(57)【要約】  ボイラ炉用の水平に配置されたバーナが提供され、各バーナは、二次空気出口によって包囲された燃料ノズルを有する。燃料ノズル及び二次空気出口は、内側二次空気を供給する空気プレナムと、燃料を提供する燃料キャリヤとに対して、タンデムに傾斜する。空気プレナムに接続されたフレームに対して独立して傾斜する外側二次空気バケットも設けられている。この配列は、慣用の水平炉システムにおいて又は新たに構成されたシステムにおいて改装として据え付けることができる。燃料ノズル及び二次空気出口と、二次空気バケットとは、全て一緒に傾斜するか又は全て独立して傾斜してよい。傾斜は、炉内の火炎温度分布を最適化することを助ける。
2013545070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平燃料バーナであって、
燃料バレル及び燃料ノズルを有する燃料キャリヤであって、該燃料キャリヤは、固体燃料及び一次空気を炉へ搬送し、前記燃料ノズルは、第１の回転軸を中心にして傾斜可能であり、前記第１の回転軸は前記燃料バレルと傾斜可能な前記燃料ノズルとの接合部に形成された、燃料キャリヤと、
前記燃料キャリヤが中に延びている内側二次空気プレナムと、
前記内側二次空気プレナムへ開口した内側二次空気出口であって、内側二次空気が、前記内側二次空気プレナムを通って前記内側二次空気出口内へ移動するようになっており、前記内側二次空気出口は、前記傾斜可能な燃料ノズルと一緒に傾斜し、かつ該傾斜可能な燃料ノズルの周囲に環状のスペースを形成しており、内側二次空気は、前記燃料ノズルからの固体燃料及び一次空気と一緒に前記燃料バーナから出る、内側二次空気出口と
を備えることを特徴とする、水平燃料バーナ。
【請求項２】
第２の回転軸を中心にして傾斜可能な第１の外側二次空気バケットと、第３の回転軸を中心にして傾斜可能な第２の外側二次空気バケットと、をさらに備える、請求項１記載の水平燃料バーナ。
【請求項３】
バーナノズル及び前記内側二次空気出口と、前記第１の外側二次空気バケットと、前記第２の外側二次空気バケットとは、それぞれ、−２０°〜２０°の角度で傾斜させられる、請求項２記載の水平燃料バーナ。
【請求項４】
前記バーナノズル及び前記内側二次空気出口と、前記第１の外側二次空気バケットと、前記第２の外側二次空気バケットとは、それぞれ、同じ角度で傾斜させられる、請求項３記載の水平燃料バーナ。
【請求項５】
前記内側二次空気出口は、小孔付きプレートに接続されており、該小孔付きプレートは、内側二次空気を前記水平な燃料バーナから流出させる小孔を有する、請求項１記載の水平燃料バーナ。
【請求項６】
前記小孔付きプレートは前記フレーム内で湾曲させられており、前記水平な燃料バーナは、ばねプレートをさらに備え、前記湾曲した小孔付きプレートは、該小孔付きプレートの移動の間、前記ばねプレートに対してずれ動く、請求項５記載の水平燃料バーナ。
【請求項７】
前記小孔付きプレートは、前記ばねプレートと接触する部分において小孔を有さない、請求項６記載の水平燃料バーナ。
【請求項８】
前記第２の外側二次空気バケットは、前記バーナノズルの、前記第１の外側二次空気バケットとは反対側においてフレームに取り付けられている、請求項２記載の水平燃料バーナ。
【請求項９】
前記バーナノズル及び前記内側二次空気出口と、前記第１の外側二次空気バケットと、前記第２の外側二次空気バケットとのうちの少なくとも１つを傾斜させる傾斜機構をさらに備える、請求項１記載の水平燃料バーナ。
【請求項１０】
前記燃料ノズルは、該燃料ノズル内に取り付けられた中央管を有し、該中央管は、燃料及び一次空気が前記燃料ノズル内を流れるための別個の経路を提供する、請求項１記載の水平燃料バーナ。
【請求項１１】
前記燃料バレルとの間に環状のスペースが形成されるよう前記燃料バレルを包囲する内側二次空気管であって、空気を前記環状のスペースへ進入させる小孔付き部分を有する内側二次空気管をさらに備え、
前記内側二次空気管は、前記内側二次空気プレナムに内側二次空気を提供するために前記内側二次空気プレナムまで延びている、請求項１記載の水平燃料バーナ。
【請求項１２】
前記小孔付き部分の露出した表面積を調節する、前記内側二次空気管に摺動可能に係合させられたカラーをさらに備える、請求項１１記載の水平燃料バーナ。
【請求項１３】
前記第１の回転軸に関連したばねプレートをさらに備える、請求項１記載の水平燃料バーナ。
【請求項１４】
前記内側二次空気は、前記ばねプレートを通過することを阻止される、請求項１３記載の水平燃料バーナ。
【請求項１５】
水平バーナを組み立てる方法であって、
内側二次空気出口と燃料ノズルとが燃料キャリヤに対して第１の回転軸を中心にして傾斜するように、内側燃料ノズルを備えた内側二次空気出口を第１の回転軸において燃料キャリヤに取り付ける工程と、
第１の外側二次空気バケットがフレームに対して第２の回転軸を中心にして傾斜するように、第１の外側二次空気バケットを第２の回転軸においてフレームに取り付ける工程と、
第２の外側二次空気バケットがフレームに対して第３の回転軸を中心にして傾斜するように、第２の外側二次空気バケットを第３の回転軸においてフレームに取り付ける工程と、を備えることを特徴とする、水平バーナを組み立てる方法。
【請求項１６】
内側二次空気管、第１の外側二次空気バケット及び第２の外側二次空気バケットのうちの少なくとも１つを傾斜させる傾斜機構を取り付ける工程をさらに備える、請求項１５記載の水平バーナを組み立てる方法。
【請求項１７】
空気が内側二次空気プレナムから内側二次空気出口へ流れるように、二次空気プレナムを前記フレームに取り付ける工程をさらに備える、請求項１５記載の水平バーナを組み立てる方法。
【請求項１８】
ボイラシステムであって、
炉と、
該炉に燃料及び空気を供給する複数の水平バーナとを備え、前記複数のバーナはそれぞれ、
燃料バレル及び傾斜可能な燃料ノズルを含む燃料キャリヤであって、前記燃料ノズルは前記燃料バレルの端部を中心にして傾斜可能な、燃料キャリヤと、
前記燃料キャリヤが中に延びている内側二次空気プレナムと、
前記内側二次空気プレナムへ開口した内側二次空気出口であって、該内側二次空気出口は前記燃料ノズルを包囲しておりかつ該燃料ノズルと一緒に傾斜可能である、内側二次空気出口とを備えることを特徴とする、ボイラシステム。
【請求項１９】
第１及び第２の外側二次空気バケットをさらに備え、前記第１及び第２の外側二次空気バケットは傾斜可能である、請求項１８記載のボイラシステム。
【請求項２０】
前記第１及び第２の外側二次空気バケットは、炉内において、それぞれ前記燃料ノズルの上方及び下方に傾斜可能に取り付けられている、請求項１９記載のボイラシステム。
【請求項２１】
固体燃料炉用のバーナノズルであって、該バーナノズルは、
入口端部、及び複数のローブを形成している出口端部と、
前記入口端部と前記出口端部との間に取り付けられた内側管であって、前記バーナノズルとともに環状のスペースを形成している内側管と、を備え、
燃料及び空気の両方が、前記環状のスペース及び前記内側管内を通過することを特徴とする、固体燃料炉用のバーナノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、ボイラにおいて使用するための公益設備炉の分野、特に、水平に配置されたバーナを備えた炉に関する。
【０００２】
火炎を発生するために、微粉砕された燃料が空気と組み合わされなければならないことは公知である。空気と燃料とを組み合わせることに関連した物理的パラメータを最適化することは、公益設備炉の効率的かつ安全な運転のために決定的である。
【０００３】
水平に配置されたバーナを備えた慣用の炉は、傾斜可能な固体燃料ノズルを使用することができ、これらの固定燃料ノズルは、基本的に、微粉砕された固体燃料をボイラの特定の部分に向けるのに対し、エアバケットは燃焼用空気を提供する。この配置は、炉における火炎位置の制御を可能にし、これは、ボイラの伝熱特性を改善することを助ける。
【０００４】
別の慣用の炉は、鉛直方向のフレームに配置された複数の傾斜可能なバーナを有する。この場合、バーナは支柱に配置されており、全て一緒に動く。この配置は、火炎制御をも補助する。
【０００５】
発明の簡単な概要
傾斜不能な固体燃料ノズルを備えた水平配置は、燃焼の遅れ、及び火炎不安定性につながる不十分な火炎付着を生じることが分かっている。さらに、この配置は、適切な空気旋回を生じず、むしろ、火炎の開始において乱流を促進し、これは、高いＮＯｘ排出につながる。
【０００６】
鉛直配列は、過給燃焼炉に合理的に改装することができない特殊な炉を必要とする。
【０００７】
これらの欠点を解消するために、本発明は、水平に配置されたバーナを備えた改良された炉を提供する。この配置は、慣用の水平炉システムにおいて改装として又は新規に構成されたシステムにおいて据え付けることができる。改良されたバーナ配置は、燃料出口と一緒に傾斜しながら、二次空気を燃料出口の周囲で旋回させる二次空気ゾーンを提供する。空気旋回を提供することに加え、燃料出口の近くに空気ゾーンを有することは、より迅速な燃焼を促進し、これは、ボイラの熱分布を改良する。本発明は、燃料出口とともに傾斜する付加的な二次空気バケットというオプションを提供する。
【０００８】
石炭炉において、本発明の石炭バーナは、様々な燃料及び空気源の動的な傾斜によって、火炎位置のより優れた制御に加え、最適化された石炭燃焼を提供することができる。炉内のバーナの様々な構成部材のための特定の傾斜角は、初期試験の際に最適であることを証明されるが、時間が経過するにつれて、この最適な設定を生じるパラメータが変動したり、又は異なる燃料の提供などのシステムにおける変化がパラメータを変化させたりする。したがって、バーナは、最適な性能を回復するために動的に傾斜させられる。この新規の配置は、ＮＯｘ、ＣＯ、未燃焼炭素放出量の減少につながる最適な火炎分布、及びボイラ効率、を維持するための改良された手段を提供する。
【０００９】
本発明の１つの実施の形態において、水平燃料バーナは、燃料バレルと燃料ノズルとから形成された燃料キャリヤを有する。燃料キャリヤは、固体燃料と、一次空気とを、炉へ搬送する。燃料ノズルは、燃料バレルと傾斜可能な燃料ノズルとの接合部に形成された第１の回転軸を中心にして傾斜可能である。燃料バーナは、燃料キャリヤが通過した内側二次空気プレナムと、内側二次空気プレナムへ開口した内側二次空気出口とを有し、内側二次空気が内側二次空気プレナムを通って内側二次空気出口へ移動するようになっている。内側二次空気出口は、傾斜可能な燃料ノズルとともに傾斜し、かつ傾斜可能な燃料ノズルの周囲に環状スペースを形成しており、内側二次空気が、燃料ノズルからの固体燃料及び一次空気とともに、燃料バーナから出るようになっている。
【００１０】
水平燃料バーナは、さらに、第１の外側二次空気バケットを有する。第１の外側二次空気バケットは、第２の回転軸を中心にして傾斜可能である。水平燃料バーナは、付加的に、第２の外側二次空気バケットを有する。第２の外側二次空気バケットは、第３の回転軸を中心にして傾斜可能である。バーナノズル及び内側二次空気出口と、第１の外側二次空気バケットと、第２の外側二次空気バケットとは、それぞれ、−２０°〜２０°の角度で傾斜させられる。バーナノズル及び内側二次空気出口と、第１の外側二次空気バケットと、第２の外側二次空気バケットとは、それぞれ、同じ角度で傾斜させられる。
【００１１】
水平燃料バーナは、さらに、バーナノズルと内側二次空気出口との間に複数のベーンを有する。
【００１２】
ノズルは、燃料バレルの一部を収容するように構成されたバーナノズルソケットを形成してよい。
【００１３】
内側二次空気出口は、小孔付きプレートに結合されている。小孔付きプレートは、内側二次空気出口と外側二次空気ばねプレートとの間に延びている。小孔付きプレートは小孔を有する。小孔は、内側二次空気を水平燃料バーナから排出させる。小孔付きプレートはフレーム内で湾曲させられており、水平燃料バーナは、さらに、ばねプレートを有する。湾曲した小孔付きプレートは、移動中にこのばねプレートに当接する。小孔付きプレートは、ばねプレートに接触する部分には小孔を有さない。これに代えて、ばねプレート及び小孔付きプレートが当接する分割プレートが設けられていてよいか、又はばねプレート及び小孔付きプレートが内側二次空気プレナムに対して直接的に当接してよい。
【００１４】
第２の外側空気バケットは、バーナノズルの、第１の外側二次空気バケットと反対側においてフレームに取り付けられる。互いに反対の側は、炉に関してバーナノズルの上方（上側）及び下方（下側）であってよい。
【００１５】
水平燃料バーナは、さらに、バーナノズル及び内側二次空気出口と、第１の外側二次空気バケットと、第２の外側二次空気バケットとのうちの少なくとも１つを傾斜させるための傾斜機構を有してよい。
【００１６】
燃料は、固体燃料であってよい。
【００１７】
燃料ノズルは、燃料ノズルに取り付けられた中央管を有してよく、この中央管は、燃料及び一次空気が燃料ノズル内を流れるための別個の経路を提供する。
【００１８】
水平バーナは、さらに、燃料バレルを包囲する内側二次空気管を有し、これにより、燃料バレルと内側二次空気管との間には環状のスペースが形成されており、内側二次空気管は、空気を環状のスペースへ流入させることができる小孔付き部分を有する。このように設けられている場合、内側二次空気管は、内側二次空気プレナムまで延びており、内側二次空気を内側二次空気プレナムに提供する。水平バーナは、さらに、カラーを有してもよい。カラーは、小孔付き部分の露出した表面積を調節するために内側二次空気管に摺動可能に係合させられている。
【００１９】
水平バーナは、さらに、第１の回転軸に関連したばねプレートを有してよい。内側二次空気は、ばねプレートを通過することを妨げられてよい。
【００２０】
本発明の別の実施の形態において、水平バーナを組み立てる方法は、内側二次空気出口と燃料ノズルとが第１の回転軸を中心にして燃料キャリヤに対して傾斜するように、内側燃料ノズルを備えた内側二次空気出口を第１の回転軸において燃料キャリヤに取り付け、第１の外側二次空気バケットが第２の回転軸を中心にしてフレームに対して傾斜するように、第１の外側二次空気バケットを第２の回転軸においてフレームに取り付け、第２の外側二次空気バケットが第３の回転軸を中心にしてフレームに対して傾斜するように、第２の外側二次空気バケットを第３の回転軸においてフレームに取り付けることを含む。
【００２１】
この方法は、さらに、内側二次空気管、第１の外側二次空気バケット及び第２の外側二次空気バケットのうちの少なくとも１つを傾斜させるための傾斜機構を取り付けることを含んでよい。
【００２２】
この方法は、さらに、空気が内側二次空気プレナムから内側二次空気出口へ流れるように二次空気プレナムを取り付けることを含んでよい。
【００２３】
本発明の別の実施の形態において、ボイラシステムは、炉と、炉に燃料及び空気を供給する複数の水平バーナとを有してよい。複数のバーナは、それぞれ、燃料バレル及び傾斜可能な燃料ノズルであって、燃料ノズルは、燃料バレルの端部を中心にして傾斜可能である燃料ノズルを含む燃料キャリヤと、燃料キャリヤが貫通して延びる内側二次空気プレナムと、内側二次空気プレナムへ開口した内側二次空気出口であって、この内側二次空気出口は燃料ノズルを包囲しておりかつ燃料ノズルとともに傾斜可能である内側二次空気出口と、を備える。
【００２４】
ボイラシステムは、さらに、第１及び第２の外側二次空気バケットを有してよく、第１及び第２の外側二次空気バケットは傾斜可能である。第１及び第２の外側二次空気バケットは、フレームに対して独立して傾斜可能であってよい。第１及び第２の外側二次空気バケットは、炉内で、それぞれ燃料ノズルの上方及び下方に取り付けられてよい。
【００２５】
本発明の更に別の実施の形態において、固体燃料炉用のバーナノズルは、入口端部及び複数のローブを形成する出口端部と、入口端部と出口端部との間に取り付けられた内側管であって、この内側管はバーナノズルとともに環状のスペースを形成している、内側管とを備えてよい。燃料及び空気は両方とも、環状スペース及び内側管内を通過する。
【００２６】
バーナノズルにはボスが設けられてよく、このボスを通ってピンが駆動されてよく、かつこのボスを中心にしてバーナノズルが傾斜してよい。
【００２７】
両方とも環状スペース及び内側管内を通過する燃料及び空気は、バーナノズルから出る前に混合されてよい。
【００２８】
上記説明並びに本発明のその他の目的、特徴及び利点は、添付の図面に関連して考慮された場合に、石炭バーナの以下の詳細な説明を参照することによってさらに深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による傾斜可能なバーナの部分的な側面を示す概略図である。
【図２】図１の傾斜可能なバーナの一部を形成するバーナノズルの正面図である。
【図３】図１の傾斜可能なバーナの一部を形成するバーナノズルの断面図である。
【図４】図３のバーナノズルの側面図である。
【図５】図１の傾斜可能なバーナの一部を形成するバーナバレルの側面図である。
【図６】第１の回転軸における燃料管の横断面図である。
【図７Ａ】中立位置における図１の傾斜可能なバーナの断面図である。
【図７Ｂ】上方傾斜位置における図１の傾斜可能なバーナの断面図である。
【図７Ｃ】下方傾斜位置における図１の傾斜可能なバーナの断面図である。
【図８】図８Ａは、慣用の炉の火炎温度分布を示す図であり、図８Ｂは、中立位置における図１の傾斜可能なバーナを利用する炉の火炎温度分布を示す図であり、図８Ｃは、下方傾斜位置における図１の傾斜可能なバーナを利用する炉の火炎温度分布を示す図であり、図８Ｄは、上方傾斜位置における図１の傾斜可能なバーナを利用する炉の火炎分布を示す図である。
【００３０】
詳細な説明
特許又は出願ファイルは、カラーで仕上げられた少なくとも１つの図面を含む。カラー図面を含んだこの特許又は特許出願刊行物のコピーは、請求と、必要な費用の支払いとに基づき、官庁によって提供される。
【００３１】
例示されかつ図面に関連して説明される主体の好適な実施の形態を説明する際、特定の用語が、明瞭さのために用いられる。しかしながら、発明は、そのように選択された特定の用語に限定されることを意図されておらず、特定の各用語は、同様の目的を達成するために同様の形式で働く全ての技術的均等物を含むと理解されるべきである。
【００３２】
本発明は、他のパラメータの中でも燃料及び二次空気進入の角度を制御することによって公益設備炉における微粉砕された石炭又はその他の固体燃料の最適化された燃焼を提供することに向けられている。この能力は、特に、蒸気温度及び固体燃料滞留時間のようなパラメータの制御を要求するが、鉛直に配置されたバーナを有さない炉に適用可能である。傾斜作業は、炉の初期始動時及び／又はその後の火炎温度分布の変化が望まれるあらゆる時に行われてよい。
【００３３】
すなわち、本発明は、炉内に改良されたバーナを提供し、このバーナは、燃料出口と一体に傾斜しながら、燃料出口の周囲に二次空気を旋回させる二次空気ゾーンを提供する。本発明は、燃料出口とともに間接的に傾斜する付加的な二次空気も提供する。
【００３４】
典型的なボイラは、炉内に水平に配置された１つ以上の一連のバーナを有する。実際には、しばしば炉ごとに複数のバーナが設けられていて、それぞれの側に等しい数のバーナが設けられている。本発明は、様々な数のバーナの使用を可能にするが、以下では１つのバーナのみが典型的に説明される。しかしながら、特定の炉において複数のこのようなバーナが用いられてよいことが理解されるべきである。さらに、このような各バーナは、個々に制御されてよい。
【００３５】
図面を参照すると、同じ参照番号は同じ要素を表しており、図１は、本発明の１つの実施の形態による傾斜可能なバーナ１００の部分的な側面図の概略的な図面を示している。バーナ１００は概して石炭バーナとして説明されるが、本発明は、石油コークス又は一緒に燃焼されるバイオマス及び石炭などの他の固体燃料の使用を含むことが認められるであろう。
【００３６】
傾斜可能なバーナが既存の水平炉システムへの改装として又は新規の据付として据え付けられてよいことも認められるであろう。参照として、図１は、既存の風箱バックプレート（ＢＰ）及びフロントプレート（ＦＰ）への改装としての傾斜可能なバーナ１００を示しており、フロントプレートは、典型的には、炉の管壁に位置する。また、参照のために、既存の風箱分割プレートＤＰも示されており、風箱分割プレートＤＰは、概して、風箱に提供される内側及び外側の二次空気の間のバリアを提供する。
【００３７】
傾斜可能なバーナ１００は、燃料キャリヤ又は石炭キャリヤとも称される燃料管１０２を有し、この燃料管１０２を通って、微粉砕された石炭と、一次空気とが、概して慣用の形式で流れる。燃料管１０２は、好適には円形であり、内側二次空気プレナム１０４を通って延びている。内側二次空気プレナム１０４は、鋼板が取り付けられた構造鋼フレーム１０５から形成された加圧されたハウジングである。分かりやすくするために、構造鋼フレーム１０５及びプレートの全ての部分が図１に示されているわけではない。内側二次空気プレナム１０４内へ内側二次空気管１０７が開口しており、この内側二次空気管１０７は、プレナム内で燃料管１０２を包囲しており、燃料管１０２と内側二次空気管１０７との間に環状のスペースを形成している。
【００３８】
内側二次空気管１０７は、特に、３つの構成部材、すなわち管部分１０９と、小孔付き部分１１１と、ダンパ部分１１３とを有する。管部分１０９は、最も上流及び下流の部分を成しており、両部分は標準的な配管として形成されている。管部分１０９は、小孔付き部分１１１に溶接されており、この小孔付き部分１１１を支持している。小孔付き部分１１１も、概して円筒状部分であるが、空気を流過させるための複数の小孔１１５を有する。図１などに示したように、内側二次空気管１０７は、管部分１０９と、小孔付き部分１１１と、別の管部分１０９とを有する。ダンパ部分１１３は、短い円筒状の管若しくはカラーであり、露出される小孔１１５の数が制御されるように小孔付き部分１１１及び管部分１０９に対して摺動するように適応されている。特に、ダンパ部分１１３は、小孔１１５を出現させる又は隠すために摺動させられるように、小孔付き部分１１１及び管部分１０９に、摺動可能に係合する。もちろん、露出した小孔１１５の表面積が大きいほど、内側二次空気管１０７を通る空気流が大きくなる。他の実施の形態において、小孔付き部分１１１は、二次空気管１０７の端部に位置してよく、管部分１０９によって支持されておらず、むしろ１つの管部分に通じていてもよい。
【００３９】
内側二次空気管１０７は、内側二次空気プレナム１０４において終わっている。これにより、小孔付き部分１１１の小孔１１５を流過する加圧空気は、内側二次空気プレナム１０４を流過する。以下で説明するように、この空気は最終的に、固定されたベーンスピナ１２５と、ばねプレート１２０ａ〜１２０ｄに設けられた小孔１１８とを通って内側二次空気プレナム１０４から出る。しかしながら、以下で説明するように、内側二次空気プレナム１０４内で内側二次空気管１０７が終わっていることにより、内側二次空気は第２のフレーム１０８に対して様々な角度に方向付けることができる。この傾斜は、第１の回転軸１１４を中心として生じる。
【００４０】
図１に関連して図２及び図３を参照すると、内側二次空気出口から内側二次空気プレナム１０４まで延びた小孔付きプレート１１６に結合された内側二次空気出口１２３、概して圧延されたプレートが示されている。小孔付きプレートは、好適には、プレートを貫いた一連の開口若しくは小孔１１８を有する。このような小孔１１８は、炉への空気漏れを制限しながらプレートの全ての部分に十分な冷却を提供するように寸法決めされかつ間隔を置かれている。好適には、小孔付きプレート１１６は、図１に示したように湾曲させられている。
【００４１】
図２に示したように、小孔１１８は、内側二次空気出口１２３の周囲の４つの四分の一部分１２０ａ〜１２０ｄに配置されている。空気は、内側二次空気プレナム１０４から小孔１１８を通過する。
【００４２】
図４及び図５は、分解した状態における燃料管１０２の燃料インジェクタ部分の側面図を示しており、バーナバレル１３６が図５に示されており、バーナノズル１３８が図４に示されている。図４に示されたバーナノズル１３８は、バーナノズルソケット１２４から出口１３０までの燃料インジェクタを表す。図５に示されたバーナバレル１３６は、フランジ１４０を備えた任意の開始点からバーナバレルボール１４２までの燃料管１０２の上流部分を表す。
【００４３】
円筒状の燃料管１０２、特にバーナバレル１３６は、バーナノズル１３８のバーナノズルソケット１２４に進入している。燃料管１０２は、バーナノズル１３８内に形成された停止部１２６に当接し、石炭及びその他の固体燃料がバーナバレル１３６からバーナノズルへ移動することを可能にする。停止部１２６から、バーナノズル１３８は、燃料管の出口１３０の周囲に周方向に配置された一連のローブ１２８を形成している。ローブ１２８は、減径された領域からより大きな直径まで拡開しており、微粉砕された石炭と一次空気との混合物の出口形状を形成することを助ける。ローブ１２８は、固定されたスピナ１２５に形成された環状のスペース１０６から出てくる旋回する内側二次空気と混合されるのに適した条件で、微粉砕された石炭及び一次空気混合物を提供するためにも働く。
【００４４】
バーナノズル１３８内には中央管１３２が取り付けられている。中央管１３２は、バーナノズルソケット１２４の部分において始まり、ほぼローブ１２８が形成し始めるところで終わっている。中央管１３２は、構造的ホルダ１３４によって燃料管１０２の壁部からずれている。中央管１３２は、好適には円筒形であり、微粉砕された石炭及び一次空気混合物を移動させるために働き、これにより、微粉砕された燃料及び一次空気がバーナノズル１３８内を流れるための別個の経路を提供する。この配列は、さらに、環状のスペース１０６から出る旋回する内側二次空気と混合されるのに適した条件において混合物を出口１３０に排出するのを助ける。特に、この中央管１３２は、バーナノズルが傾斜させられたときに燃料混合物流をバーナノズル１３８内の中心に位置させておくのを助ける。
【００４５】
前記構造により、微粉砕された石炭と一次空気との混合物がバーナバレル１３６を流過する際、混合物の一部はバーナノズルソケット１２４とローブ１２８とを通って出口１３０へ送られる。その間、概してバーナバレル１３６の中心を流れる第２の部分は、中央管１３２を通ってローブ１２８にも送られ、このローブ１２８において、第２の部分は、出口１３０へ流れながら再び以前の部分と混合する。
【００４６】
その間、内側二次空気は、固定されたスピナ１２５の、ベーン１２２で満たされた環状のスペース１０６を流過する。混合物が出口１３０から出る際に、この二次空気は、微粉砕された石炭と一次空気との混合物と混合される。
【００４７】
前記のように、バーナノズル１３８は、内側二次空気出口１２３内に配置されており、バーナノズル１３８の周囲に環状のスペース１０６が形成されるように分流器を形成している。環状のスペース１０６内には、燃料管１０２の外周面に沿って一連のベーン１２２が配置されている。各ベーン１２２は、入口から出口までのベーンの深さに沿って増大する角度で設定されている。この配列は、内側二次空気がベーン１２２を通って風箱（ＷＤ）の出口側へ流れるときに内側二次空気を旋回させるために働く。
【００４８】
内側二次空気管１０７の小孔１１５に流入する内側二次空気は、内側二次空気管の端部において内側二次空気プレナム１０４に進入することが認められるであろう。空気は次いで、内側二次空気プレナム１０４内へ移動し、この内側二次空気プレナム１０４において、内側二次空気出口１２３における固定されたスピナ１２５に自由に進入することができるか又は小孔付きプレート１１６における小孔１１８を通って出ることができる。
【００４９】
バーナノズル１３８のバーナノズルソケット１２４は、その入口縁部１４４に第１の取付箇所１４１を有するのに対し、上流のバーナバレル１３６は、その出口縁部１５０の近くに第２の取付箇所１４８を有する。バーナバレル１３６の出口縁部１５０は、第１の取付箇所１４１と第２の取付箇所１４８との位置が合わされるようにバーナノズル１３８のバーナノズルソケット１２４内に嵌合する。２つの取付箇所は、図１に関してすでに説明した第１の回転軸１１４として働き、これにより、バーナノズル１３８と内側二次空気出口１２３とは、固定されたバーナバレル１３６に対して傾斜又は回転する。バーナバレル及びバーナノズル１３６，１３８の反対側において第２の取付箇所も設けられている。
【００５０】
図６は、第１の回転軸１１４におけるバーナバレル１３６の断面図を示す。ここでは、バーナノズル１３８が、概してバーナノズルのバーナノズルソケット１２４においてバーナバレル１３６を包囲していることが示されている。バーナノズル１３８は、開口（図示せず）を備えたボス１１７を有し、前記開口にピン１１９が挿入される。バーナバレル１３６は、開口の形式の第２の取付箇所１４８を有する。したがって、ピン１１９は、バーナノズル１３８の外側からバーナバレル１３６を貫通させられ、頭部１２１が外側に残る。好適には、頭部と反対側のピンの端部はバーナバレル１３６の内面と同一平面に位置する。この配列は、流れる燃料混合物によるピンの摩耗を制限する。
【００５１】
図１に戻ると、一対の外側二次空気バケット１５２ａ，１５２ｂも示されている。外側二次空気バケットは、炉における出口１３０の上方及び下方に配置されるように出口１３０のそれぞれの側において直接的に又は間接的に第２のフレーム１０８に結合されている。好適には、外側二次空気バケットは矩形の出口１５４ａ，１５４ｂを有する。円形などのその他の形状が提供されてもよい。
【００５２】
外側二次空気バケット１５２ａ，１５２ｂは、外側二次空気の通過を可能にする。幾つかの実施の形態において、内側二次空気及び外側二次空気は、同じ供給源から生じるが、流れプロセスにおいて早期に分流器（ＤＰ）として作用する分割プレートによって分離される。別の実施の形態において、内側二次空気及び外側二次空気は、より遅くまで、つまり外側二次空気バケット１５２ａ，１５２ｂ及び内側二次空気出口１２３のそれぞれの入口まで分割されなくてもよい。
【００５３】
外側二次空気バケット１５２ａ，１５２ｂは、それぞれ、第２の回転軸及び第３の回転軸を形成する取付箇所１５６ａ，１５６ｂを介して第２のフレーム１０８に取り付けられている。これらの回転軸は、外側二次空気バケット１５２ａ，１５２ｂがフレーム１０８に対して傾斜又は回転することを可能にする。二次空気バケット１５２ａ，１５２ｂのこの傾斜は、一緒に又は個別に行われてよく、第１の回転軸１１４を中心とするバーナノズル１３８及び内側二次空気出口１２３の傾斜と一緒であってもよいし、そうでなくてもよい。
【００５４】
様々な構成部材の傾斜は、好適には、０°〜約２０°の範囲で可能にされており、１５°が典型的である。傾斜角で傾斜させられた構成部材の代表的な図が、図７Ａ〜図７Ｃに示されている。特に、図７Ａは、中立位置、つまり基本的に０°のオフセット角における外側二次空気バケット１５２ａ，１５２ｂ、バーナノズル１３８及び内側二次空気出口１２３を示している。正方向若しくは上方への傾斜が必要とされると、外側二次空気バケット１５２ａ，１５２ｂ、バーナノズル１３８及び内側二次空気出口１２３は、図７Ｂに示したように傾斜させられる。同様に、図７Ｃは、負方向若しくは下方へ傾斜した構成部材を示している。
【００５５】
図７Ａ〜図７Ｃのそれぞれにおいて全ての構成部材が同じ角度で傾斜させられていることが認められるであろう。しかしながら、構成部材は、望まれるならば全てが個別の角度で傾斜させられてもよい。これらの個別の角度は、それぞれの個別の構成部材のための、上方、下方及び中立の選択肢の間の可能な組合せ（permutation）の全てを含む。さらに、この組合せは、これらの全体的な傾斜方向における様々な角度を含む。単に例であり、開示を限定しないが、１つの可能な配列は、外側二次空気バケットが上方へ１０°傾斜させられ、別の外側二次空気バケットが下方へ１２°傾斜させられ、バーナノズル１３８及び内側二次空気出口１２３が下方へ７°傾斜させられることである。別の典型的な実施の形態において、構成部材は、全て、上方又は下方へ１°、上方又は下方へ５°、上方又は下方へ１０°、又は上方又は下方へ１５°傾斜させられてよい。さらに、炉ごとに２つ以上のバーナが設けられている場合、それぞれの異なるバーナが、それぞれ異なる角度で向きづけられた様々な構成部材を有してよい。
【００５６】
バーナの傾斜機能を行うために、バーナ１００には、１つの傾斜機構又は一連の傾斜機構が設けられている。図１に示したように、典型的な傾斜機構は一連のレバー４００ａ，４００ｂ，４００ｃを含む。このようなレバーは、構造用鋼フレーム１０５、第２のフレーム１０８、及び傾斜させられる構成部材、すなわち第１の外側二次空気バケット１５２ａ、第２の外側二次空気バケット１５２ｂ、及び内側二次空気管出口１２３とバーナノズル１３８との組合せ、に取り付けられており、それぞれ、アクチュエータ４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃを有する。これに関して、第１のレバー４００ａは、第１の外側二次空気バケット１５２ａを傾斜させるために働き、第２のレバー４００ｂは、内側二次空気管出口１２３とバーナノズル１３８との組合せを傾斜させるために働き、第３のレバー４００ｃは、第２の外側二次空気バケット１５２ｂを傾斜させるために働く。アクチュエータは、公知の手段によって移動させられてよく、機械的に移動させられるか、空圧式に移動させられるか、液圧式に移動させられるか、又は電気的に移動させられる。さらに、レバーは、直線運動を角運動に変換するために公知の形式で配置されている。例えば、図４及び図６に示したように、レバー４００ｂは、旋回点４０６によってレバー４００ｂに結合された外側バレル１３８の耳４０４を移動させる。耳４０４は、第１の回転軸１１４を中心とするモーメントアームを提供し、これにより、バーナノズル１３８を傾斜させる。別の実施の形態において、２つ以上の構成部材を作動させるために１つのレバーが使用されてよい。
【００５７】
図１に戻ると、取付箇所１５６ａ，１５６ｂに概して隣接した湾曲したばねプレートが示されている。ばねプレート１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄは、外側二次空気バケット１５４ａ，１５４ｂと、内側二次空気出口１２３とバーナノズル１３８との組合せとの間の、制御されない二次空気の漏れを防止することが認められるであろう。特に、ばねプレート１６０ａ及び１６０ｄは、外側二次空気バケット１５２ａ，１５２ｂが回転させられるときに構造支持体１０５の部分に当接する。ばねプレート１６０ｂ及び１６０ｃは、同様の形式で小孔付きプレート１１６に当接する。このように、内側二次空気出口１２３とバーナノズル１３８とが回転させられると、小孔付きプレート１１６は、摺動する配列においてばねプレート１６０ｂ，１６０ｃに沿ってずれ動く。小孔付きプレート１１６及び構造支持体１０５とのばねプレート１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄの当接は、当接し合う部材の間の空気の通過を遮断するために働く。好適には、小孔付きプレート１１６は、ばねプレート１６０ｂ，１６０ｃの潜在的な接触領域においては小孔を有さない。
【００５８】
様々な構成部材のための構成材料は、好適には、慣用の水平バーナにおけるこのような構成部材のために慣用的に適用されているものである。したがって、これらの材料は、主に、炭素鋼又は高級金属合金、例えばステンレス鋼である。概して、高い熱に曝されるか又はその他の特別な必要性を有するあらゆる部分は、好適にはステンレス鋼である。このような部分は、高い熱に曝されるバーナノズル１３８、及び特別な要求のあるピン１１９を含む。この特別な要求は、ステンレス鋼が、炭素鋼よりも滑らかな面を有しかつ容易に摩耗を生じないということを含む。その他の部分、例えば燃料管１０２の残りの部分及び構造用構成部材は、炭素鋼から形成されてよい。
【００５９】
図８Ａ〜図８Ｄを参照すると、本発明のバーナを使用する炉のための典型的な火炎温度分布が示されている。図８Ａは慣用の炉を示す。図８Ｂは、中立位置におけるバーナを備えた、米国特許第５７６２００７号明細書に記載の発明を実施した慣用の炉を示す。図８Ｃは、下方へ１５°の位置におけるバーナを備えた図８Ｂバーナを示す。図８Ｄは、上方へ１５°の位置におけるバーナを備えた図８Ｂのバーナを示す。
【００６０】
図８Ａ〜図８Ｄの火炎温度分布はカラーで示されていることが認められるであろう。３００で示された説明によれば、色は、青色で示された約５００°Ｆ（約２６０℃）から赤色で示された約３０００°Ｆ（約１６４９℃）までの火炎温度を表す。それらの間の、薄い青から緑、さらに黄色への色範囲は、上昇する温度範囲である。
【００６１】
前記のように、図８Ａは、慣用のバーナを使用する慣用の炉のための火炎温度分布３０２を表す。２つのこのようなバーナ３０４ａ，３０４ｂは、慣用の炉３０６の輪郭とともに図示されている。火炎温度分布によって証明されるように、慣用のバーナ３０４ａ，３０４ｂは、微粉砕された石炭と一次空気とを効率的に混合せず、したがって、炉の本体３０８よりも上方へ延びた火炎温度分布を提供する。この慣用の設計において、バーナ３０４ａ，３０４ｂは、０°に近い傾斜を表す中立位置に配置されている。炉３０６のネック３１０における火炎温度分布の幅にも注意すべきである。ここでは、上昇する熱が縁部から縁部へ延びていることを見ることができる。
【００６２】
図８Ｂは、その他の特徴の中で、ネック３２８におけるオーバーファイアシステム３２６を有する別の慣用の炉３２２のための火炎温度分布３２０を示す。上述のように、この炉は、０°に近い傾斜を表す中立位置におけるバーナ３２３ａ，３２３ｂによって燃料空気混合物を噴射するために米国特許第５７６２００７号明細書の開示内容を利用する。炉３２２は、煙道ガス再循環システムも有し、これにより、煙道ガスはボイラの出口端部から除去され、炉３２２の下側部分３２４へ噴射される。見て取れるように、この配列により、火炎温度分布は、炉３２２の本体３３０内へより深く延びている。しかしながら、炉３２２の本体３３０内へ延びた火炎温度分布３２０は、いくぶん狭幅の構成を成しており、熱のより広い拡散が好ましい。
【００６３】
図８Ｃは、米国特許第５７６２００７号明細書の開示内容及び煙道ガス戻しシステムをも利用する炉３４２のための火炎温度分布３４０を示す。しかしながら、この炉３４２の配列は、バーナ３４４ａ，３４４ｂが下方へ約１５°傾斜させられているという点において図８Ｂに示された配列と異なる。容易に明らかなように、この傾斜は、有利には炉３４２の本体３４６内でより幅広でかつより深くない火炎温度分布３４０を提供する。火炎温度分布３４０は、炉３４２のネック領域３４８においても十分に制御されたままである。
【００６４】
最後に、図８Ｄは、炉３５２が上方へ約１５°傾斜させられたバーナ３５４ａ，３５４ｂを有する点を除き、図８Ｃの炉と同様の炉３５２のための火炎温度分布３５０を示す。この場合、火炎温度分布３５０は、図８Ａに示された火炎温度分布３０２と同様に、炉３５２の本体３５６内へ深く進入していない。しかしながら、図８Ｄの火炎温度分布３５０において、火炎は、炉３５２のネック領域３５８において十分に制御されているのに対し、図８Ａのものはそうではない。
【００６５】
ここで発明は特定の実施の形態に関して説明されているが、これらの実施の形態は本発明の原理及び適用の単なる例示であることが理解されるべきである。したがって、例示的な実施の形態に対して多くの修正がなされてよく、添付の請求項によって規定される本発明の思想及び範囲から逸脱することなくその他の配列が案出されてよいことが理解されるべきである。
【図１】
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【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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