(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉システムに用いられるアセンブリにおいて、
（ａ）バーナアセンブリと、
（ｂ）前記バーナアセンブリの上流に配置されるパイプと、
（ｃ）燃料源の下流で前記パイプに沿って配置される平衡ダンパアセンブリであって、内壁と外壁を有するハウジングと、複数のブレードとを備え、各ブレードは、前記ハウジング内に配置される内縁と外縁とを有し、前記複数のブレードは、閉位置と開位置との間で移動可能であるような平衡ダンパアセンブリと、
を備えており、
燃料の微粉炭とキャリアガスの流れを前記パイプの中心内に導くために、少なくとも１つの旋回邪魔板が、前記複数のブレードの少なくとも１つの側面であって、かつ、前記ブレードにおける前記流れの上流側の端部から下流側の端部にかけて配置されており、前記旋回邪魔板の前記平衡ダンパアセンブリの入口端側の部分は、前記ブレードの外側に位置し、前記出口端側の平衡ダンパアセンブリの中心へ向かって傾斜しながら延在し、前記旋回邪魔板の前記平衡ダンパアセンブリの出口端側の部分は、前記平衡ダンパアセンブリの中心に対して平行に延在して配置されていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
塔式分配器をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
通気調整器をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
燃料噴射器をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記ダンパハウジングは、
（ａ）円形の形状を有する入口部と、
（ｂ）正方形の形状を有する中心部と、
（ｃ）正方形の形状を有する出口部と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記複数のブレードは矩形であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項７】
少なくとも１つのブレードの位置を制御するための調整手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記調整手段は、制御ノブを備えていることを特徴とする請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記調整手段は、遠隔制御手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
炉システムに用いられる平衡ダンパにおいて、
内壁と外壁を有するハウジングと、
複数のブレードであって、各ブレードは前記ハウジング内に配置される内縁と外縁とを有し、前記複数のブレードは、閉位置と開位置との間で移動可能であるような複数のブレードと、
を備えており、
燃料の微粉炭とキャリアガスの流れをバーナアセンブリの上流に配置されるパイプの中心内に導くために、少なくとも１つの旋回邪魔板が、前記複数のブレードの少なくとも１つの側面であって、かつ、前記ブレードにおける前記流れの上流側の端部から下流側の端部にかけて配置されており、前記旋回邪魔板の前記平衡ダンパアセンブリの入口端側の部分は、前記ブレードの外側に位置し、前記出口端側の平衡ダンパアセンブリの中心へ向かって傾斜しながら延在し、前記旋回邪魔板の前記平衡ダンパアセンブリの出口端側の部分は、前記平衡ダンパアセンブリの中心に対して平行に延在して配置されていることを特徴とする平衡ダンパ。
【請求項１１】
前記ダンパハウジングは、
（ａ）円形の形状を有する入口部と、
（ｂ）正方形の形状を有する中心部と、
（ｃ）正方形の形状を有する出口部と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の平衡ダンパ。
【請求項１２】
前記複数のブレードは、矩形であることを特徴とする請求項１０に記載の平衡ダンパ。
【請求項１３】
少なくとも１つのブレードの位置を制御するための調整手段を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の平衡ダンパ。
【請求項１４】
前記調整手段は、制御ノブを備えていることを特徴とする請求項１３に記載の平衡ダンパ。
【請求項１５】
前記調整手段は、遠隔制御手段を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の平衡ダンパ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
多くの工業プロセスでは、均質な流れを多数の受容体に均等に分配することが必要とされている。例えば、電力業界において、微粉炭（ＰＣ：Pulverized Coal）は、製粉機を炉の１つ以上のバーナに接続するパイプ（ダクト）システム内を通って搬送されるようになっている。このＰＣは、キャリアガス、例えば、空気によって、パイプシステム内を搬送される。従って、均質な流動、すなわち、均質流が、ＰＣと空気から生成されることになる（すなわち、２相流又は多相流が生成されることになる）。理想的には、１つの製粉機が１つ以上のこのような流れを炉の多数のバーナ（受容体）に供給できるとよい。
【０００２】
残念なことに、流れは、長距離のパイプ内を移動するので、この流れ内の固体粒子は、ロープ索の形状として一般的に特徴付けられているパターンに、凝集する傾向がある。この現象は、通常、ローピング又はレーン化（laning）と呼ばれている。従って、ある流れを、個別の受容体に搬送するために、多数の流れにさらに分配又は分割するどのような試みを行なったとしても、それらの受容体の各々に均等な量のＰＣをもたらすことは殆どできない。換言すれば、ローピングが流れ内に生じたとき、その流れを多数の流れに分割することによって、それらの多数の流れの間に流れの不均衡が生じることになる。また、この流れの不均衡は、同一でないパイプ長さや構造によって生じる微粉炭パイプの両端の不均一な圧力降下によって、さらに悪化される。多数の流れ間において生じる流れの不均衡は、約±３０％に及ぶこともある。
【０００３】
同様に、多数の源から送給される受容体に関して、ローピングは、これらの多数の源からの流れを、受容体の各々に均等な流れが供給されるように、組み合わせることを困難にさせている。
【０００４】
燃料パイプシステムを通って、例えば、微粉炭機から炉に搬送されるより均一かつ均質な２相流を得るために、種々の方法及び装置が用いられている。このような方法及び装置は、微粉炭機の下流の種々の点において、実施されている。このような方法及び装置の１つが、図１に示されるような従来の調整オリフィスである。この従来の調整オリフィスは、炉パイプシステムに沿ったいかなる点にも設けられている。このような調整オリフィスは、パイプに沿って又はパイプ間に配置される対向するゲートボックス１２０，１２１を備えている。これらのゲートボックスは、滑りゲート１２３，１２４を有し、ゲート１２３，１２４は、ゲート１２３，１２４の間の開口度を変更することによって、パイプ１１０からパイプ１１１に流れる微粉炭とキャリアガスの流れに対する抵抗を規制するように、調整可能となっている。
【０００５】
パイプ１１１への微粉炭とキャリアガスの量を増大させるために、ゲートは、ゲートボックス１２０，１２１内に後退させられている、逆に、パイプ１１１内への流れの量を低減させるために、ゲート１２３，１２４は、互いに近接するように配置されている。
【０００６】
このような調整オリフィスの使用は、欠点を有している。調整オリフィスは、当初は、単一相流に用いられるように設計されていた。図１に示されるように、もし２相システムに用いられる場合、いったん流れが通路の開口を通ると、微粉炭の渦１２５が、微粉炭の流れから生成されるが、これらの渦１２５は、流れが中断される。何故なら、これらの渦１２５は、ゲート１２３，１２４の上縁１２３−１，１２４−１の上方に流れ込むからである。このような渦は、パイプの内壁を磨耗させるのみならず、ゲート１２３，１２４の外側に微粉炭を速やかに堆積させることになる。加えて、微粉炭は、複雑なシールシステムが用いられない限り、ゲートボックス１２０，１２１内に堆積され、最終的に、ゲートをゲートボックス内に後退させるのが困難になる。結果的に、このようなオリフィスは、ゲートの下流側における微粉炭の堆積を最小限に抑制するために、垂直方向に配置させて用いられるとき、最も有効である。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、燃料とキャリアガスの均一な流れを、例えば、パイプシステムを通って炉に供給する改良された炉システムに関する。具体的には、本発明は、複数の調整ブレードを含む平衡ダンパアセンブリを有する炉システムを対象としている。調整ブレードは、バーナアセンブリにおける燃料とキャリアガスの効率的かつ均一な流れを促進するように構成されて配置されている。
【０００８】
本発明の一実施形態において、平衡ダンパは、入口端と出口端とを有するハウジングを備え、このハウジングは、その中心内に配置される複数のブレードを含んでいる。さらに、開位置と閉位置との間で移動され得る少なくとも２つのブレードがある。ブレードのこの特定の配置と構造によって、平衡ダンパのハウジングに入る微粉炭とキャリアガスの流れは、２つのブレード間、及びブレードの外縁とハウジング壁の内縁間を通ることが可能となっている。
【０００９】
他の実施形態において、平衡ダンパは、少なくとも１つの旋回邪魔板を有する少なくとも１つのブレードをさらに備えている。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、炉システムに用いられるアセンブリは、３つの部分、すなわち、バーナアセンブリと、そのバーナアセンブリの上流に配置されるパイプと、パイプ内に配置される平衡ダンパとを備えている。平衡ダンパは、内壁と外壁を有するハウジングを備え、開位置と閉位置との間で移動され得る少なくとも２つブレードがそのハウジング内に配置されている。
【００１１】
他の実施形態において、炉システムに用いられるアセンブリは、塔式分配器をさらに備えている。さらに他の実施形態において、アセンブリは、燃料噴射器を備えている。他の実施形態において、アセンブリは、通気調整アセンブリを備えている。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、炉システムは、４つの構成要素、すなわち、炉と、キャリアガス内の微粉炭を放出するバーナシステムと、バーナアセンブリの上流に配置されるパイプと、燃料源の下流に配置される平衡ダンパとからなっている。
【００１３】
本発明による平衡ダンパは、従来技術の欠点を克服するものである。本発明による平衡ダンパは、微粉炭とキャリアガスの最適な流れを可能にすると共に、パイプシステムの寿命を延長することができる。本発明の設計は、パイプシステム内に存在する乱流渦の量を、それらの乱流渦をパイプの中心に導くことによって、減少させている。これによって、パイプの内壁の磨耗と裂傷の量を低減させている。また、本発明の設計は、従来技術によるオリフィスと違って、平衡ダンパの下流に微粉炭の堆積を生じさせることなく、水平方向又は垂直方向に配置され得るので、有利である。
【００１４】
従って、本発明の目的は、キャリアガス内における微粉炭のより均質な流れを生成し、炉バーナ内でのキャリアガス内の微粉炭の効率的かつ完全な燃焼を生じさせる炉システムに用いられるアセンブリを提供することにある。
【００１５】
また、本発明の目的は、単一の層流で、かつ均質な流れを生成する炉システムに用いられる平衡ダンパを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の目的は、微粉炭とキャリアガスの２相流れを運ぶパイプの寿命を延ばす炉システムに用いられる平衡ダンパを提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、炉パイプアセンブリに沿った垂直位置又は水平位置のいずれかに配置され得る炉システムに用いられる平衡ダンパを提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、パイプに沿って集まる微粉炭の堆積を排除する炉システムに用いられる平衡ダンパを提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明による好ましい炉アセンブリが、図２に示されている。この炉アセンブリは、微粉炭機２０と、微粉炭パイプ２４，２４−１，２４−２，２５と、平衡ダンパアセンブリ２６と、塔式分配器２２と、燃料噴射器２８と、通気調整アセンブリ３０と、バーナ区域３２とを備えている。微粉炭のような燃料とキャリアガス（例えば、空気）は、微粉炭機２０から出てくる。流れは、塔式分配器２２内を流れ、この塔式分配器２２は、微粉炭パイプ２４内に入る前に、燃料とキャリアガスの平衡が保たれた２相流をもたらすのを補助している。関連するバトクスキー（Vatksy) に付与された「塔式分配器」という表題の米国特許出願に開示されているような塔式分配器２２は、乱流渦を鎮静させ、燃料と空気のより層状かつ均質な流れを生成する領域をもたらす細長の通路を有している。なお、この特許出願は、参照することによって、ここに含まれるものとする。微粉炭と一次空気の流れが塔式分配器２２内を通ると、その流れは、パイプ２４，２４−１，２４−２，２５で表されるような１つ以上の微粉炭パイプ間に分配されることになる。最終的に、微粉炭パイプは、微粉炭とキャリア空気の流れをバーナ区域３２内に導き、このバーナ区域３２において、燃料流れが消費されることになる。簡単にするために、微粉炭パイプ２４に関する二次流れのみをここに示している。
【００２０】
微粉炭パイプ２４，２５内を通過する間、燃料流れは、典型的には、乱流に巻き込まれることになる。微粉炭機又は塔式分配器の下流に生成される乱流の量を低下させるために、燃料流れは、本発明の原理に従って、微粉炭機２０から所定距離だけ下流に配置されている平衡ダンパセンブリ２６内にさらに導かれる。平衡ダンパセンブリ２６は、パイプ間の微粉炭の平衡を最適化するように、パイプ回路内における抵抗をオンラインで調整することが可能となっている。そうすることで、微粉炭パイプに衝突する微粉炭と空気の乱流の生成を低減させ、乱流をパイプの中心に向けて導くことによって、パイプ２４，２５の寿命を延長させている。平衡ダンパアセンブリ２６については、以下、さらに詳細に説明する。
【００２１】
いったん平衡ダンパアセンブリ２６内を通過すると、燃料と空気の流れは、微粉炭パイプ２５を通って、燃料噴射器２８内に直接送給されることになる。通気調整アセンブリ３０は、燃料噴射器を包囲する空気の渦をもたらしている。これによって、燃料とキャリア空気がバーナ区域３２内に噴射されたときに生じる炎を調整することができる。
【００２２】
本発明の炉アセンブリの総体的な効果は、微粉炭機から延在する微粉炭パイプ間における微粉炭とキャリア空気の改良された平衡を達成すると共に、炉アセンブリの部品の寿命を延長させることにある。これによって、最終的に、大部分の燃料をバーナ区域において燃焼されるころができ、それによって、大気中に放出される有害な汚染物質を低減させ、かつ炉システムの効率を増大させている。
【００２３】
代替的実施形態において、炉アセンブリは、前述のシステムの種々の変形を含み得ることに留意すべきである。塔式分配器や通気調整アセンブリのようなアセンブリのいくつかの部品は、炉アセンブリを適切に機能させるために、必ずしも必要ではない。従って、代替的炉アセンブリは、微粉炭機と、平衡ダンパアセンブリ（すなわち、調整ダンパアセンブリ）と、燃料噴射器とから構成されていてもよい。同様に、他の炉アセンブリは、微粉炭機と、平衡ダンパアセンブリと、燃料噴射器と、通気調整アセンブリとから構成されていてもよい。
【００２４】
以下、本発明の種々の態様を示す図３〜図１１について、説明する。本発明による平衡ダンパアセンブリ２６が、図３に示されている。平衡ダンパセンブリ２６は、好ましくは、ハウジング４２と、ハウジング４２内の中心に配置される２つのブレード４０，４１を有している。ブレードは、それぞれ、外縁４０−１，４１−１と、内縁４０−２，４１−２とを有している。平衡ダンパアセンブリ２６は、金属、一部のポリマー、セラミックなどのような種々の耐摩耗性材料と共に、鋼を用いて構成されている。
【００２５】
燃料と空気の２相流は、平衡ダンパアセンブリ２６の入口端８０から入るようになっている。燃料流れは、内縁４０−２，４１−２の間、ハウジング４２の内壁４２−２とブレード４０，４１の外縁４０−１，４１−１との間に流れることになる。いったんブレード４０，４１の周りを通ったあと、流れは、出口端８２を通って、微粉炭パイプ２５内に続いている（図２）。空気の方向と流れは、図４及び図６にも示されている。
【００２６】
平衡ダンパアセンブリ２６内を通過する空気と燃料の流れを規制又は変更するために、ブレード４０，４１は、調整可能である。これは、以下に図７、図８及び図９に例示してさらに詳細に説明するように、調整手段８４を用いることによって行われている。
【００２７】
好ましい調整手段は、ブレード４０，４１が同時に調整可能であるシステムを備えている。本発明において、ブレード４０，４１は、図３及び図５に示されるように、回転軸１２２−１，１２２−２に接続されている。回転軸１２２−１，１２２−２は、平衡ダンパアセンブリ２６のハウジング４２内に延在している。
【００２８】
図８及び図９に示されるように、回転軸１２２−１，１２２−２を調整するために、制御ノブ９０が設けられ、これによって、ブレード４０，４１は、開位置又は閉位置に配置されている。制御ノブ９０は、回転軸１２２−１，１２２−２に接続された制御ステム９２を回転するようになっている。制御ノブ９０は、時計方向又は反時計方向のいずれかに回転され得るようになっている。この操作によって、制御ステム９２を、（回転される制御ノブの方向に依存して）、上方又は下方に移動させ、これによって、回転軸１２２−１，１２２−２の移動を生じさせている。好ましい実施形態において、制御ノブ９０の時計方向の回転は、ブレード４０，４１が互いに向かって閉位置に移動するように、回転軸１２２−１，１２２−２を移動させている。同様に、制御ノブ９０の反時計方向の回転は、ブレード４０，４１が互いに離れて開位置に移動するように、回転軸１２２−１，１２２−２を移動させている。好ましい実施形態において、制御ノブ９０は、ブレード４０，４１の両方を同時に調整することが可能となっている。
【００２９】
代替的実施形態において、この調整手段は、遠隔制御、すなわち、平衡ダンパそれ自身に設けられる制御パネルによるか、又は炉アセンブリの他の部品によって、電気的に制御されるようになっていてもよい。加えて、調整手段は、ブレードが個々に制御されるように、構成されかつ配置されてもよい。このような実施形態において、各ブレードを個別に調整するように、それぞれの制御装置が設けられているとよい。さらに、制御ノブ９０の反時計方向の移動が、ブレードを閉位置に移動させ、制御ノブ９０の時計方向の移動が、ブレードを開位置に移動させることになる。
【００３０】
平衡ダンパアセンブリ２６を通る２相流の方向と量は、平衡ダンパアセンブリの幾何学的な構成によって、さらに操作されるようになっている。図７に示されるように、入口端８０と出口端８２の両方は、円形の断面を有しているとよい。ハウジング４２の中央部４８は、好ましくは、矩形の断面を有している。中央部４８の矩形形状は、ブレード４０，４１の外端４０−１，４１−２とハウジング４２の内壁４２−１，４２−２との間を流れる２相流に対して付加的な空間をもたらしている。加えて、平衡ダンパアセンブリ２６は、遷移領域４９を有し、この遷移領域４９において、平衡ダンパアセンブリ２６は、その入口端８０において円形から正方形の断面に移行し、その出口端８２において円形の断面に戻っている。平衡ダンパアセンブリ２６の部品は、いかなる特定の幾何学的な構成にも制限されないことが、理解されるべきである。
【００３１】
ブレードの形状と構造によって、平衡ダンパアセンブリを通る２相流の方向と量は、さらに調整されることになる。図３及び図６に示されているように、ブレード４０，４１は、好ましくは、矩形の形状であるが、これらのブレードは、代替的実施形態において、種々の幾何学的な構成を有することも可能である。
【００３２】
ブレード４０，４１は、種々の方法によって、ハウジング内に取り付けられている。好ましくは、ブレード４０，４１は、回転軸１２２−１，１２２−２に溶接されている。代替的に、ブレード４０，４１は、回転軸１２２−１，１２２−２にネジ係合又は鋲留めされていてもよい。
【００３３】
図７に示されるように、平衡ダンパアセンブリ２６をパイプ２４，２５に接続するために、入口板９６と出口板８６は、平衡ダンパアセンブリ２６を微粉炭パイプ２４，２５に接続している。平衡ダンパアセンブリは、円形の形状であるとよく、種々の方法によって、微粉炭パイプ２４，２５に固着されている。好ましい一実施形態によれば、入口板９６と出口板８６は、入口板９６と出口板８６に配置されたネジ穴８６−１〜８６−１８と９６−１〜９６−１８（全ては図示しない）を介して、微粉炭パイプ２４，２５にねじ込まれている。ネジ穴の数は、利用されるネジの寸法と強度に依存していることが理解されるべきである。また、入口板９６と出口板８６は、リベット、締め具、摩擦、接着剤などによって、取り付けられている。加えて、平衡ダンパのハウジング４２は、入口円形板９６と出口円形板８６なしで、微粉炭パイプ２４，２５に直接溶接されていてもよい。
【００３４】
他の好ましい実施形態において、図１０及び図１１に示されるように、一組の旋回邪魔板１３０，１３２が、ブレード４０，４１の各々に配置されている。すなわち、旋回邪魔板１３０，１３２は、燃料の微粉炭とキャリアガスの流れをバーナアセンブリの上流に配置されるパイプ２５の中心内に導くために、ブレード４０，４１の側面であって、かつ、ブレード４０，４１における当該流れの上流側の端部から下流側の端部にかけて配置されており、旋回邪魔板１３０，１３２の平衡ダンパアセンブリ２６の入口端８０側の部分は、ブレード４０，４１の外側に位置し、出口端８２側の平衡ダンパアセンブリ２６の中心へ向かって傾斜しながら延在し、旋回邪魔板１３０，１３２の平衡ダンパアセンブリ２６の出口端８２側の部分は、平衡ダンパアセンブリ２６の中心に対して平行に延在して配置されている。旋回邪魔板１３０，１３２は、本発明のさらに他の特徴をもたらしている。旋回邪魔板１３０，１３２は、微粉炭パイプに長期の損傷を生じさせる微粉炭パイプ内の乱流渦の生成をさらに排除している。図１０に示されるように、ブレード４０，４１への旋回邪魔板１３０，１３２の配置によって、微粉炭とキャリアガスの流れをブレード４０，４１の中心と平衡ダンパアセンブリ２６の中心に向かって分配させている。これによって、最終的に、２相流を微粉炭パイプ２５の中心内に導いている。従って、発展し得るどのような乱流渦がパイプの中心に集められ、炉パイプシステムの内壁に対する損傷が排除されることになる。図１１は、一組の旋回邪魔板１３０，１３２を有するブレード４０の平面図である。
【００３５】
ここでは、本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、これらの実施形態は、本発明の原理と用途の単なる例示にすぎないことが理解されるべきでない。従って、例示された実施形態に対する多数の変形形態がなされ得ること、及び添付の請求項に定義される本発明の精神と範囲から逸脱することなく、他の装置が考案され得ることが、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術による調整オリフィスを示す図である。
【図２】本発明による炉システムの燃料と一次空気の回路のブロック図である。
【図３】本発明の一原理に基づく平衡ダンパアセンブリの断面図である。
【図４】平衡ダンパアセンブリ内を通る２相流のもう１つの断面図である。
【図５】図３の平衡ダンパアセンブリの平面図である。
【図６】図３の平衡ダンパの上部斜視図である。
【図７】本発明による平衡ダンパアセンブリの他の上部斜視図である。
【図８】図３の平衡ダンパアセンブリ用の調整手段の側面図である。
【図９】平衡ダンパアセンブリ用の調整手段のもう１つの拡大側面図である。
【図１０】図６の平衡ダンパアセンブリを通る２相流の断面図である。
【図１１】本発明による平衡ダンパアセンブリのブレードの平面図である。
【図１】
0004624989.tif 000002
【図２】
0004624989.tif 000003
【図３】
0004624989.tif 000004
【図４】
0004624989.tif 000005
【図５】
0004624989.tif 000006
【図６】
0004624989.tif 000007
【図７】
0004624989.tif 000008
【図８】
0004624989.tif 000009
【図９】
0004624989.tif 000010
【図１０】
0004624989.tif 000011
【図１１】
0004624989.tif 000012