(57)【要約】【課題】　石炭の燃焼により生じるＮＯｘを減少するための従来の方法は搬送空気の量を減少させることである。しかし、搬送空気の量を減少すると石炭粉末化装置や粉体輸送あるいは分配系統の性能に悪い影響があるので実行できない。【解決手段】　石炭のような炭化水素燃料の燃焼におけるＮＯｘの形成は、燃料固形物及び空気供給流から、供給流よりも高い燃料固形物／空気比を有する流れを分離し、こうして得られた流れと少量の酸素を燃料固形物が燃焼される個所でバーナ注入することにより減少される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　気体担体に担持された粉末状固形炭化水素燃料の供給流を供給することを含む燃焼方法において、前記供給流から、前記燃料と前記担体とを含み燃料／担体比が前記供給流における燃料／担体比よりも大きい少なくとも一つの取得流を得る工程と、
　前記取得流と空気をバーナ（３）から燃焼室（１）に導入し、酸素を前記バーナ（３）の個所またはその近傍で取得流に注入し、前記燃焼室（１）において前記取得流中の燃料を、前記酸素の量が前記燃料の完全燃焼に必要な化学量論量の２５％未満であって燃料富化状態に維持された燃料富化火炎帯域（８）を有する火炎中で燃焼させる一方、前記バーナ（３）を通して供給される空気の量を、燃焼帯域全体の化学量論比が前記酸素の添加がない場合の化学量論比に比して１０％以内だけ変動するに十分な酸素を含む量だけ減少させることを含む燃焼方法。
【請求項２】
　前記バーナ（３）以外の供給源（７）から前記燃焼室（１）の前記燃料富化帯域（８）の外側の領域（９）に空気を追加して、前記燃焼室（１）に供給される全酸素量が少なくとも前記燃料の完全燃焼に必要な化学量論量であるに十分な量の酸素を含む量で燃料富化一次燃焼帯域を形成する、請求項１の燃焼方法。
【請求項３】
　前記燃料は石炭である請求項１または２の燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は結合窒素含有燃料を含む石炭等の固形炭化水素燃料の燃焼方法、および同燃焼過程において発生する窒素酸化物を減少する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　動力プラントの炉内燃焼は依然としてエネルギー発生の重要な手段である。このような燃焼は依然として大気汚染の原因となるＮＯｘの大気中への排出の源であると考えられており、燃焼中に大気へ排出されるＮＯｘを減少する方法の探求は未だに大きい関心事である。
【０００３】
　ＮＯｘの排出を減少する１つの方法は、空気力学的な段階及び／又は上吹き口（ｏｖｅｒｆｉｒｅ　ｐｏｒｔｓ）を使用する段階燃焼技術である。空気力学的な段階燃低ＮＯｘバーナでは、燃料の燃焼に必要な空気の一部の燃料への混合は、内部に比較的大きい燃料富化領域を有する火炎を形成するために遅延される。広域段階燃焼又は上吹き口を有する段階燃焼では、石炭の完全燃焼に必要な全酸素量の一部のみが燃料と共に一次燃焼帯域のバーナに供給されて燃料富化火炎領域を形成し、ついで燃料貧化領域において燃焼空気の残りの部分（上吹き空気）が供給されて燃料の燃焼を完全にする。燃焼空気が注入されるが未だ完全には燃料と混合されない近バーナ領域を除いて、一次燃焼領域の全体は広域段階燃焼下に燃料富化状態となり、長い滞留時間によりＮＯｘを減少させる。燃料富化条件を達成するために、従来技術は燃料と共に一次燃焼帯域に供給される燃焼空気の量を減少するか、又は可燃ガスをこの帯域に追加するか、又は酸素貧化燃焼ガスを再循環させることを示唆している。従来の教示によると、この方法で純酸素を添加することは考えられない。なぜなら火炎のこの領域から過剰酸素を抑制する目的に反するからである。粉末状石炭を燃焼する炉では粉末状石炭は通常一次空気（輸送空気）と十分に混合することにより担持された粉末状石炭固体の流動性流れとしてバーナに供給されそこを通して輸送される。輸送空気は再循環煙道ガス又はダクト内バーナにより使用された燃料の燃焼生成物を含有しうる。輸送空気の量を減じることは石炭の燃焼により生じるＮＯｘを減少するための１つの認識された技術である。しかし、大抵の場合、輸送空気の量を減少すると石炭粉末化装置や粉体輸送あるいは分配系統の性能に悪い影響があるので実行できない。
【０００４】
　従来粉末状石炭バーナのＮＯｘを減じるために従来から行われている第２の方法は、石炭濃縮器又は分割器を使用することである。石炭濃縮器又は分割器は石炭をバーナの個所又はその近傍で輸送空気から慣性により分離して粉末石炭富化流と空気富化流の２つ以上の流れにする。そのうちの１つ以上の流れの石炭／輸送空気比は他の流れよりも高い。これらの装置は２つ以上の流れを別々に又は高度に成層化して炉に注入する。このようにして燃料富化流は一層燃料富化した状態で燃焼し、そして燃料貧流は追加の空気と熱を供給して揮発分除去（ｄｅｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）と石炭の脱窒素化を行う。これらの装置はまたバーナのより大きいターンダウンを可能にする。なぜなら、石炭の負荷が燃焼率の低下につれて減じる（少量の石炭と同一量の輸送空気）ため、濃縮器はバーナ先端でより濃密な石炭流を可能にし、それにより火炎の点火安定性を維持する助けとなるからである。この型の技術は当技術分野では一般的でありこの目的で設計されている多数の石炭濃縮器が存在する。しかし、石炭燃焼式ボイラからのＮＯｘに対する規制は非常に厳しくなっており、石炭濃縮器のみを具備した現状の低ＮＯｘ燃焼装置では新たなＮＯｘ規制を満たすことができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、未燃焼の灰分中の炭素が有意に増大させないで、また好ましくは石炭濃縮器の特徴を利用しながら、ＮＯｘの排出を減じるように石炭の燃焼を実施する改良された方法が要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　本発明は気体担体に担持された粉末状固形炭化水素燃料の供給流を供給する燃焼方法において、前記供給流から、前記燃料と前記担体とを含み燃料／担体比が前記供給流における燃料／担体比よりも大きい少なくとも一つの取得流を得る工程と、
　前記取得流と空気をバーナから燃焼室に導入し、酸素を前記バーナの個所またはその近傍で取得流に注入し（例えば酸素を前記バーナから放出される燃料に直接注入するかまたは酸素を前記バーナから放出される空気に注入することによる）、前記燃焼室において前記取得流中の燃料（例えば石炭）を、前記酸素の量が前記燃料の完全燃焼に必要な化学量論量の２５％未満であって燃料富化状態に維持された燃料富化火炎帯域を有する火炎中で燃焼させ、その一方で前記バーナを通して供給される空気の量を燃焼帯域全体の化学量論比が前記酸素の添加がない場合の化学量論比に比して１０％以内だけ変動するに十分な酸素を含む量だけ減少させる工程、を含む燃焼方法を提供する。
【０００７】
　好ましい実施例では、燃料富化火炎帯域における化学量論比は０．６〜１．０であり、より好ましくは０．７〜０．８５である。
【０００８】
　他の好ましい実施例では、空気は前記バーナ以外の供給源から前記燃焼室の前記燃料富化火炎帯域の外側に空気を追加して、前記燃焼室に供給される全酸素量が少なくとも前記燃料の完全燃焼に必要な化学量論量であるに十分な量の酸素を含む量で燃料富化一次燃焼帯域を形成する。この実施例では好ましくは一次燃焼帯域の化学量論比は０．６〜１．０、好ましくは０．７〜０．８５である。
【０００９】
　石炭と空気よりなる１つ以上の取得流は供給流よりも高い固体状燃料／空気比を有するものが取得できるが、必然的に生成される低い固体状燃料／空気比の１つ以上の流れから物理的に分離した高い固体状燃料／空気比の流れは必ずしも得られない。すなわち、高い固体燃料／空気比を有する取得流は低い固体状燃料／空気比の１つ以上の領域を有する流れの一部を構成することができる。
【００１０】
　本発明は、先ず石炭流を濃縮し、ついでバーナの出口で局在化領域において濃縮石炭流に空気を添加することにより、高温度の燃料富化火炎帯域というプロセス条件を維持する。これにより、かなり高い濃度の酸素を石炭に接触させることができ、達成される石炭濃度に依存する元の空気と同一又はそれより低い化学量論比を維持することができる。
【発明の効果】
【００１１】
　局所的に高い濃度の酸素を低い化学量論比で混合すると、ＮＯｘの生成を抑制するための理想的な条件が得られる。濃縮石炭流中で使用すると、これらの条件は不活性ガスすなわち空気中に含まれている窒素の一部を通常の石炭燃焼プロセスから除去することにより達成でき、それにより、より高温度を可能にして総合的にＮＯｘの排出を減少し、さらに灰分中の未燃焼炭素を減少する結果となる。また、酸素をこのように添加することにより、所望の有利な条件を達成するのに少ない酸素しか必要とせず、酸素利用の経済性が大幅に向上する。
【００１２】
　ここで使用する「化学量論比」とは、（供給酸素）／（供給流を構成する物質中に含まれる全炭素、硫黄及び水素を二酸化炭素、二酸化硫黄、及び水に変換するのに必要な酸素量）なる比を意味する。
【００１３】
　ここで使用する「ＮＯｘ」とは、ＮＯ、ＮＯ2、ＮＯ3、Ｎ2Ｏ、Ｎ2Ｏ3、Ｎ3Ｏ4及びそれらの混合物を意味するがそれらに限定されない。
【００１４】
　ここで使用する「低ＮＯｘバーナによる段階燃焼」とは、燃料と燃料の完全燃焼に必要な燃焼空気の一部との混合が、比較的大きい燃料富化火炎帯域を有する火炎を生成するように遅延される炉内燃焼を意味する。
【００１５】
　ここで使用される「広域段階燃焼」又は「上吹き空気による段階燃焼」とは、燃料の完全燃焼に必要な燃焼空気の一部のみが、燃料と共にバーナに供給され、そして少なくとも燃料の完全燃焼に十分な追加の空気（上吹き空気）がバーナを通さないで或いはバーナの直近に導入されないで、代わりにバーナと炉の煙道との間に配置した１以上の入り口から燃料を随伴しないで供給されるような炉内燃焼を意味する。
【００１６】
　ここで使用される「気体担体」とは、酸素を含まないか又は燃料系に着火が起きる危険なしに燃料を輸送するのに程度の酸素含有量を有し、残部は不活性ガス又は先行するプロセスからの燃焼生成物から構成される気体媒体を意味する。
【００１７】
　ここで使用される「結合窒素」とは炭素と水素と場合により酸素を含む分子の一部を構成する窒素を意味する。
【００１８】
　図１は本発明を実施するための一実施例を示す断面図である。
【００１９】
　図２は本発明を実施するのに使用するバーナの断面図である。
【００２０】
　図３から図６は燃料固形分及び空気の供給流から、その供給流よりも高い燃料固形分／空気比を有する流れを取得するために本発明で使用する各種装置の断面図である。
【００２１】
　図７から図９は本発明を実施するのに使用する各種装置の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
　本発明は以下で石炭の空気を気体担体とする燃焼に関して説明するが、これは一例であり、ここに記載された方法は他の任意の粉末燃料及び任意の気体担体に対して適用できる。本発明は図面に関連して説明するが、例示であって本発明を限定するものではない。
【００２３】
　一般に本発明は先ず石炭・輸送空気の流れ（供給流）から、供給流よりも燃料／空気比が高い（大きい）１つ以上の流れ（「取得流」という）を分離する。取得流を取得することは、同時に供給流よりも燃料／空気比が低い（小さい）流れも生じる。次に、取得流中の燃料に対して化学量論比に達しない酸素がバーナ又はその近傍で取得流に注入され、それにより、燃料粒子のより速くより高温度の燃焼と揮発分除去を行う。燃料粒子をその燃焼工程の初期段階でこれらの条件にさらすことにより、燃料の結合窒素はＮＯｘではなくてＮ2に変換され、燃焼工程の後期段階で炭素分の完全燃焼の達成を容易にする。また生成された比較的希薄な１つ以上の炭素流は他の方法で利用される。例えばこれらの流れは酸素流からは離れた位置で炉に注入できるが、その個所はバーナから離れた個所でもよい（例えば上吹き空気としてまたは段階燃焼空気流として）。
【００２４】
　一般に供給流の速度及びより濃縮された炭素・空気流の速度は２５−２５０ｆｔ／秒（７．６２−７６．２ｍ／秒）、好ましくは５０−２００ｆｔ／秒（１５．２−６０．９ｍ／秒）である。一般に供給流中の燃料固形物／空気比は０．２５−１．５ｌ（重量比）であり、好ましくは０．３５−０．７である。一般に取得流の燃料固形物／空気比は０．４−１０であり、好ましくは０．５−３である。
【００２５】
　図１は装置の内部２で燃焼が実施される任意の装置であってよい燃焼装置１を示す。好ましい燃焼装置は図示しない慣用の手段により電力を発生するのに使用される炉やボイラである。燃焼装置１の側壁又は端壁に設けたバーナ３は燃焼装置の外部にある供給源から燃料、空気及び酸素を燃焼室の内部２に供給する。適当な燃料は粉末状（すなわち微細な）炭化水素固形物であり、その好ましい例は粉末化した石炭又は石油コークスである。
【００２６】
　図１に示し図２に詳しく示したように、バーナ３は好ましくは複数個の同心状に配置した通路から構成されるが、同一の作用の他の構造も使用できる。燃料は環状通路４を通して燃焼装置１に供給される。好ましくは燃料及び輸送空気は供給源２０から１以上のバーナ３に供給され、そこから石炭濃縮器１８に通され、得られる流れは燃焼装置１の内部２に推進される。通常１．５−２．０ｌｂ（０．６８−０．９１ｋｇ）の一次空気の有効量を用いて１ｌｂ（５．０ｋｇ）の石炭を輸送するが、これは瀝青炭の完全燃焼に必要な化学量論の空気の約２０％に相当する。
【００２７】
　燃焼空気２２は強制送風（ＦＤ）ファン（図示せず）により１以上の風箱２１に供給され、ついで１以上のバーナ３の空気通路へ供給される。二次燃焼空気１５はバーナ３、好ましくは燃料が供給される環状通路４を取り囲む同心状に配置の環状通路１１を通して燃焼装置１へ供給される。好ましくは三次燃焼空気１６がバーナ３、好ましくは二次空気通路を取り囲む同心は位置の環状通路１２を通して燃焼室へ供給される。好ましくはさらに燃焼空気は上吹き空気口７（図１）を介して供給される。
【００２８】
　好ましい低ＮＯｘバーナは良好な空気力学的な調整可能性のために一次（燃料）、二次空気及び三次空気通路を有する。しかし、一次及び二次空気供給を行う他の低ＮＯｘバーナも使用できる。一旦３つの通路で最適の設定を行うと、二次空気用旋回羽根及び通路は３通路設計におけるとほぼ同一の空気力学的混合特性を創生する。別法として、追加の（四次）通路を有するバーナを使用することもできる（米国特許第５９６０７２４号に記載されたＲＳＦＣバーナ（商品名））。
【００２９】
　燃焼は炭化水素と空気中の酸素との間で行われて、火炎６を形成する。バーナ３の端部に最も近い火炎の領域、すなわち炭化水素燃料がバーナから出てくる領域８は燃料富化帯域である。領域８の周部領域の火炎６は二次及び三次燃焼空気が十分に燃料に達していないので比較的空気が希薄である。十分な空気が広域段階燃焼のために上吹き空気口７から供給されると、炉の下側帯域全体、すなわち上吹き空気口７より下側の一次燃焼帯域（ＰＣＺ）１０は、注入された空気が未だ燃料に反応しないバーナ３に近い領域を除いて、燃料富化となる。
【００３０】
　好ましくは上吹き空気口７から燃焼装置１の内部に供給される空気はより燃料富化した一次燃焼帯域１０を形成し、そして消尽帯域９における燃料の完全燃焼を達成するのを助ける追加の酸素を供給する。バーナ３を通して供給される燃焼空気中の酸素は、上吹き空気口７から供給される酸素と組み合わさって、燃料の完全燃焼を可能にするのに少なくとも十分な量であり、代表的には燃料の完全燃焼に必要な量の１０〜１５％（容積比）過剰な酸素を含んでいる。
【００３１】
　好ましくは、バーナの長軸線の周りに渦巻きを生じるようにバーナ３から二次及び三次燃焼空気を供給し、それによりバーナ３の近傍に循環帯域を形成して空気と燃料の混合を向上する。渦巻きは、所望の渦巻き方向に流れを差し向けることができるデフレクタ１３、１４をバーナ３の二次及び三次空気流用の環状通路に配置するなど、公知の技術により形成することができる。高度の渦巻きが好ましく、"Combustion Aerodynamics",J.M.Beer and N.A.Chigier, Robert E. Krieger Publishing Company,Inc., 1983に定義されている渦数０．６−２．０が好ましい。
【００３２】
　バーナ３を通して供給される空気の全量（一次、二次、及び三次空気の総和）は完全燃焼に必要な化学量論量の６０から１００％であり、最も好ましくは７０−８５％である。
【００３３】
　酸素が化学量論量の２０％の空気を使用して石炭輸送流に予備混合又は迅速混合され、また全体的な燃焼の化学量論比が１．１５である場合には、輸送空気流中及び全体燃焼空気中の酸素の平均濃度は次のように計算される。
【００３４】
【表１】
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（注＊　例えば１．０５リットルの純酸素で置換される５リットルの空気は同量の酸素量を与える）
【００３５】
　バーナに供給される酸素の量は火炎６の燃料富化帯域において約０．８５未満の化学量論量を与える量にすべきである。管路又はランス５を通して供給される酸素量は燃料の完全燃焼に必要な化学量論量の２５％未満にすべきであり、より好ましくは化学量論量の１５％未満にすべきである。。
【００３６】
　同時にバーナ３を通して燃焼装置１に供給される二次び三次燃焼空気の量はランス５を通して供給される酸素量に対応する量だけ減じる必要がある。より詳しくはバーナ３を通して供給される二次燃焼空気及び三次燃焼空気（使用されるとして）の量は管路５を経由して燃料に供給される酸素量の１０％以内を含む量だけ減少すべきである。
【００３７】
　ＮＯｘの排出は局所的な化学量論条件に強く依存する。酸素の注入は局所的な化学量論条件を石炭希薄にするので、酸素注入後の化学量論条件の変化を考慮せざるを得ない。例えば化学量論量の空気の１０％に等しい酸素の、化学量論比０．４（ＳＲ＝０．４）の局所富化帯域への注入を、供給される燃焼空気の量の変化なしに行うと、局所的な化学量論量比をＳＲ＝０．５に変化し、ＮＯｘの排出を実質的に減少させることが予想される。このような効果は局所的な化学量論条件をＳＲ＝０．４に維持しながら「１０％の空気を酸素と置換すること」から得られる効果よりもはるかに大きい。もしも局所的な化学量論量条件がＳＲ＝０．９５である場合に、同一量の酸素が燃焼空気を変化させないで火炎帯域に注入されると、ＮＯｘの排出は局所的な化学量論条件がＳＲ＝１．０５に増大するときに鋭く上昇することが予測される。
【００３８】
　本発明は、高温度の燃料富化火炎帯域というプロセスの目標を、化学量論比を低下するように石炭流を濃縮し、ついでバーナ３の出口の局在領域に流すことにより維持する。これによりかなり高濃度の酸素を石炭に接触させることが可能になり、達成される石炭濃縮度に依存して元の空気値と同一又はそれよりも低い化学量論比を維持することができる。
【００３９】
　酸素の局所的に高い濃度と低い化学量論比を組み合わせることにより、ＮＯｘ生成を抑制するための理想的な条件が形成される。濃縮石炭流中で酸素を使用すると、石炭燃焼過程から不活性物が除かれることによりこれらの条件を達成し、それにより高い温度の達成を可能にし、燃焼過程からの総合的に低いＮＯｘ排出と、灰分中の低い未燃焼炭素を結果する。また、このようにして酸素を供給することにより所望の有利な条件を達成するのに少量の酸素しか要しないので、酸素経済が大幅に向上する。例えば化学量論量の空気の２０％を輸送空気として含有する石炭供給流が濃縮されて、その濃縮流が化学量論量の１０％の空気を含有することになると、輸送空気流中の酸素の平均濃度及び全燃焼空気中の平均酸素濃度は次のようになる。ただし酸素は濃縮された石炭に予備混合されるか又は迅速に混合され留こと、及び総合的は燃焼の化学量論比が１．１５であることを仮定する。
【００４０】
【表２】
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（注＊　例えば１．０５リットルの純酸素で置換される５リットルのの空気は同量の酸素量を与える）
【００４１】
　上の例は輸送空気中で同じ酸素濃度を達成する酸素必要量は濃縮器を使用することにより半分になることを示している。
【００４２】
　酸素を三次及び四次（使用するとした場合）に注入又は混合することはＯＦＡを用いない空気力学的段階バーナでは避けるべきである。理論的には、局所的な化学量論条件の最適化は空気を含む任意の酸化剤で可能である。しかし、酸素はわずかな量しか必要でないので、局所的な化学量論条件は全体の火炎の空気力学的混合条件に大きく影響することなく達成できる利点がある。
【００４３】
　バーナ３は石炭及び空気供給流が通過する構造体１８を有する。この構造体から供給流よりも大きい燃料固形物／空気比を有する１以上の流れと、供給流よりも小さい燃料固形物／空気比を有する１以上の流れが得られる。この目的を達成するのに有用な公知の主な石炭濃縮器は、石炭粒子と担体気体との質量差がこれら２つの分離に使用される慣性分離型のものである。石炭粒子は直線的に運動する傾向があり、主として通路中の高速気体により影響される。気体は方向が変えられ、また石炭よりも容易に高速化するので、２つの流れはかなり容易に分離される。
【００４４】
　バーナ用の石炭注入器には３種類の基本形、すなわち中心軸通路（例えばパイプ）、環状通路（例えば２つの同心状パイプ間の空間）、及びこれら２つのいずれかに分類できる正方形又は矩形断面の通路（例えば接線燃焼型ボイラ注入器）があるが、筒型石炭注入器以外の他の幾何学形を考慮してもよい。各形状のバーナから出てくる石炭は径方向（つまり中心から縁部へ向けて）、接線方向（つまり開口断面の周りに分散する高密度及び低密度の交互領域）、又はこれらの組み合わせの方向に濃縮される。石炭を濃縮する主な装置には混合物を加速し次いで気体部分を減速するベンチュリ管、渦巻き流を作る接線型インジェクタ（注入器）、渦巻きを生成する羽根、分割板、粒子を集めて一緒に推し進める交互収斂拡大型ダクトがある。図３から図６はこれらの装置の若干の典型例と、それらが作る濃縮石炭流の例を示す。
【００４５】
　図３はベンチュリ管３１を使用して、入ってくる供給流３２の石炭／空気比よりも高い及び低い石炭／空気比を有する石炭・空気流を得るための石炭濃縮器３０を示す。供給流をベンチュリ管３１の絞った環状頸部に通すと装置３０の内表面に近接した領域３３に、より濃縮された石炭の流れが形成され、中央領域３４により希薄化された石炭の流れが形成される。
【００４６】
　図４は入ってくる供給流４２に渦巻き運動を付与する羽根４１を有する石炭濃縮器４０を示す。渦巻き運動は石炭固形物を流れの半径方向外方に押しやり、その領域に、より濃縮された燃料流を形成する。羽根４４は流れが出て行く際に流れを直線化する。
【００４７】
　図５は石炭と空気の供給流５１が装置の軸線に沿って供給される石炭濃縮器５０を示す。流れは次に装置を通して円周方向の運動を起こすように流され、それにより、より多くの石炭固形物が装置の内表面に沿って運動する。これにより、より希薄な流れ５３を取り囲んで流れる所望の燃料濃縮流５２が得られる。
【００４８】
　図６は入ってくる供給流の流れに対する交互の収斂及び拡大形状の通路を形成する羽根を備えた石炭濃縮器６０を例示する。例えば、羽根６１，６２が互いに収斂し羽根６２，６３が互いに末広がりに拡大する。より濃縮した空気中石炭流れは収斂する羽根の間の通路で得られ、より希薄な流れは拡大する羽根の間の通路で得られる。この形式の濃縮器は空気中燃料固形物の濃度が装置の円周方向に変化するような流れを形成し、図３〜５の装置は装置の半径方向に沿って濃度が変化するような流れを形成する。
【００４９】
　石炭及び空気が流れる単純な複数のパイプに対しては、石炭は通常パイプの壁面の内縁部で濃縮し、まれにはパイプの中央で濃縮する。これは、より濃縮された石炭流が通常は絶壁型の火炎安定手段と作用するように配置されているためである。より濃縮された石炭流がパイプの内表面で得られるような条件下では、石炭パイプを取り囲む酸素の環状流が最良である。この流れは石炭流の軸線に沿った方向に、又は石炭流に向けて収斂するように注入されるべきである。この構成は図７に示されている。供給流７１は装置７０に対して接線方向に導入され、供給流７１及びそれよりも低い石炭濃度の流れ７３（灰色の矢印で示した）のいずれよりも高い石炭濃度の流れ７２（黒い矢印で示した）として出て行く。
　酸素流７４は環状通路７５に導入され、そこから出て濃縮された石炭・空気流と接触する。バッフル又は羽根をバーナの先端部に使用して渦巻き流を減速し、石炭流は通常渦巻きを描いて外方に出て行くようにしてもよい。接線方向に石炭を注入することにより生成される渦巻き運動は、また空気を半径方向に移動させるが、石炭に対してはそれほどではないので、石炭／空気比は他の技術ほどは大きくならない。
【００５０】
　図８はパイプ８０内にベンチュリ８１を使用した石炭濃縮器を例示する。供給流８２の絞りベンチュリ８１を通る流れは石炭固形物をパイプの中央部に向けて濃縮させ、パイプの内面に沿った流れを相対的に石炭希薄化する。この状況で、軸線方向に又はわずかに収斂する注入口８６を有するパイプの中央に設置された酸素ランス８４は最も濃縮した石炭流に酸素を混合する。絞りベンチュリ８１の位置の応じて、中央に位置するバッフル（じゃま部材）を設けて濃縮石炭がバーナの先端から出てくる前に希薄流と再混合しないようにすることが必要な場合がある。
【００５１】
　上記の両者の場合に、そらせ板又は渦巻き羽根をパイプ内に設置して半径方向に成層した流れを形成し、それをパイプの周方向に濃縮石炭流及び希薄石炭流の別々の区画に分割することができる。同一の２つの酸素注入器をこれらの場合に使用してもよい。ただし注入器の端部は塞ぎ、開口を異なった円周位置にさん孔し、それにより空気の注入点が濃縮石炭流の位置に一致するようにする。
【００５２】
　図９に示したように、図６に示した型の石炭濃縮器は閉鎖端部を有し且つランス端部を供給流よりも燃料／空気比が大きい燃料／空気比を有する流れの数に等しい数のオリフィス９２を有する軸向き酸素ランス９１を利用することにより本発明に適合できる。各オリフィスは半径方向に向いていても良いし、適当な角度及び位置で濃縮流の流れに対して収斂・拡大していて濃縮流の流れに交差するようにされていても良い。濃密な石炭流が円周方向に分割されていて、半径方向最外位置に差し向けられる場合には、濃密な石炭竜の開口に近接した位置に設けた酸素用の環状開口またはスロットが好ましい。
【００５３】
　これらの構造のため、接線燃焼型ボイラは標準バーナを持たない。正方形断面のボイラの各コーナには石炭または空気をボイラに注入して燃焼用反応体の混合を行う一組の空気及び燃料注入ノズルが設けられる。それらの非円筒形状のために、これらの注入器は大抵は収斂・拡大ダクトの中へ延びるように配置されたバッフルを有する。これらの通路の端部及び開始部の同一の最小断面のため、これらの中に流入する空気はほぼ均等に分割される。しかし、収斂通路は漏斗のように作用して石炭粒子を入口側で集め、それらを狭い出口端で濃縮させて濃縮石炭流を作る。この構造では酸素は石炭ノズル（この例では二次空気源）を取り囲む環状通路を介して、又はバーナの濃密石炭通路内に配置した複数のランスを介して供給できる。
【００５４】
　酸素が濃密石炭流に注入されると、その流れと接触混合する必要がある。しかし、酸素ジェットを形成したり、ノズル出口の全体の流れパターンを乱したりすることは望ましくない。これを念頭に置くと、酸素は石炭の速度と同様な速度で注入されるべきである。典型的な範囲は、取得石炭流の速度の５０％から１５０％の範囲であり、約１００％を目標とすべきである。空気流が分割され酸素注入器が石炭ダクトのある容積を占める場合には、濃密石炭流の石炭の速度を正確に決定することは困難である。
【００５５】
　上記の慣性型装置に加えて、他の技術を使用して炭素を酸素との混合よりも前に濃縮しても良い。サイクロンのような外部装置をバーナに隣接して設け、二層化した流れを別々の通路からバーナに導入することができる。酸素をその後に濃密炭素通路の内部のどこか、当該通路に沿ったどこか、又は周りのどこかに導入する。こうした外部の分離装置は希薄炭素流を濃密炭素流から離れた位置から炉に注入する必要がある場合には非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を実施するための一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明を実施するのに使用するバーナの断面図である。
【図３】燃料固形分及び空気の供給流から、その供給流よりも高い燃料固形分／空気比を有する流れを取得するために本発明で使用する各種装置の断面図である。
【図４】燃料固形分及び空気の供給流から、その供給流よりも高い燃料固形分／空気比を有する流れを取得するために本発明で使用する各種装置の断面図である。
【図５】燃料固形分及び空気の供給流から、その供給流よりも高い燃料固形分／空気比を有する流れを取得するために本発明で使用する各種装置の断面図である。
【図６】燃料固形分及び空気の供給流から、その供給流よりも高い燃料固形分／空気比を有する流れを取得するために本発明で使用する各種装置の断面図である。
【図７】本発明を実施するのに使用する各種装置の断面図である。
【図８】本発明を実施するのに使用する各種装置の断面図である。
【図９】本発明を実施するのに使用する各種装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１　燃焼装置
２　燃焼室の内部
３　バーナ
４　環状通路
７　上吹き空気口
１１　環状通路
１２　環状通路
１５　二次燃焼空気
１６　三次燃焼空気
１８　石炭濃縮器
２０　供給源
２１　風箱
２２　燃焼空気
３０　石炭濃縮器
３１　ベンチュリ管
３２　供給流
３３　領域
３４　中央領域
４０　石炭濃縮器
４１　羽根
４２　供給流
４４　羽根
５０　石炭濃縮器
５１　供給流
５２　燃料濃縮流
５３　希薄な流れ
６０　石炭濃縮器
６１、６２、６２、６３　羽根
７０　装置
７１　供給流
７２　高い石炭濃度の流れ
７３　低い石炭濃度の流れ
７４　酸素流
７５　環状通路
８０　パイプ
８１　ベンチュリ
８２　供給流
８４　酸素ランス
８６　注入口
９１　軸向き酸素ランス
９２　オリフィス
【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７】
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【図８】
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【図９】
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