流側端部（２１１）の近くで上記内側酸素供給パイプ（２１０）を囲み、
上記酸素注入器（２３０）は、
第２の酸素を上記通路出口（１３２）に向けて注入するための酸素注入ノズルを、その下流側端部（２２１）に有し、そして、
上記酸素注入器（２３０）の上記下流側端部（２３１）の近くで上記燃料注入器（２２０）を囲み、
上記内側酸素供給パイプ（２１０）は、上記燃料注入器（２２０）内への第１の酸素の横噴射の注入のための横第１酸素ノズル（２１２）のセットが取り付けられた側面を有し、上記横第１酸素ノズル（２１２）は、
上記燃料注入器（２２０）の上記下流側端部（２２１）から上記長手方向Ｄ１に沿って計測された多くの異なる距離で配置され、そして、
長手方向Ｄ１の周りで回転の同じ向きに従い、燃料注入器（２２０）の下流側端部（２２１）に向けて指向された注入方向を伴って、第１の酸素の上記横噴射の注入のため指向された注入開口を有する、
バーナー。
【請求項２】
上記横第１酸素ノズル（２１２）は、上記内側酸素供給パイプ（２１０）の上記側面へ実質的に接線をなす注入方向を伴って、第１の酸素の上記横噴射の注入のため指向された注入開口を有する、
請求項１のバーナー。
【請求項３】
上記内側酸素供給パイプ（２１０）を上記燃料注入器（２２０）内へ取り付けるための手段、および上記内側酸素供給パイプ（２１０）を上記燃料注入器（２２０）から取り除くための手段を有する、
請求項１または請求項２のバーナー。
【請求項４】
上記内側酸素供給パイプ（２１０）を上記燃料注入器（２２０）内へ取り付けるための手段、および上記内側酸素供給パイプ（２１０）を上記ブロック（１００）の上記入口面（１１０）側で上記燃料注入器（２２０）から取り除くための手段を有する、
請求項３のバーナー。
【請求項５】
運搬ガスによって推進された粒状の固形燃料を上記燃料注入器（２２０）へ供給するための燃料供給パイプをさらに有し、この燃料供給パイプは、上記燃料注入器（２２０）の上流側でエルボー（２２３）を規定し、当該バーナーは、上記燃料注入器（２２０）とライン状に並んで上記エルボー（２２３）で上記燃料供給パイプに取り付けられた枝パイプ（２２４）を有し、この枝パイプを通って上記内側酸素供給パイプ（２１０）を上記燃料注入器（２２０）内へ取り付けでき、且つ上記燃料注入器（２２０）から取り除くことができる、
請求項４のバーナー。
【請求項６】
上記内側酸素供給パイプ（２１０）の側面に上記横第１酸素ノズル（２１２）を取り付けるための手段、および上記内側酸素供給パイプ（２１０）の側面から上記横第１酸素ノズル（２１２）を取り除くための手段を有する、
請求項１乃至請求項５のいずれかのバーナー。
【請求項７】
上記横第１酸素ノズル（２１２）は、上記内側酸素供給パイプ（２１０）の上記側面の周りの多くの異なる放射状の角度（θ１、θ２、θ３、θ４）に配置されている、
請求項１乃至請求項６のいずれかのバーナー。
【請求項８】
上記内側酸素供給パイプ（２１０）は、第１酸素の注入のため、その下流側端部（２１１）に、終端第１酸素ノズル（２１６）をさらに有する、
請求項１乃至請求項７のいずれかのバーナー。
【請求項９】
上記酸素供給パイプは、
上記終端第１酸素ノズル（２１６）に流体を流通可能に接続し、この終端第１酸素ノズルで終わる中央筒（２１３）と、
上記内側酸素供給パイプ（２１０）の上記側面と上記中央筒（２１３）との間の囲む環状通路（２１４）と、を有し、
上記囲む環状通路は、上記横第１酸素ノズル（２１２）と流体を流通可能に接続されている、
請求項８のバーナー。
【請求項１０】
上記中央筒（２１３）および上記囲む環状通路（２１４）へ流体を分けて流通可能に接続された酸素分配器（２４０）をさらに有し、この酸素分配器は、該酸素分配器（２４０）を酸素の供給源へ接続するための手段を有し、上記中央筒（２１３）内への上記第１酸素流れと上記囲む環状通路（２１４）内への上記第１酸素流れとの間の割合を制御するために取り付けられている、
請求項９のバーナー。
【請求項１１】
上記通路出口（１３２）に最も近い上記注入器通路（１３０）内に拡がった前燃焼部（１３５）を有する、
請求項１乃至請求項１０のいずれかのバーナー。
【請求項１２】
燃焼チャンバーを規定する炉壁と、
上記バーナーブロック（１００）の上記出口面（１２０）が上記燃焼チャンバーに面し、且つ上記バーナーブロック（１００）の上記入口面（１１０）が上記燃焼チャンバーの外側からアクセス可能なように、炉壁に取り付けられた、請求項１乃至請求項１１のいずれかによる少なくとも１つのバーナーと、
を有する炉。
【請求項１３】
燃焼チャンバーを規定する炉壁と、
上記バーナーブロック（１００）の上記出口面（１２０）が上記燃焼チャンバーに面し、且つ上記バーナーブロック（１００）の上記入口面（１１０）が上記燃焼チャンバーの外側からアクセス可能なように、炉壁に取り付けられた、請求項１乃至請求項１０のいずれかによる少なくとも１つのバーナーと、を有し、
上記少なくとも１つのバーナーは、上記バーナーブロック（１００）の上記出口面（１２０）が上記燃焼チャンバーに面する上記壁の表面に関して凹まされて、上記バーナーブロック（１００）の上記出口面（１２０）と上記壁の上記表面との間に拡がった前燃焼部を製造するように、上記炉壁に取り付けられる炉。
【請求項１４】
その中で熱を製造するために炉の燃焼ゾーン内で粒状の固形燃料を燃焼するための請求項１乃至請求項１１のいずれかによるバーナーの使用。
【請求項１５】
微粉状にされた石炭を燃焼するための請求項１３による使用。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、粒状の或いは粉状の石炭のような粒状の固形燃料の燃焼の分野に関し、より具体的には、上記粒状の固形燃料の運搬ガスを酸素リッチにする分野に関する。
【０００２】
酸素リッチにすることは、燃焼プロセスの効率を改良するために、および／或いはＮＯＸ排出を制限するために提案されている。
【０００３】
ガス状燃料の流れを酸素リッチにすることは、他の多くの中の、ガラス溶融、石灰およびセメント窯、および鋼製造などの多くの産業プロセスで首尾よく実行されている。
【０００４】
一方、石炭は、現在入手可能な最も豊富な化石燃料であって、世界で発生された殆どの電力は燃料として石炭を用いている。
【０００５】
固形燃料粒子の場合、運搬ガスが、しばしば、固形燃料粒子を燃料貯蔵部或いは製粉装置（例えば、石炭微粉砕機）からバーナーへ移送するために必要とされる。
【０００６】
ガス状燃料流れを酸素リッチにすることと比較して、微粉状にされた石炭／空気流れのような、粒子を運ぶ流れを酸素リッチにすることは、追加のチャレンジを与える。このようなチャレンジは、以下に説明するような多くの要因によって現れる。
【０００７】
第１に、粒子を運ぶ流れを酸素リッチにすることは、時期尚早の発火、爆発、或いは他の不利益な作用を避けるための多くの注意を払って取り扱われなければならない可燃性すなわちより高い可燃性の流れをバーナー内で生じる。
【０００８】
第２に、石炭粒子は、通常、不均一な粒子サイズ分布を有する。石炭を燃料に使う多くの電力プラントは、約７５−１２０μｍの範囲のサイズの小部分を使う。重力の影響の下で、粒子を運ぶ流れの中の石炭粒子の軌道は、ガス流線からそれる。小さな粒子がガス流線のより近くを流れるのに対して、大きな粒子はよりそれる。さらに、“ロープ現象”として知られる現象が、流路の湾曲部で観測される。その結果、粒子の装填が流路の断面を横切って不均一であり、粒子は、流路内の特定位置に置かれて凝集される可能性がある。
【０００９】
（１）ガス状ではない燃料、特に固形燃料と運搬ガスの混合物の供給源；（２）酸素の供給源；（３）燃焼チャンバーに影響を及ぼすように関連したバーナー；（４）ガス状ではない燃料と運搬ガスの混合物の供給源に流体を流通可能に接続した燃料ダクト；（５）酸素の供給源に流体を流通可能に接続した環状の酸素筒；および（６）酸素の供給源に流体を流通可能に接続した少なくとも第１および第２の注入要素；を有するシステムによってガス状ではない燃料と運搬ガスの混合物の燃焼を改良することがＷＯ−Ａ−２００６０３２９６１から知られている。
【００１０】
上記システムの燃料ダクトは、バーナーに向かう軸に沿って伸びる部分を有する。
【００１１】
少なくとも第１および第２の注入要素は、バーナーの上流側或いはバーナーで混合物の流れの中へ酸素を注入して混合するように形成されている。第１および第２の注入要素の少なくとも一方は、上記筒から酸素を受ける。第１および第２の注入要素はさらに離間している。
【００１２】
上述したシステムを利用すると、ガス状ではない燃料と運搬ガスの混合物が燃料ダクト内へ流れることを初めに許容される。そして、ガス状ではない燃料と運搬ガスの混合物と酸素とが混合されるように、第１および第２の注入装置から酸素が流れることが許容される。このようにして、酸素、ガス状ではない燃料、および運搬ガスが混合されたものが、燃焼チャンバー内で燃焼される。
【００１３】
ＷＯ−Ａ−２００６０３２９６１に開示されたシステムの原理が、次に改良された燃焼を引き起こす、ガス状ではない燃料と運搬ガスの混合された流れの中へ注入された酸素の改良された混合を与えるのではあるが、産業的な環境におけるシステムの実際的な運用は、固形燃料の燃焼に固有の問題に関する多くの困難に直面する。
【００１４】
現実に、産業で使用する粒状の固形燃料の範囲はかなり変化する。微粉状にされた石炭のような特定タイプの粒状の固形燃料でさえ、平均粒子サイズ、粒子サイズの分布、構成、含有湿度、揮発性物質の含有量、結合した窒素の含有量などのパラメータが、固形燃料の１つのバッチから他のバッチへ非常に異なることができ、それぞれのバッチが、燃焼プロセスにおける固形燃料の振る舞いに影響を与える。
【００１５】
ＷＯ−Ａ−２００６０３２９６１から知られたシステムの主な不都合は、柔軟性に欠けることである。現実に、異なる最適化されたシステムは、特定の粒状の固形燃料のそれぞれに合わせてデザインされて製造されることが必要である。このことは、システムのコストを意味ありげに増大し、種々の粒子サイズおよび構成の粒状の固形燃料を使う燃焼プロセスにこのシステムが適さないようにする。
【００１６】
ＷＯ−Ａ−２００６０３２９６１から知られたシステムのさらなる不都合は、その比較的高いメンテナンスコストである。現実に、微粉状にされた石炭／空気流れのような粒子を運ぶ流れはとても表面が粗く、酸素筒および粒子を運ぶ流れの中に突出する注入器のようないかなる要素も重大な損傷をこうむるようになり、結局、機能不全を引き起こし、時期尚早の発火や爆発の実質的なリスクを引き起こす。このような事態が生じることを防止するため、ＷＯ−Ａ−２００６０３２９６１から知られたシステムにおいて、通常、燃料ダクトの内側にあって磨耗に晒される少なくとも酸素リッチにする全ての構造の交換が必要である。
【００１７】
燃焼チャンバーの上流側で運搬ガスと粒状の固形燃料の混合物内への多くの離間した酸素注入の原理の産業の環境において実用的な運用に適した改良されたバーナーを提供することが本発明の目的である。
【００１８】
本発明によると、バーナーブロックと注入器組立体を有するバーナーが提供される。
【００１９】
通常、セラミック耐火性材料で形成されたバーナーブロックは、入口面および出口面を有する。注入器通路は、長手方向（以下、Ｄ１として示す）に沿ってバーナーブロックを通って入口面の通路入口から出口面の通路出口へ伸びている。
【００２０】
注入器組立体は、通常、適した熱および腐食耐性特性を伴う金属で形成され、注入器通路によって少なくとも部分的に囲まれている。注入器組立体は、内側酸素供給パイプ、燃料注入器、および酸素注入器を有し、それぞれ、通路出口側に下流側の端部を有する。
【００２１】
燃料注入器は、通路出口に向けて運搬ガスによって推進された粒状の固形燃料を注入するための燃料注入ノズルをその下流側の端部に有する。燃料注入器は、さらに、後者の下流側端部の近くで内側酸素供給パイプを囲む。
【００２２】
酸素注入器は、燃料注入器をその（すなわち、酸素注入器の）下流側端部の近くで囲み、或いは、言い換えると、酸素注入器の下流側端部が、燃料注入器を囲む。また、酸素注入器は、その下流側端部に、第２の酸素を燃料注入器の周りで通路出口に向けて注入するための酸素注入ノズルを有する。
【００２３】
内側酸素供給パイプは、１セットの横第１酸素ノズルを備えた側面を有する。これらの横第１酸素ノズルは、上述したようにその下流側端部の近くで内側酸素供給パイプを囲む燃料注入器内へ第１の酸素の横噴射の注入をするように仕向けられている。複数の横第１酸素ノズルは、燃料注入器の下流側端部から上述した長手方向Ｄ１に沿って測定された多くの異なる距離で配置されている。横第１酸素ノズルは、第１酸素のこれらの横噴射の注入のために注入の向きで指向された注入開口を有する。注入の向きは、上記長手方向Ｄ１の周りの回転（すなわち、時計回り或いは反時計回り）の同じ向きに従い、さらに、燃料注入器の下流側端部に向けて、すなわち注入器通路出口に向けて指向されている。
【００２４】
これら複数の横第１酸素ノズルは、都合よくは、内側酸素供給パイプの側面に対して実質的に接線をなす注入方向で、第１酸素の横噴射の注入のために指向された注入開口を有する。特に、横第１注入ノズルの注入開口は、有用には、長手方向Ｄ１に対して２０と７０の間の角度αを形成する注入方向で、第１酸素の横噴射の注入のため、指向されることができる。複数の横第１酸素注入ノズルは、好ましくは、長手方向Ｄ１に対する上記角度αが予め決められた角度θと一致し或いは近付くように（すなわち、予め決められた値を伴う角度θ）、角度αが［θ―１０°、θ＋１０°］の範囲内へ落ち込むようにされる。
【００２５】
本発明によるところのバーナーは、好都合には、燃料注入器内へ内側酸素供給パイプを取り付けるための手段、および燃料注入器から内側酸素供給パイプを取り除くための手段、好ましくは、ブロックの入口面の側、すなわちブロックの‘冷たい側’と呼ばれる側に内側酸素供給パイプを取り付けおよび取り除くための手段を有する。
【００２６】
バーナーの燃料供給パイプは、運搬ガスによって推進された粒状の固形燃料を燃料注入器へ供給する。
【００２７】
上記燃料供給パイプは、一般に、燃料注入器の上流側に、エルボー或いは曲部を形成或いは規定する。この場合、バーナーは、好ましくは、燃料注入器とライン状に並んで上記エルボーで燃料供給パイプに取り付けられた枝パイプを有する。そして、内側酸素供給パイプは、燃料注入器内へ取り付けでき、上記枝パイプを通して燃料注入器から取り除くことができる。
【００２８】
バーナーは、都合よくは、内側酸素供給パイプの側面に横第１酸素ノズルを取り付けるための手段、および内側酸素供給パイプの側面から横第１酸素ノズルを取り除くための手段を備えている。このような手段は、一般に、内側酸素供給パイプの側壁内への開口或いは孔であり、これら開口或いは孔内へ横第１酸素ノズルが所望する方向で取り付けられることができる。開口の数は、横第１酸素ノズルの数を上回ってもよく、この場合、このようなノズルを除く開口は、例えば取り除くことのできるプラグでふさがれる。上記取り除くことのできるプラグは、都合よくは、実質的に内側酸素供給パイプの側面と面一である。横第１酸素ノズルを内側酸素供給パイプの側面に取り付けるための手段は、都合よくは、注入開口の予め決められた方向で、例えば上記開口の場所へ上記ノズルを締結或いはクリック止めすることにより、横第１酸素ノズルを内側酸素供給パイプの側面に固定するための固定機構を有し、開口のノズル受け入れ部および上記開口に入るノズルの部分が一致する形を有する。
【００２９】
横第１酸素ノズルは、内側酸素供給パイプの側面の周りの多くの異なる放射状の角度で配置されることができる。
【００３０】
本発明の特に都合のよい実施例によると、内側酸素供給パイプは、さらに、その下流側の端部で第１の酸素を通して注入できる終端第１酸素ノズルを有する。この終端第１酸素ノズルは、特に、第１酸素の長手方向Ｄ１に沿った通路出口に向かう注入のために取り付けられてもよい。第１酸素の長手方向Ｄ１の追加の注入器が炎の安定性や着きを改良することができることが見出される。特に有用な実施例によると、内側酸素供給パイプは、中央筒および囲む環状通路を有する。中央筒は、流体を流通可能な接続で終端第１酸素ノズルで終わる。囲む環状通路は、内側酸素供給パイプの側面と中央筒との間にあり、複数の横第１酸素ノズルと流体を流通可能に接続されている。一方で、中央筒／終端第１酸素ノズルと、他方で、囲む環状通路／横第１酸素ノズルと、の間で第１酸素を分配するため、バーナーは、好ましくは、酸素分配器を有する。上記酸素分配器は、中央筒と囲む環状通路とに分けて流体を流通可能に接続する。この酸素分配器は、それを酸素の供給源へ接続するための手段を有する。さらに、この酸素分配器は、中央筒内への第１酸素流れと囲む環状通路内への第１酸素流れとの間の割合を制御するために設けられている。
【００３１】
渦巻器は、一般に、燃料注入ノズルで或いは燃料注入ノズルの最も近くで、燃料注入器内に取り付けられてもよく、好ましくは、内側酸素供給パイプの周りに取り付けられる。このような渦巻器は、従来技術で知られており、流体内、（in casu）粒状の固形燃料を運ぶ運搬ガス内で乱流を生じるように使用される。この渦巻器が運搬ガスによって推進された粒状の固形燃料に晒される装置と一致する場合、バーナーは、好ましくは、燃料注入器内へ渦巻器を取り付けるため、および内側酸素供給パイプとともに或いは内側酸素供給パイプが燃料注入器から取り除かれた後に燃料注入器から渦巻器を取り除くため、取り付けられる。
【００３２】
本発明の実施例によると、注入器通路は、内側酸素供給パイプ、燃料注入器、および第２酸素注入器のそれぞれの下流側端部の下流側で拡がっている。拡がった前燃焼部は、通路出口に最も近い注入器通路に生出される。炎の安定性および／或いは着きは、それにより改良される。前燃焼部の長さ（長手方向Ｄ１に沿った）と直径との間の比は、好ましくは、０．６と１．０の間、好ましくは、０．７と０．９の間である。バーナーが拡がった前燃焼部を有する場合、内側酸素供給パイプおよび燃料注入器の下流側の端部は、好ましくは、拡がった前燃焼部の初めで或いは上記拡がった前燃焼部の最も近くまたは上流側で、通路出口の上流側に位置される。また、酸素注入器の下流側端部は、この位置で配置されてもよく、有用には注入器通路のさらに上流側に配置される。
【００３３】
改良された炎の安定性および／或いは着きの同じ或いは同様の効果は、バーナーブロックの出口面が上記チャンバー或いは炉の燃焼ゾーンに面する上記壁の面に関して凹まされるように、燃焼チャンバー或いは炉の壁にバーナーを取り付けることによって、得られることができ、バーナーブロックの出口面と壁の上記表面との間の拡がった前燃焼部を生出する。上述したように、前燃焼部の長さと直径との間の割合は、好ましくは、０．６と１．０の間、好ましくは、０．７と０．９の間である。
【００３４】
代りに、注入器通路は、実質的に円筒形でよく、この場合、内側酸素供給パイプ、燃料注入器、および酸素注入器の下流側の端部は、都合よくは、通路出口の上流側に配置される。
【００３５】
既に上述したように、酸素注入器の下流側の端部は、燃料注入器の下流側の端部の上流側に位置されることができる。
【００３６】
本発明は、燃焼チャンバーを規定する炉壁を有する炉に関する。上述した実施例のいずれかによる少なくとも１つのバーナーは、バーナーブロックの出口面が燃焼チャンバーに面し、且つバーナーブロックの入口面が燃焼チャンバーの外側からアクセス可能なように、炉壁に取り付けられる。
【００３７】
既に上述したように、上記炉の１つの実施例によると、バーナーブロックの出口面が燃焼チャンバーに面する上記壁の表面に関して凹まされて、それにより、バーナーブロックの出口面と壁の上記表面との間に拡がった前燃焼部を生出するように、少なくとも１つのバーナーが上記炉壁に取り付けられる。前燃焼部の長さと直径との間の割合は、好ましくは、０．６と１．０の間、好ましくは、０．７と０．９の間である。
【００３８】
本発明は、特に、トンネル窯および炉、通過窯、ボイラー、回転窯および炉、およびトンネル炉に関する。
【００３９】
さらに、本発明は、その中で熱を製造するために炉の燃焼ゾーン内で粒状の固形燃料を燃焼するための上述した実施例のいずれかによるバーナーの使用に関する。粒状の固形燃料は、好ましくは、微粉状にされた石炭であり、しかし、ペットコークス、粒状のバイオマスなどのような異なる粒状の固形燃料であってもよい。
【００４０】
本発明は、特に、都合よくは、セメント石灰或いはしっくいのような液圧セッティングバインダーの製造のための炉内で使用されることができる。
【００４１】
第１酸素は、都合よくは、少なくとも７５％ｖｏｌの酸素含有量を有し、好ましくは、少なくとも８５％ｖｏｌ、より好ましくは、少なくとも９０％ｖｏｌの酸素含有量を有する。第２酸素は、空気であってもよく、しかし、好ましくは、上述したように、第１酸素に関して、高い酸素含有量を有する。
【００４２】
本発明およびその効果は、添付された図１から７を参照して、特定の実施例の例としての以下の説明からよりたやすく理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明によるところのバーナーの実施例の概略斜視図である。
【図２】図２は、図１のバーナーの概略側面図である。
【図３】図３は、図１および２のバーナーを面Ａ−Ａで切断した断面概略図である。
【図４】図４は、上記バーナーの内側酸素供給パイプを面Ａ−Ａで切断した断面概略図である。
【図５】図５は、図１および２のバーナーの前立面概略図である。
【図６】図６は、横第１酸素ノズルの概略斜視図である。
【図７】図７は、本発明によるところのバーナーの他の実施例の下流側の端部の概略断面図である。
【００４４】
本発明の図示されたバーナーは、バーナーブロック１００および注入器組立体２００を有する。
【００４５】
バーナーブロック１００は、入口面１１０および出口面１２０を有する。このブロックは、さらに、バーナーブロックを通って入口面１１０から出口面１２０へ伸びる注入器通路１３０をもたらす。
【００４６】
この注入器通路１３０は、入口面１１０に通路入口１３１を有し、出口面１２０に通路出口１３２を有する。
【００４７】
使用において、このバーナーブロック１００は、入口面１１０が炉の外側に面するのに対し、出口面１２０が燃焼チャンバーの内側の燃焼ゾーンに面するように、燃焼チャンバーの壁の中に搭載或いは組み込まれ、バーナー制御、メンテナンス、および修復のため、一般に、燃焼チャンバーの外側からアクセス可能である。
【００４８】
このバーナーブロック１００は、耐火性の材料、特にセラミック耐火性材料で形成されている。
【００４９】
図１から５に示された実施例において、注入器通路１３０は、通路出口１３２の近くで拡がった前燃焼部１３５を有する。他方で、図７に示された実施例において、注入器通路１３０は、実質的に一定の直径を有し、拡がった前燃焼部を含まない。
【００５０】
実際には、特に良好な炎の安定性および炎の着きは、長さと幅の割合が０．６と１．０の間、より好ましくは、０．７と０．９の間である前燃焼部とともに達成される。前燃焼部の長さは、都合よくは、８と１４ｃｍの間、より好ましくは、９と１２ｃｍとの間である。
【００５１】
図１から４の実施例において、バーナーブロック１００は、耐火性の材料１３６および１３７の２つのパーツの組立体である。入口面１１０は、いくつかの小面１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを有する。前燃焼部の（長手方向Ｄ１における）長さは、耐火性材料の２つのパーツ１３６、１３７の相対位置によって決められる。図７の実施例において、バーナーブロックは、耐火性材料の単一ピースで一体に形成されている。
【００５２】
注入器組立体２００は、内側酸素供給パイプ２１０、燃料注入器２２０、および酸素注入器２３０を有する。
【００５３】
内側酸素供給パイプ２１０、燃料注入器２２０、および酸素注入器２３０それぞれの下流端部２１１、２２１、および２３１は、全て、バーナーブロック１００の注入器通路１３０の中に位置されている。燃料注入器２２０は、その下流端部２２１に燃料注入ノズル２２２を有し、少なくとも上記内側酸素供給パイプの下流側端部２１１の近くで内側酸素供給パイプ２１０を囲み、内側酸素供給パイプ２１０の周りで運搬ガスによって推進されて通路出口から燃焼ゾーン内へ注入するための通路出口１３２に向けて指向された粒状の固形燃料の流れを生出する。
【００５４】
図示された実施例において、燃料注入ノズル２２２は、燃料注入器２２０の下流側端部２２１に取り付けられた分離ピースである。
【００５５】
渦巻器２２９は、燃料注入器の下流側端部２２１の近くで燃料注入器２２０に取り付けられている。上記渦巻器２２９は、内側酸素供給パイプ２１０を囲む。
【００５６】
酸素注入器２３０は、第２酸素の注入のため、酸素注入器の下流側端部２３１に第２酸素ノズル２３２を有する。この酸素注入器２３０は、酸素注入器２３０の少なくとも下流側端部２３１の近くで燃料注入器２２０を囲む。
【００５７】
使用において、酸素注入器２３０は、そのような拡がった前燃焼部がある場合、注入器通路１３０の拡がった前燃焼部１３５を介して、通路出口から燃焼ゾーン内への注入のため、燃料注入器２２０の周りで通路出口１３２へ指向する第２酸素の流れを提供する。
【００５８】
図示された実施例において、第２の酸素ノズル２３２は、酸素注入器２３０の下流側２３１とともに一体に形成されている。代りの実施例は、上記下流側端部２３１に取り付けられた別体に形成された第２の酸素ノズルを有してもよい。
【００５９】
図示された実施例において、酸素注入器２３０の下流側端部２３１は、内側酸素供給パイプ２１０および燃料注入器２２０それぞれの下流側端部２１１および２２１より、さらに通路出口１３２から離れた位置にある。
【００６０】
酸素注入器の下流側端部２３１は、下流側端部２１１および２２１に近付いて配置されてもよいが、好ましくは、上記下流側端部２１１および２２１を越えて伸びない。
【００６１】
その下流側端部２１１の近くにおいて、内側酸素供給パイプ２１０は、燃料注入器２２０内の中心に位置されている。
【００６２】
多くの横第１酸素ノズル２１２は、内側酸素供給パイプの側面の穿孔２１５によって、内側酸素供給パイプ２１０の側面に取り付けられている。これら横第１酸素ノズルおよび対応する穿孔２１５は、内側酸素供給パイプ２１０の下流側端部２１１から異なる距離で配置されている。
【００６３】
使用において、これらの横第１酸素ノズル２１２は、燃料注入器本体内へ酸素を注入し、それにより、粒状の固形燃料を燃料注入ノズル２２２および通路出口１３２に向けて放出するにつれて運搬ガスを段々にリッチにする。
【００６４】
横第１酸素ノズル２１２は、酸素注入方向を伴って、燃料注入器２２０内へ第１の酸素を注入するように指向された注入開口を有する。この酸素注入方向は、酸素供給パイプの側面に対して実質的に接線の、注入器通路１３０の長手方向Ｄ１と角度αを形成する、通路出口１３２に向かう。角度αは、横第１酸素噴射が注入器開口を離れる最初の方向と一致し、そしてその後で：
（１）第１の酸素噴射の方向が運搬ガスによって推進された粒状の固形燃料の燃料注入器内の流れの影響の下で変化し、
（２）そして、注入された第１の酸素が上記運搬ガスに急に混ざりリッチにすることが高く評価されるであろう。
【００６５】
横第１注入ノズル２１２の特定の注入方向は、運搬ガスを酸素でだんだんにリッチにすることを許容するのみならず、燃料注入器２２０における圧力低下の実質的な増大を引き起こすことなく、或いは燃料注入器２２０におけるあらゆる追加の圧力低下がなく、横第１酸素ノズル２１２が運搬ガスによって推進された粒状の固形燃料の通路内へ伸びているという事実を軽蔑する。
【００６６】
横第１酸素ノズル２１２の注入方向は、さらに、燃料注入器２２０の内側で生じる或いは生じた粒状の固形燃料の実質的なあらゆる堆積を防止、制限、或いは除去し、そして、燃料注入器２２０の断面を横切る粒状の固形燃料のより同種の分布を提供する。粒状の固形燃料の通路内への横第１酸素ノズル２１２の突出が、その突出が生出する乱流が固形燃料の実質的な堆積の制限或いは防止に実際に寄与することが推測される。
【００６７】
図示された実施例において、角度αは、全ての横第１注入ノズルで同じである。
【００６８】
いくらかの特別な場合において、より良いすなわちより同種の粒状の固形燃料の燃料注入器２２０内における分布を達成するため、異なる横第１注入ノズルで異なる角度αを有することが都合がよいかもしれない。
【００６９】
運搬ガスが燃料注入器を通って流れるにつれて運搬ガスを連続的に酸素リッチにすることの縦のプロフィールは、
（１）横第１酸素ノズル２１２の縦の位置（内側酸素供給パイプ２１０の下流側端部２１１に関する距離、或いは燃料注入器２２０の下流側端部２２１に関する距離）、
（２）横第１酸素ノズル２１２それぞれの注入開口、その断面が、内側酸素供給パイプ２１０へ供給された第１酸素が個々のノズル２１２を通って注入される小部分を決める（より小さい注入開口は、より広い注入開口と比較して、それを通る第１酸素の流れを制限する）、
によって決められる。
【００７０】
また、図３、４、および５に示すように、複数の横第１酸素ノズル２１２および対応する複数の穿孔は、異なる放射状の位置（図４で上方の垂直方向に対して形成された時計回り方向の角度θ１＝０°、θ２＝９０°、θ３＝１８０°、θ４＝２７０°として示されている）に配置されている。横第１酸素ノズル２１２の放射状の位置は、特に、その下流側端部で、燃料注入器２２０内における、固形燃料の堆積の発生、および燃料リッチまたは燃料の無いゾーン或いは細長い地帯の発生を防止するために最適化されることができる。
【００７１】
例えば、粒状の固形燃料の沈降の見込みが高い場所では、内側酸素供給パイプ２１０の下方に第１酸素噴射を注入するように、より多くの横第１酸素ノズル２１２が配置されてもよく、または、燃料の堆積が最も生じそうな内側酸素供給パイプの頂部よ横切って配置することも可能である。
【００７２】
図示された実施例において、内側酸素供給パイプ２１０は、終端第１酸素ノズル２１６で終わる中央酸素筒２１３をさらに有する。図示された実施例において、中央酸素筒２１３の終端ノズル２１６は、通路出口に向けて注入器通路の長手方向Ｄ１に第１酸素を注入する。他の終端酸素注入ノズルは、中央酸素筒と考えられてもよく、異なる注入方向や形状を有することも可能である。
【００７３】
中央酸素筒２１３を囲む環状通路２１４は、酸素筒と内側酸素供給パイプ２１０の側面との間に形成され、横第１酸素ノズル２１２が、穿孔２１５を介して上記環状通路２１４に流体を流通可能に接続される。
【００７４】
燃料注入器２２０は、燃料注入器２２０の上流側のエルボー２２３を有する燃料供給ラインに流体を流通可能に接続されている。枝パイプ２２４は、上記エルボー２２３で燃料供給ラインに取り付けられて、燃料注入器２２０と整列されて延びている。
【００７５】
内側酸素供給パイプ２１０は、上記枝パイプ２２４から燃料注入器２２０内へ延びている。
【００７６】
酸素分配器２４０は、内側酸素供給パイプ２１０の上流側端部に配置されている。この酸素分配器２４０は、１つの入口チャンバー２４１および２つの出口チャンバー２４２、２４３を有する。使用において、入口チャンバー２４１は、入口開口２４６を介して第１酸素の供給源に接続されている。第１の出口チャンバー２４２は、内側酸素供給パイプ２１０を囲む環状通路２１４と流体を流通可能に接続されている。第２の出口チャンバー２４３は、中央酸素筒２１３と流体を流通可能に接続されている。入口チャンバー２４１は、第１の通路２４７を介して第１の出口チャンバー２４２に接続されている。入口チャンバー２４１は、第２の通路２４８を介して第２の出口チャンバー２４３に接続されている。酸素分配器２４０は、第１および第２の通路２４７、２４８を通ってそれぞれ第１および第２の出口チャンバー２４２、２４３内へ流れる第１酸素の流れを制限し、その結果として、それぞれ囲む環状通路２１４および中央酸素筒２１３へ流れる第１酸素の流れを制限するための、第１および第２の手段２４７ａおよび２４８ａをさらに有する。流れの制限は、特に、第１および第２の通路それぞれの自由断面領域を手動或いは自動的に制限することによって達成されることができる。特に柔軟性のある図示された実施例において、第１のネジ２４７ａおよび第２のネジ２４８ａが、それぞれ、第１酸素の流れを制限するための第１および第２の手段として使用される。代りの実施例は、ダイアフラムおよび他の調節可能なバルブを含む。
【００７７】
使用において、第１酸素流れは、第１酸素の供給源から入口開口２４６を介して酸素分配器２４０の入口チャンバー２４１内へ流れる。そして、上記第１酸素の流れは、第１酸素の流れを制限するための第１および第２の手段のセッティングによって決められた割合で第１および第２の出口チャンバー２４２および２４３に分割される。この後、第１酸素は、第１の出口チャンバー２４２から中央酸素筒２１３へ流れ、そして、終端ノズル２１６へ流れ、第２の出口チャンバー２４３から囲む環状通路２１４へ流れ、そして、横第１酸素ノズル２１２へ流れる。
【００７８】
代りの実施例（図示せず）によると、第１の出口チャンバー（囲む環状通路と流体を流通可能に接続され、且つこの通路を介して複数の横ノズルと流体を流通可能に接続された）は、入口チャンバーとしても機能し、すなわち、第１酸素が第１酸素の供給源から入口を介して第１の出口チャンバーへ供給される。上記第１の出口チャンバーは、接続通路によって、第２の出口チャンバー（内側酸素筒と流体を流通可能に接続され、且つこの内側酸素筒を介して縦のノズルと流体を流通可能に接続された）と流体を流通可能に接続されている。酸素分配器は、第１の出口チャンバー（入口チャンバー）から第２の出口チャンバーへの第１酸素の流れを制限するための手段をさらに有する。
【００７９】
（ａ）上記第１の出口チャンバーから上記第２の出口チャンバーへ流れて、そして、中央酸素筒内へ流れる第１酸素の流れと、
（ｂ）上記第１の出口チャンバーから直接的に環状通路へ流れて横ノズルへ流れる第１酸素の流れと、
の割合は、この実施例（図示せず）において、上記制限手段のセッティングによって決められる。この特別な実施例は、（２つの出口チャンバーの間の接続通路が完全に閉まっている場合）横第１ノズルのみを通すように第１酸素を注入するように制限手段を使用することを許容する。
【００８０】
注入器組立体は、上記入口面の下流側の注入器組立体の一部がブロックの注入器通路１３０内に配置されるように、ブラケット（図示しない）の手段によって、バーナーブロックの入口面１１０に取り付けられる。内側酸素供給パイプ２１０は、コネクター２６０の手段によって、注入器組立体２００の残りへ着脱可能に接続される。コネクター２６０は、たやすくアクセス可能であり、バーナーの‘冷たい’側に配置される。この方法において、内側酸素供給パイプ２１０は、確認およびメンテナンス、或いは炉の外側から、すなわち燃焼ゾーンの外側からの置き換えのため、燃料注入器２２０から取り除かれることができる。これは、さらに、炉の操業停止を必要とせずに可能である。これは、多くのバーナーを備えた炉において、特に重要であり、そのためのバーナーのメンテナンスが多くの時間を消費するプロセスであり、そのための製造の一時停止或いは炉の操業停止が経済的に害が大きくなる。
【００８１】
そして、内側酸素供給パイプ２１０が燃料注入器２２０の中から取り除かれると、複数の横第１酸素ノズル２１２（終端第１酸素ノズル２１６のように内側酸素供給パイプにある他のいかなるノズルやパーツと同様に）は、清掃されることができ、或いは同じノズル（例えば、粒状の固形燃料の磨耗効果のため現在あるノズルが損傷された場合）と交換されることができる。現在ある複数のノズルを異なる複数のノズル（例えば、内側酸素供給パイプの側面の与えられた位置で横ノズルを通る第１酸素の関連する流れを変えるように異なる注入開口を有する複数のノズル、或いは異なる注入方向を伴う複数のノズル）と交換すること、或いは現在ある複数のノズルを複数のプラグと交換することも可能であり、これらは、好ましくは、内側酸素供給パイプ２１０の側面と面一であり、逆もまた同じである。
【００８２】
そして、本発明によるところのバーナーは、大いに順応性があり、異なる粒状の固形燃料、すなわちこのような燃料の異なる質（粒子サイズ、揮発性物質の含有量、など）における燃焼のための要求に応えることができ、同様に、燃料注入器に沿った運搬ガスを酸素リッチにすることの度合いやプロフィール、横第１酸素ノズル２１２の位置および方向、などを変えることによって、炉の動作状況の変化（全体的或いは局所的なエネルギー要求）に対応することができる。
【００８３】
本発明の主な効果はその順応性である。現実に、本発明のバーナーは大いに順応性がある。バーナーは、運搬ガスで推進された燃料の流れ、および第１および第２の酸素の流れを適合させることによって、広いパワー範囲で使用されることができる。バーナーは、運搬ガス内における粒状の固形燃料の異なる濃度で使用されることができる。より重要には、本発明のバーナーは、異なる平均粒子サイズを伴う燃料、異なる粒子サイズの分布を伴う燃料、および異なる燃焼可能な揮発性物質の含有量或いは異なる灰の含有量を含む科学的或いは物理的に異なる粒状の固形燃料、湿度の異なるレベルを伴う燃料、微粉状にされた石炭、ペットコークス、粉砕された廃棄物などのような、粒状の固形燃料の異なるタイプのために使用されることができる。
【００８４】
このように広い範囲の燃焼パラメータおよび燃料のタイプのために単一のバーナーが使用されることができることは、本発明に固有の優位性である。現実に、本発明のバーナーを用いると、運搬ガスで推進された粒状の固形燃料の流量、第１酸素の流量、および第２酸素の流量を制御可能であり、それにより、とりわけ、運搬ガスで推進された粒状の燃料における酸素リッチにすることのレベルを調節し、一方、さらに、燃料注入器に沿って酸素リッチにすることのプロフィールが、ただ単に内側酸素供給パイプを変えることによって、或いは横第１酸素ノズルの数、および／或いは位置、および／或いはデザイン、バーナーの内側酸素供給パイプを変えることによって、調節されることができる。
【００８５】
さらに、本発明は、運搬ガス内における固形粒状燃料の異なる飛沫同伴の流れのふるまい（例えば、異なる粒子サイズ、或いは異なる粒子密度のため）を考慮に入れることを可能にする。そして、粒子の沈殿やねばねばになることが、横第１酸素ノズルの数、位置、注入方向、などの適した選択によって、阻止されることができる。
【００８６】
本発明のさらに大いなる関連する優位性は、その簡単で低いコストのメンテナンスである。
【００８７】
バーナーのメンテナンスは、注入器においてガスで推進された粒子の研磨効果のため、特に、粒状の固形燃料バーナーに関して、重要な論点である。このような粒子によって引き起こされる摩滅は、最後に、注入器壁の穿孔および結果として生じる爆発のリスクなどを引き起こすことができる。
【００８８】
本発明の実施例を伴って、内側酸素供給パイプは、注入器から取り除かれることができ、一方、注入器組立体の残りの部分は、バーナーブロック内の位置に残る。そして、特に、内側酸素供給パイプがブロックの入口面の“冷たい”側から取り除かれることができた場合、特に高い腐食のリスクがある第１注入ノズルの安全チェックおよびメンテナンスが簡単且つ直ぐになされることができ、もし必要であれば、内側酸素供給パイプが動作安全性維持のため置き換えられることができる。
【００８９】
さらに、本発明の実施例を伴って、他の横第１酸素ノズルやプラグによって置き換えられなければならないため、横第１酸素ノズルが内側酸素供給パイプの側面から取り除かれることができ、この場合、腐食のため増大されたリスクの場合であっても、内側酸素供給パイプを置き換えることの確かな必要性はないかもしれない。代わりに、重大な腐食をこうむった横第１酸素ノズルを現存する内側酸素供給パイプに単に付け替えるだけで十分かもしれず、そしてその後、上述したように、内側酸素供給パイプを注入器通路内へ再挿入する。
【００９０】
もちろん、燃焼プロセスパラメータの変更のため、および、特に、運搬ガスで推進された粒状の固形燃料に変更がなされた場合、同様に取り付けるように、内側酸素供給パイプの置き換えや変更のため、同様の手続がなされてもよい。
【００９１】
粒状の固形燃料の性質のため、燃焼チャンバー内の温度は、上記燃料の燃焼のため十分に高い必要がある。それゆえに、粒状の固形燃料を使う炉の冷えた状態での運転開始は不可能である。
【００９２】
この困難性を克服するため、固形燃料バーナーは、（ａ）補助の酸化剤注入器２４０および補助の燃料注入器２４１を有する補助の注入器組立体を備えることができ、上記補助の燃料注入器が、ガス状の或いは液状の燃料の供給源、好ましくはガス状の燃料の供給源に接続される。
【００９３】
バーナーブロック１００は、燃焼のため燃焼チャンバー内へ酸化剤および液状或いはガス状燃料を注入するように、入口面１１０と出口面１２０との間を伸び且つその中に補助の注入器組立体が取り付けられた補助の注入器通路２４２を有してもよい。このような補助の注入器通路の出口開口のための適した位置は図７に示してある。
【００９４】
炉の冷たい始動の間、バーナーは、炉の中で温度を上昇させるように、上記ガス状或いは液状燃料を燃焼するため、初めに、補助の注入器組立体を使用して動作される。
【００９５】
燃焼チャンバー内の温度が、少なくとも、粒状の固形燃料を燃焼するのに必要とされる最低温度に達したとき、上記固形燃料の燃焼を製造するため、粒状固形燃料注入器組立体を用いてバーナーが動作され、補助の注入器組立体が使用を停止される。
【００９６】
補助の注入器組立体の使用が本発明の特別なバーナーを参照してここで説明されたが、このような補助の注入器組立体は、他の粒状固形燃料バーナーに都合よく組み込まれることができる。
【００９７】
［実施例］
炉の壁によって規定された燃焼チャンバーを有する炉において、燃焼チャンバーに面するバーナーブロックの出口面がそれが取り付けられる炉の壁と面一になるように、そして、ブロックの入口面が燃焼チャンバーから離れるように、本発明によるところのバーナーのいくつかのバーナーブロックが取り付けられる。
【００９８】
酸素注入器および燃料注入器は、上述したように、バーナーブロックの注入器通路内へ取り付けられる。酸素注入器は酸素の供給源に接続され、燃料注入器は運搬ガスで推進された粒状の固形燃料の供給源に接続される。
【００９９】
複数の横第１酸素注入ノズルは、予め決められた数、内側酸素供給パイプに沿って予め決められた軸方向の位置および放射方向の位置で、予め決められた注入方向を伴って、複数のバーナーのそれぞれの内側酸素供給パイプに取り付けられる。これらのパラメータは、前もって実施したテストを通しておよび／或いは模型製作を通して決められてもよい。
【０１００】
複数の横第１酸素注入気ノズルは、内側酸素供給パイプの側壁にある適合する複数の穿孔または複数の開口によって、内側酸素供給パイプに取り付けられる。横第１酸素ノズルによって占有されないいかなる穿孔も、パイプの側面と面一となる同様に適合するプラグによって閉塞される。
【０１０１】
そして、内側酸素供給パイプは、注入器通路内で燃料注入器内へ取り付けられ、そして、第１酸素の供給源に接続される。
【０１０２】
上述したように、内側酸素供給パイプが中央酸素筒および同様に囲む環状通路を有する場合、中央酸素筒および環状通路の両方が、そのような第１酸素の供給源に接続される。
【０１０３】
動作において、１つ或いはそれ以上の制御装置が、バーナーへの、運搬ガスで推進された粒状の燃料の流れ、第１酸素の流れ、および第２酸素の流れのそれぞれを調節し、制御手段が、さらに、中央酸素筒および囲む環状通路のそれぞれへの第１酸素の流れを調節してもよい。
【０１０４】
もし、燃焼チャンバーの内部の温度が十分に高い場合、組み立てられたバーナーは、粉状にされた石炭のような粒状の固形燃料の燃焼のためただちに使用されることができる。
【０１０５】
しかしながら、もし、バーナーが、炉の冷たいスタートに備えて組み立てられた場合、燃焼チャンバーは、一般に、粒状の固形燃料の燃焼のためのバーナーの場合の前に、初めに、本発明によるところのバーナー内へ組み込まれ或いは分離されてもよい１つ或いはそれ以上のガス状或いは液状燃料バーナーによって、十分に高い温度へ加熱される。
【図１】
2013509560.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013509560.tif 000009
【国際調査報告】
2013509560.tif 000010
2013509560.tif 000011
2013509560.tif 000012