(57)【要約】  ボイラ（４０）からエミッションを低減するためのシステム（１０）および方法。ボイラ（４０）は概して燃焼領域（４２）を有する。システム（１０）はさらに燃料を供給するための燃料管（３０）を有する。システム（１０）はさらに導管（２０）を有する。ボア（２６）が導管（２０）を貫通している。導管（２０）のボア（２６）は、燃料管（３０）およびボイラ（４０）の燃焼領域（４２）と流体連通している。予備点火源（５０）は導管（２０）に配置されている。予備点火源（５０）は、導管（２０）を流過する燃料の少なくとも一部を予備点火するために働く。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼領域を有するボイラにおけるエミッションを低減するためのシステムであって、
燃料を供給するために働く燃料管と、
導管であって、該導管を貫通したボアを有し、該ボアは、前記燃料管およびボイラの燃焼領域と流体連通している、導管と、
該導管に配置されておりかつ前記導管を流過する燃料の少なくとも一部を予備点火するために働く予備点火源と、を備えることを特徴とする、ボイラにおけるエミッションを低減するためのシステム。
【請求項２】
前記燃料は、炭素質燃料を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記燃料は、微粉炭を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記予備点火源は、ボイラの通常運転中に前記導管を流過する燃料の少なくとも一部を連続的に予備点火する、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記予備点火源は、ボイラ負荷範囲の全体にわたって作動する、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
第１の予備点火導管であって、該第１の予備点火導管を貫通した第１のボアを形成しており、前記第１の予備点火導管は、前記導管の前記ボアに配置されており、前記予備点火源は、前記第１の予備点火導管のボアに配置されている、第１の予備点火導管をさらに備え、
前記導管を流過する燃料の少なくとも一部は、前記第１の予備点火導管のボアにおいて運搬される、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
第２の予備点火導管であって、該第２の予備点火導管を貫通した第２のボアを形成しており、前記第２の予備点火導管は、前記導管の前記ボアに配置されている、第２の予備点火導管をさらに備え、
前記導管を流過する燃料の少なくとも一部は、前記第２の予備点火導管のボアにおいて運搬される、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
第３の予備点火導管であって、該第３の予備点火導管を貫通する第３のボアを形成しており、前記第３の予備点火導管は、前記導管の前記ボアに配置されている、第３の予備点火導管をさらに備え、
前記導管を流過する燃料の少なくとも一部は、前記第３の予備点火導管のボアにおいて運搬される、請求項６記載のシステム。
【請求項９】
前記導管を流過する燃料の１０％〜５０％が、前記導管において予備点火される、請求項３記載のシステム。
【請求項１０】
前記導管を流過する燃料の少なくとも一部は、準化学量論的条件下で予備点火される、請求項３記載のシステム。
【請求項１１】
燃料に対する空気の比が、０．１〜０．４である、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
燃焼領域を有するボイラにおけるエミッションを低減する方法であって、
燃料を供給するために働く燃料管を提供するステップと、
導管であって、該導管を貫通するボアを有し、該ボアは前記燃料管および前記ボイラの前記燃焼領域と流体連通している、導管を提供するステップと、
該導管に配置された予備点火源を提供するステップと、
燃料を前記燃料管から前記導管を通じて前記ボイラの前記燃焼領域へ供給するステップと、
前記導管を流過する燃料の少なくとも一部を予備点火するステップとを含むことを特徴とする、ボイラにおけるエミッションを低減する方法。
【請求項１３】
ボイラ負荷範囲の全体にわたって燃料を予備点火するように前記予備点火源を作動させるステップをさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
ボイラにおいてエミッションを低減する方法であって、前記ボイラは、第１の燃料高さおよび第２の燃料高さを有し、前記第１の燃料高さおよび前記第２の燃料高さのそれぞれは、ボイラの燃焼領域に燃料を供給するために働くノズルを有し、前記方法は、
前記第１の燃料高さおよび前記第２の燃料高さに関連したノズルを通じてボイラの燃焼ゾーンに燃料を供給するステップと、
前記第１の燃料高さおよび前記第２の燃料高さに関連したノズルを通じて燃料を供給する前に、前記第１の燃料高さおよび前記第２の燃料高さに関連したノズルを通じて供給される燃料の少なくとも一部を予備点火するステップとを含むことを特徴とする、ボイラにおいてエミッションを低減する方法。
【請求項１５】
前記各ノズルは導管と流体連通しており、前記第１の燃料高さおよび前記第２の燃料高さに関連したノズルを通じて供給される燃料は、前記第１の燃料高さおよび前記第２の燃料高さに関連した前記ノズルを流過する前に、導管を流過し、
前記燃料は前記導管において予備点火される、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記燃料の予備点火は、ボイラの通常作動中、継続する、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願とのクロスリファレンス
本願は、２０１１年１２月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／４２６６１６号明細書の合衆国第３５法典１１９条（ｅ）に基づく利益を請求するものであり、その開示内容は引用することによりその全体が本明細書に組み入れられる。
【０００２】
分野
本開示は、概して燃焼装置に関する。特に、本開示は、ボイラにおけるエミッションを低減するためのシステムおよび方法に関する。
【０００３】
背景
ボイラにおける燃料として通常石炭が使用される。石炭がボイラの燃焼領域に導入され燃焼させられる前に、石炭は通常微粉砕される。微粉砕の後、石炭は通常１つ以上の導管を通じてボイラの燃焼領域へ搬送される。微粉炭は、燃焼領域において点火され燃焼される。燃焼中に発生されたガスは、ボイラの燃焼領域と流体連通した１つ以上の煙道を通じて搬送される。これらのガスは通常煙道ガスと称され、通常窒素酸化物（ＮＯｘ）および硫黄酸化物（ＳＯｘ）などの汚染物を含んでいる。
【０００４】
ＮＯｘおよびＳＯｘなどの、石炭だきボイラによって発生される煙道ガスから汚染物を除去するための努力がなされてきた。石炭だき発電プラントにおけるＮＯｘエミッションを低減するための既存の努力は、低ＮＯｘバーナ／オーバーファイアエア（ＯＦＡ）システムおよびガス再燃焼システムなどの炉内技術を含んでいる。付加的に、選択的非触媒還元（ＳＮＣＲ）または選択的触媒還元（ＳＣＲ）などの燃焼後技術が、煙道ガスからＮＯｘを低減するために使用される。これらの解決手段は商業的に利用可能であるが、このような解決手段のための資本および運転コストは高い。
【０００５】
概要
ここに例示される態様によれば、ボイラからのエミッションを低減するためのシステムが提供される。ボイラは概して燃焼領域を有する。システムは、燃料管および導管を有する。ボアは、導管を貫通しており、燃料管およびボイラの燃焼領域と流体連通している。予備点火源が導管に配置されている。予備点火源は、導管を流過する燃料の少なくとも一部を予備点火するために働く。
【０００６】
ここに例示される別の態様によれば、ボイラからエミッションを低減するための方法が提供される。この方法は、燃焼領域を有するボイラを提供するステップを有する。ボイラに燃料を供給するために燃料管が提供されている。この方法はさらに、燃料管およびボイラの燃焼領域と流体連通した導管を提供するステップを有する。この方法はさらに、導管内に配置された予備点火源を提供することを含む。燃料は、燃料管から導管を通じてボイラの燃焼領域へ供給される。導管を流過する燃料の少なくとも一部は予備点火源によって点火される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】予備点火システムの一部の縦断面図である。
【図２】図１に示されたシステムの一部の横断面図である。
【図３】予備点火システムの一部の縦断面図である。
【図４】ボイラの一部の斜視図である。
【０００８】
詳細な説明
図１を参照すると、概して符号１０で示された予備点火システムは導管２０を有し、この導管２０をボア２６が貫通している。燃料を供給するための燃料管３０は、導管２０と流体連通している。予備点火システム１０はさらに、導管２０と流体連通した燃焼領域４２を有するボイラ４０を含む。予備点火源５０は導管２０に配置されている。運転中、空気などのガスは、燃料を燃料管３０から導管２０を通じて燃焼領域４２内へ搬送する。予備点火源５０は、導管２０によって形成されたボア２６を燃料が通過する際に燃料の少なくとも一部を点火する。図示した実施の形態において、燃料は微粉炭を含む。しかしながら、本開示はこれに関して制限されず、炭素質燃料および／または天然ガスなどの、しかしながらこれに限定されない種々異なる燃料が使用されてもよいことが理解されるべきである。本開示において、予備点火という用語は、燃料がボイラ４０の燃焼領域４２に供給される前に導管２０のボア２６において点火されることを意味する。
【０００９】
さらに図１を参照すると、導管２０はエルボ形状を有して示されている。しかしながら、本開示は、これに関して限定されず、開示されたシステムとともに多くの異なる導管形状および構成が使用されてよいことが理解されるべきである。たとえば、導管は、実質的に直線的であるか、または、たとえば導管は湾曲した形状を有してよい。
【００１０】
燃料管３０の内側領域が、導管によって形成されたボア２６と流体連通するように、燃料管３０は導管２０の第１の端部２２に連結されている。通常、石炭は１つ以上の微粉砕機において微粉砕され、次いでガスによって燃料管３０を通じて搬送される。通常、搬送ガスは、１つ以上のポンプによってシステム１０を通じて搬送される空気であることができる。しかしながら、本開示は、これに関して限定されず、酸素、二酸化炭素および／またはリサイクルされた煙道ガスなどの、しかしながらこれらに限定されない多くの異なる搬送ガスおよびそれらの混合物が、開示されたシステムとともに使用されてよいことが理解されるべきである。導管２０によって形成されたボア２６が、ボイラによって形成された燃焼領域４２と流体連通するように、導管２０の第２の端部２４はボイラ４０に連結されている。
【００１１】
予備点火源５０は、導管２０によって形成されたボア２６に配置されている。予備点火源５０は、ボア２６内へ延びた点火支持体５２に結合されている。図１に示したように、予備点火源５０は、予備点火支持体５２の遠位端部の近くに配置されている。予備点火支持体５２は導管のボア２６内へ延びている。予備点火源５０は、ボアを通じて供給される燃料を予備点火することができるあらゆる装置であってよい。たとえば、予備点火源５０は、低容量オイル点火器、低容量天然ガス点火器およびプラズマ点火器を含むが、これらに限定されない。しかしながら、本開示は、これに関して限定されず、導管２０のボアを通じて供給される燃料を予備点火することができるあらゆる装置が使用されてよい。予備点火源は、ボア２６の外側の領域からボア２６の内側の領域へ延びる点火支持体４２の遠位端部の近くに位置するように図示および説明されているが、本開示はこれに関して限定されず、多くの異なる構成を用いることができる。たとえば、電気的予備点火源および支持体がボア内に完全に配置されていてよく、点火源は無線制御によって作動させられる。
【００１２】
システム１０はさらに、導管２０に配置された複数の予備点火導管６０，７０，８０を有する。各予備点火導管６０，７０，８０をボア６１，７１，８１が貫通している。予備点火導管６０，７０，８０は、導管２０によって形成されたボア２６に配置されている。各予備点火導管６０，７０，８０は、それぞれの支持エレメント６２，７２，８２によってボア２６における所定の位置に固定されている。
【００１３】
予備点火源５０は、第１の予備点火導管６０の前縁６４の近くにおいて、第１の予備点火導管６０のボア６１に配置されている。作動中、微粉炭が導管２０を通じて搬送される。微粉炭の少なくとも一部は、第１の予備点火導管６０のボアにおいて運搬されるが、微粉炭の少なくとも一部は、第１の予備点火導管６０のボア６１の外側において導管２０を流過する。
【００１４】
第１の予備点火導管６０の後縁６６は第２の予備点火導管７０のボア内に配置されている。第２の予備点火導管７０の前縁７４は、後縁６６における第１の予備点火導管６０の外側寸法と比較して、第２の予備点火導管７０のボア７１へのより大きな面積の開口を有する。作動中、第１の予備点火導管６０のボア６１において運搬されなかった、導管２０を流過する微粉炭の少なくとも一部は、第２の予備点火導管７０のボア７１において運搬されるが、微粉炭の少なくとも一部は、第２の予備点火導管７０のボア７１の外側において導管２０を流過する。
【００１５】
同様に、第２の予備点火導管７０の後縁７６は、第３の予備点火導管８０のボア８１内に配置されている。第３の予備点火導管８０の前縁８４は、後縁７６における第２の予備点火導管７０の外側寸法と比較して、第３の予備点火導管８０のボア８１へのより大きな面積の開口を有する。作動中、第１の予備点火導管６０のボア６１または第２の予備点火導管７０のボア７１において運搬されなかった、導管２０を流過する微粉炭の少なくとも一部は、第３の予備点火導管８０のボア８１において運搬されるが、導管２０を流過する微粉炭の少なくとも一部は、第３の予備点火導管８０のボア８１の外側を流れる。
【００１６】
図１に示した実施の形態において、システム１０は、３つの予備点火導管６０，７０，８０を有するように図示および説明されている。しかしながら、本開示はこれに関して限定されない。たとえば、開示されたシステムは、内部に予備点火導管が配置されていない、ボアを備えた導管を有してよい。予備点火導管の数はゼロから１０以上で変化してよい。同様に、１つ以上の予備点火導管の形状および構成は変化してよい。
【００１７】
システム１０の作動中、微粉炭は燃料管３０から導管２０を通ってボイラ４０の燃焼領域４２へ搬送される。簿粉炭の少なくとも一部は、予備点火源５０を流過する際に、ボア２６から出る前に予備点火源５０によって予備点火される。これにより、システム１０は、ボイラ４２の燃焼領域４２に供給される燃料供給の一部の予備点火を提供する。予備点火源５０によって予備点火された燃焼供給の部分は、その後、導管２０のボア２６内の微粉炭の環状の流れを点火する。
【００１８】
予備点火源５０、および導管２０のボア２６における包囲する燃料のその後の予備点火は、ボイラ４０の燃焼領域４２への微粉炭の全流れの１０％〜５０％を予備点火する。この範囲は、図１における開示された実施の形態に関連するものであり、本開示を制限しようとするものでないことが理解されるべきである。なぜならば、本開示のシステムは、導管を流過する微粉炭の全流れの１０％未満または５０％超を予備点火することができるからである。微粉炭は、準化学量論的条件下で点火される。図示した実施の形態において、微粉炭に対する空気の比は０．１〜０．４である。本開示はこれに関して限定されず、広範囲の燃料に対する空気の比が用いられてよいことが理解されるべきである。上述のような、燃料リッチ条件下での石炭の予備点火は、燃料リッチ条件における、窒素を含む燃料揮発物を解放するために作用することが分かった。予備点火源５０、および導管２０のボア２６内の燃料供給の少なくとも一部の結果的な予備点火は、ボイラの負荷範囲全体にわたって機能することができる。たとえば、予備点火源は、ボイラの始動中に燃料を予備点火するために使用されてよい。さらに、予備点火源は、ボイラの通常運転中に燃料を予備点火するために使用されてよい。ボイラの通常運転は、ボイラがオンラインにもたらされた後のボイラの連続運転を含む。ボイラの通常運転中の燃料の連続的な予備点火はボイラのエミッションにおけるＮＯｘの低減を高めることが分かった。
【００１９】
図３を参照すると、本開示によるシステム１１０の第２の実施の形態が示されている。このシステム１１０は、図１に開示された実施の形態と同様のものである。図３に示されたシステム１１０において、予備点火支持体１５２は、導管１２０のボア１２６の外側の領域から、上方へ、導管のボア１２６内へ延びており、予備点火源１５０はボア１２６の半径方向中央領域に配置されている。本開示はこれに関して限定されず、予備点火を達成するために予備点火源の多くの異なる構成を用いることができることが理解されるべきである。
【００２０】
図４において、複数の導管２００がボイラ２４０の燃焼領域２４２に燃料を供給するシステム２１０が示されている。システム１１０において、５つの石炭供給高さ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５が設けられている。それぞれの高さは、本開示にしたがって、上述のように４つの導管（図３には３つしか示されていない）を有し、各導管は、ボイラ２４０の燃焼領域２４２に燃料を供給することができ、ボアから出てボイラ２４０の燃焼領域２４２に進入する前に燃料の少なくとも一部を予備点火する。ボイラ２４０の作動中、第１及び第２の高さ２０１，２０２における導管は、導管を流過する微粉炭の少なくとも一部を予備点火するために働くのに対し、第３、第４および第５の高さにおける導管は、これらの導管を流過する微粉炭のいかなる部分も予備点火するように働かない。本開示はこれに関して限定されず、導管、燃料管および／または高さの多くの異なる構成が、開示されたシステムとともに用いられてよいことが理解されるべきである。たとえば、各レベルにおける導管の数は変化してよい。異なる数の高さが設けられていてよく、予備点火高さとして働く高さは、変化してよい。
【００２１】
本開示は、複数の実施の形態に関連して開示および説明されたが、その他の変更および修正が行われてもよいことに注意すべきであり、以下の請求項は、開示の本当の範囲における変更および修正をカバーすることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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