(57)【要約】  本発明はプラズマ点火バーナーに関する。該プラズマ発生バーナーは、少なくとも二段のバーナー筒と、該少なくとも二段のバーナー筒の第一段バーナー筒で粉炭を点火するプラズマ発生装置を含み、前段のバーナー筒の燃焼炎は次段のバーナー筒の粉炭を点火するか、又は次段のバーナー筒で補足空気とともに更に燃焼し、該プラズマ発生装置の軸線方向と、粉炭含有空気流の第一段バーナー筒に流入する方向が平行で、同時にバーナー筒軸線と平行であるという特徴を有する。
2010533833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二段のバーナー筒、該少なくとも二段のバーナー筒の第一段バーナー筒内の粉炭を点火するためのプラズマ発生装置を含むプラズマ点火バーナーであって、前段のバーナー筒の燃焼炎は次段のバーナー筒の粉炭を点火するか、又は次段のバーナー筒で補足空気とともに更に燃焼し、該プラズマ発生装置の軸線方向が、粉炭含有空気流が該第一段バーナー筒に流入する方向に平行で、同時に該バーナー筒軸線と平行であることを特徴とする、プラズマ点火バーナー。
【請求項２】
該粉炭含有空気流を前記の少なくとも二段のバーナー筒に導く湾曲管をさらに含み、該バーナー筒側の湾曲管の一端が該バーナー筒軸線と平行で、該プラズマ発生装置が該湾曲管壁を貫通して該バーナー筒の軸線方向に沿って該第一段バーナー筒に挿入される、請求項１に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項３】
該湾曲管の軸線に沿って配置されたガイド板をさらに含み、該バーナー筒側の該ガイド板の一端が該プラズマ発生装置の軸線と平行である、請求項２に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項４】
該ガイド板が該第一段バーナー筒取り入れ口の近辺まで延びている、請求項３に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項５】
該プラズマ発生装置末端と該ガイド板末端が、該バーナー筒の軸線上に配置されるか、又は所定距離だけ該バーナー筒の軸線から進路が変えられている、請求項４に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項６】
該ガイド板の断面形状が平坦面である、請求項３から５のいずれか１項に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項７】
該ガイド板の断面形状が曲面である、請求項３から５のいずれか１項に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項８】
該プラズマ発生装置を保護するために、耐摩耗用保護スリーブを備える、請求項２から７のいずれか１項に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項９】
該耐摩耗用保護スリーブの風上面がＶ型である、請求項８に記載のプラズマ点火バーナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粉炭燃焼の技術分野、特にプラズマ点火バーナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭火力発電は多くの国で現在採用されている主要な発電法である。点火はボイラー燃焼プロセスの主な要件である。ボイラー容量が拡大した場合に、ボイラー起動過程を如何に早く経済的に達成するかは、直ちに解決されるべき重要な問題である。
【０００３】
大量の燃料油を消費する油点火法に取って代わるプラズマ点火技術が最近開発された。
【０００４】
従来のプラズマ点火システムは、粗悪炭の点火が可能なように所謂「予燃室」技術を採用する。この予燃室は、通常耐火材料層を火室内部に取り付けてバーナー筒温度を維持するように構成される。予燃室の壁は初期加熱により非常に高温になり、燃料の点火を（独立にでも）助ける。予燃室の長さは長く（約２メートル）、プラズマ作用により粉炭を粉炭含有空気流中でガス化し予燃室に流入させ、それにより大量の可燃性ガス、主として一酸化炭素などを発生する。次いでこの可燃性ガスの燃焼により放出される熱エネルギーを用いて、後続の粉炭を点火する。これは階層的点火法であるが、予燃室の温度が高すぎるため粉炭は内部で容易にクリンカー化し、その結果それ以上使用できなくなる。
【０００５】
上記の問題を解決するために、新規構造の階層的バーナー筒が提案された。図１に示すように、プラズマ点火バーナーは第一段バーナー筒１０４、第二段バーナー筒１０６、第三段バーナー筒１０８、第四段バーナー筒１１０などのような多段バーナー筒を含む（段数は出力やスペースの大きさにより、４段より多くても４段より少なくても良い）。粉炭含有空気流取り入れ口１０２から流入した粉炭含有空気流（図１の太い矢印で示す）は、スペーサ１１６により二方向に分割され、それぞれが第一段バーナー筒１０４と第二段バーナー筒１０６に入る。プラズマ発生装置は多段バーナー筒の軸線方向に沿って第一段バーナー筒１０４に挿入され、第一段バーナー筒１０４に流入する粉炭含有空気流を点火することにより第一段粉炭炎Ａを発生する。発生された炎は更に第二段バーナー筒の粉炭含有空気流を点火し、それにより第二段粉炭炎Ｂを形成する。同時に空気取り入れ口１１４から流入した空気流（図１の細い矢印）は、第三取り入れ口１２０を通して第三段バーナー筒１０８に入り、十分に燃焼しなかった第二段粉炭炎に酸素を補給することにより第三段粉炭炎Ｃを形成する。この空気は又第四取り入れ口１２２を通して第四段バーナー筒に入り更に酸素を補給しても良い。同時にこの空気流れは、次段バーナー筒に流入する前に、その前段バーナー筒の外壁とバーナー外筒１１８間のスペースに流入することにより、クリンカー化を防ぐようバーナー筒を冷却する働きする。
【０００６】
上記技術において、プラズマ発生装置はバーナー筒の軸線方向に沿って挿入され、粉炭含有空気流取り入れ口と空気流の両者はバーナー筒の軸線に対して垂直になるように配置される。即ち、プラズマ炎の方向は、第一段バーナー筒に流入する空気流の方向に垂直である。従ってこの空気流が平行になるように進路をそらせるガイド板（図示しない）を使用する必要がある。同様に第二段粉炭が第二段バーナー筒に入る方向は、又第一段バーナー筒から注入される炎の方向に垂直なので、方向が平行になるようにガイド板を使用する必要がある。しかしこのガイド板はスペースの制限により完全には空気流の進路を変えることができない。二つの空気流は完全には平行ではないので、流入空気流はプラズマ炎（又は前段炎）を吹いて進路を変える。これは筒壁温度の上昇と粉炭のクリンカー化をもたらす。
【０００７】
更に本技術では、粉炭含有空気流と空気流の両者はバーナー筒に対して直角方向に流入し、バーナー筒に対し直角な断面では粉炭濃度と空気流速度などが均一でないため、燃焼特性に影響を及ぼす。
【０００８】
その後、現場での配置を容易にするために、図２に示す構成のプラズマ点火バーナーが使用された。簡略化のために図には粉炭含有空気流取り入れ口１０２、第一段バーナー筒１０４及び第二段バーナー筒１０６だけを示し、図１の空気取り入れ口１１４、バーナー外筒１１８、第三段バーナー筒、及び第四段バーナー筒に相当する構造物は示さない。取り入れ口１０２から流入する粉炭含有空気流は、第一段バーナー筒の筒壁により二つに分割され、中央部は第一段バーナー筒１０４に流入し、周辺部は第一段バーナー筒と外筒２０２（その上に粉炭含有空気流取り入れ口１０２が備えられる）間のスペースに沿って進み、第二段バーナー筒の第二取り入れ口２０４から第二段バーナー筒に入る。図に示すようにプラズマ発生装置はバーナーの半径方向に沿って挿入され、粉炭含有空気流はバーナー筒軸線方向に沿って吹き込まれる。これらの２つの方向は垂直に保たれたままである。粉炭含有空気流の作用によりプラズマ炎が進路を変えて吹き込まれ、プラズマ炎が曲げられた側の温度を特に高くし、その結果クリンカーを形成する。
【０００９】
従って粉炭がバーナー筒壁上にクリンカーを形成することを更に抑制する新技術が必要である。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、クリンカー化問題が緩和できるプラズマ発生装置を提供することである。先行技術に関する上記の記述から、プラズマ発生装置の挿入方向（即ち、プラズマ炎の方向）と、粉炭含有空気流方向の間に角度が存在すると言う事実が、クリンカー化問題の原因であることが分かる。従って上記の目的に関して、本発明の要点は粉炭含有空気の第一段バーナー筒への流入方向をプラズマ炎の方向と一致するように、粉炭含有空気流取り入れ口とプラズマ発生装置を再配置することである。
【００１１】
クリンカー化の問題を更に解決するために、粉炭含有空気流又は次段の空気流を、前段の粉炭炎と出来るだけ一致させる必要がある。
【００１２】
この目的のために本発明は、少なくとも二段のバーナー筒と、該少なくとも二段のバーナー筒の第一段バーナー筒内で粉炭を点火するためのプラズマ発生装置を含み、前段バーナー筒の燃焼炎は次段のバーナー筒内の粉炭を点火するか、又は次段バーナー筒内で補足空気とさらに燃焼し、該プラズマ発生装置の軸線方向は粉炭含有空気流の第一段バーナー筒への流入方向に平行で、同時に前記バーナー筒の軸線に平行であることを特徴とするプラズマ点火バーナーを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明を添付図面に従い詳細に説明する。これらの図面では同一又は相当する技術的特徴に対して同一の引用符号を用いる。
【００１４】
【図１】図１は先行技術のプラズマ点火バーナーを模式的に示す断面図である。
【図２】図２は先行技術の別のプラズマ点火バーナーを模式的に示す部分断面図である。
【図３】図３は本発明にかかるプラズマ点火バーナーの第一実施態様を模式的に示す部分断面図である。
【図４】図４は図３の線Ａ−Ａでの断面図である。
【図５】図５は本発明にかかるプラズマ点火バーナーの第二実施態様を模式的に示す部分断面図である。
【図６】図６は先行技術の軸線方向旋回型粉炭バーナーの構造を示す断面図である。
【発明の詳細な説明】
【００１５】
図３に本発明のプラズマ点火バーナーの第一実施態様を模式的に示す部分断面図を示す。簡略化のために本図は、図２と同様に粉炭含有空気流取り入れ口１０２、第一段バーナー筒１０４及び第二段バーナー筒１０６だけを示す。多段構造バーナー筒の構造は上に記載したので、ここには繰り返さない。留意すべきことは、「背景技術」の項で記述したように、粉炭含有空気流が流入するバーナー筒の段数、空気が直接流入するバーナー筒の段数、及びこのバーナー筒の全段数には制限はなく、要求出力とスペースの大きさにより決定される。この全段数は二段から三段、四段またはそれ以上でも良く、図１に示す空気流は使用状況によっては又粉炭含有空気流でも良い。
【００１６】
本発明の要点は、プラズマ発生装置３０２の挿入方向を粉炭含有空気流が第一段バーナー筒１０４に流入する方向と平行にし、同時にバーナー筒の軸線と平行にすることである。これにより粉炭含有空気流の慣性によりバーナー筒断面上で粉炭の分布が非対称になることなしに、この粉炭含有空気流がバーナー筒軸線に平行にバーナー筒に流入する。更にプラズマ発生装置のプラズマ炎の注入方向は粉炭含有空気流がバーナー筒に流入する方向と一致するので、プラズマ炎は進路を変えてバーナー筒壁に向かって吹かれない。
【００１７】
図３に示す第一実施態様では、粉炭含有空気流を導く湾曲管３０８を提供し、プラズマ発生装置３０２を該湾曲管を貫通してバーナー筒の軸線方向に沿って第一段バーナー筒１０４に挿入することにより、上記の技術的な解決が得られる。粉炭含有空気流が断面Ａ−Ａ位置で真っ直ぐのバーナー筒に流入する時に、遠心力により片側に偏向すること無しに断面上に出来るだけ均一に分布するように、湾曲管３０８の弧度を出来るだけ緩やかにする必要がある。しかし弧度が存在する限り遠心力は避けられず、粉炭はバーナー筒の片側へ進路が変えられる。この問題を避けるために、一つの好ましい実施態様ではガイド板３０６を湾曲管３０８の軸線に沿って配置し、バーナー筒側上のガイド板の一端をプラズマ発生装置の軸線と平行にし、第一段バーナー筒１０４の取り入れ口３１０近辺まで延長する。同時にプラズマ発生装置３０２とガイド板３０６末端の両者をバーナー筒の軸線上に配置する（勿論、ガイド板３０６末端の位置は、バーナー筒の軸線に対してある程度変えられてもよい）。これによりガイド板３０６は、粉炭含有空気流の流れ方向をプラズマ炎と平行になるように変化するだけでなく、又筒中央部に入る粉炭の濃度を増加するように遠心分離効果により粉炭の一部をバーナー筒の中心軸線とプラズマ炎近辺に集中させ、点火を助ける。図１に示す構造に比べ、一個のガイド板を用いるだけで各段のバーナー筒に流入する粉炭含有空気流の流れ方向を同時に変えられ、その構造は簡単で、抵抗も比較的小さい。湾曲先端内部のスペースが大きいため、筒中央部に入る粉炭濃度を更に増加するために湾曲板の形状は平坦面であっても良く、種々の湾曲面であっても良い（実施例を図４に示す）。
【００１８】
図３に示すように、プラズマ発生装置３０２の大部分は粉炭含有空気流に曝される。プラズマ発生装置が粉炭含有空気流により摩耗するのを抑制するために、耐摩耗用保護スリーブ（たとえばセラミックスリーブ）を用いてプラズマ発生装置を保護できる。更に抵抗を減らすために風上のスリーブ表面をＶ型にしても良い。
【００１９】
図２の半径方向に沿って挿入されたバーナーに比べ、このバーナーはクリンカー化の問題を解決する上に、より大きい点火能を有する。具体的にはその理由は以下の通りである。プラズマ炎はバーナーの中心線に位置し、筒中央部は円形なのでプラズマ炎の点火能は各方向で同じであり、炎は均一であり、伝播能が高い。一方プラズマ炎がバーナー筒中央部の片側に配置されると、プラズマ炎片側の炎温度が高く、反対側の炎温度は低い。この場合には粗悪炭を燃すと、点火は失敗する。
【００２０】
上述の第一実施様態では、粉体がバーナーの筒中央部に集中するのは、湾曲管３０８内のガイド板３０６の集中化作用による。しかしスペースの制限により筒中央部での集中化は無制限に増加できず、点火効力に影響する。この目的のために、図５に示すような本発明にかかる第二実施態様が提供される。
【００２１】
簡略化のために図５は図２と図３に示した構成要素に相当する構成要素のみ、即ち第一段バーナー筒１０４とバーナー内筒２０２を示す。上記実施態様に記載のように、バーナー内筒２０２の内側には、より多くの段のバーナー筒が第一段バーナー筒１０４に続いて配置できる。バーナー内筒２０２の外側には、バーナー外筒１１８に相当する構成要素が存在しても良く、バーナー内筒に続いてバーナー外筒１１８の内側に多くの段のバーナー筒を備えても良い。
【００２２】
本実施態様では、粉炭含有空気流を供給するパイプは二個のパイプ、即ち主パイプ５０８と分岐パイプ５０２に分岐する。主パイプ５０８は公知の方法によるか、または第一実施様態の湾曲管３０８を用いてバーナー内筒２０２に接続しても良い。同時に中央筒５１０は、第一段バーナー筒１０４から導かれて分岐パイプ５０２に連結される。同様に分岐パイプ５０２と中央筒５１０間の接続は、公知の方法を用いても、第一実施様態の湾曲管３０８と同様に第二湾曲管５１２を用いても良く、この場合第一実施様態のガイド板３０６（図５に図示しない）が又使用できる。プラズマ発生装置３０２の配置法は第一実施様態と同様でも良い。
【００２３】
このようにして筒中央部に入り、更には第一段バーナー筒に入る粉炭の濃度は、点火を助けるように、分岐管を用いて粉炭含有空気流を筒中央部に直接導くことにより比較的高くできる。好ましい実施形態としては、流入粉炭含有空気流の量を調節し、及び／又はプラズマ点火バーナーに流入する粉炭含有空気流中の粉炭濃度をできるだけ高く増加させる必要がある。この目的のために分岐管に入る粉炭量を柔軟に調節するように、主パイプと分岐パイプの分岐点に調節装置を配置しても良い。
【００２４】
上述の解決法の変形として、バーナー内の粉炭含有空気流を導くバーナー筒が三段以上の場合には、バーナー筒のそれぞれの段は中央筒とバーナー内筒の間に分配されても良い。例えば三段のバーナー筒の場合には、プラズマ点火バーナーの第一段バーナー筒と第二段バーナー筒内の粉炭を、中央筒と分岐パイプを通して（この場合、中央筒とその内部構造は図２のものと類似であり、図２のバーナー内筒が図５の中央筒に変わる）同時に導き、第三段バーナー筒の粉炭は主パイプから入るようにすることができる。逆にプラズマ点火バーナーの第一段バーナー筒の粉炭が中央筒と分岐パイプを通して導かれ、第二段バーナー筒と第三段バーナー筒の粉炭が主パイプから入っても良い。
【００２５】
好ましい実施態様では、分岐パイプはバルブ５０４を備えても良く、バルブはバーナーの点火開始段階と低負荷で安定な燃焼段階に開け、点火が完了しバーナーの燃焼が安定になった後に閉じる。本バルブ５０４は又調節装置５０６に組み込むように設計し、この調節装置が調節装置と分岐管バルブとして同時に働くようにしても良い。
【００２６】
第二の実施態様の上記の説明から、本実施様態の要点は分岐管を用いて第一段バーナー筒の粉炭濃度を増加することであることが分かる。点火にプラズマ発生装置を用いるとは限られず、プラズマ発生装置をバーナー筒の軸線方向に備えるとは限らない。従って第二実施態様の種々様態の細部は、第一実施態様のものと組み合わせても組み合わさなくても良い。具体的には点火装置はプラズマ発生装置以外にオイルガンでも良く、その配置法は軸線方向挿入以外に、半径方向への挿入や傾斜挿入を含む任意方向への挿入が可能である。
【００２７】
上述の解決法では、分岐管を配置し調節装置を取り付けたので、バーナー筒中央部の粉炭含有空気流の流速と粉炭濃度は別々に調節できるので、点火の最適作動条件が得られる。
【００２８】
更に現場に設置された旧型バーナーに対して、上述の第二実施態様を用いて簡便で安価な再構築手段が提供でき、本発明を適用できる、
【００２９】
例えば、多くの石炭燃焼火力発電機で採用されている旋回型粉炭バーナーは中央部の筒を有し、粉炭と空気の混合物を筒中央部の外側から炉に送る。例えば、１９８０年代に三井バブコックエネルギー社により開発されたＬＮＡＳＢ軸線方向旋回型粉炭バーナー（図６参照）は、この種の構造を採用している。この構造では、オイルガンを中央筒６０２に挿入し、中央筒の外側から炉に送られた粉炭をオイルガンの炎により点火する。この種のバーナーに対してプラズマ点火技術で直接再構築するには中央筒６０２の構造物を除去する必要がある。これはバーナー内の粉炭濃度分布と空気速度に大きな変化が起こり、バーナーの初期性能に影響する。しかし本発明の第二実施態様を採用することでこの問題は解決できる。プラズマ技術再構築に際して必要なのは、図５に示すように中央筒６０２を、第一段バーナー筒１０４、中央筒５１０、点火装置（たとえばプラズマ発生装置３０２）、及びそれに接続した分岐管５０２に再構築するだけである。粉炭含有空気流バーナーの初期構造（即ち、図６に示す一次空気から三次空気管までの構造物）を何ら再構築する必要はなく、その結果最初のバーナーの性能とできるだけ一致させることができる。
【００３０】
上述の再構築法により、三段バーナーが形成される（即ち、第一段バーナー筒、中央筒、及び外筒）。実際には、できれば第一段バーナー筒を加えることなしに、中央筒と外筒だけで二段式バーナーを形成することができる。更により多段のバーナー筒を中央筒に加えても良く、又より多段のバーナー筒を外筒に加えても良い。
【００３１】
更に点火装置は、オイルガンやプラズマ点火装置などを含む、最初のバーナーのものでも、再構築バーナーのものでも、任意の種類の点火装置であることができる。
【００３２】
本発明の好ましい実施態様は、上記の添付図面を参照して説明した。明らかに本発明は上述の特定の説明には限定されず、種々の変更や置換が可能であり、それらは又本発明の保護範囲に入る。
【図１】
2010533833.tif 000003
【図２】
2010533833.tif 000004
【図３】
2010533833.tif 000005
【図４】
2010533833.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010533833.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月23日(2010.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二段のバーナー筒、該少なくとも二段のバーナー筒の第一段バーナー筒内の粉炭を点火するためのプラズマ発生装置を含むプラズマ点火バーナーであって、第１段のバーナー筒の燃焼炎は次段のバーナー筒の粉炭を点火するか、又は次段のバーナー筒で補足空気とともに更に燃焼し、該プラズマ発生装置の軸線方向が、粉炭含有空気流が該第一段バーナー筒に流入する方向に平行で、同時に該バーナー筒軸線と平行であることを特徴とする、プラズマ点火バーナー。
【請求項２】
該粉炭含有空気流を前記の少なくとも二段のバーナー筒に導く湾曲管をさらに含み、該バーナー筒側の湾曲管の一端が該バーナー筒軸線と平行で、該プラズマ発生装置が該湾曲管壁を貫通して該バーナー筒の軸線方向に沿って該第一段バーナー筒に挿入される、請求項１に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項３】
該湾曲管の軸線に沿って配置されたガイド板をさらに含み、該バーナー筒側の該ガイド板の一端が該プラズマ発生装置の軸線と平行である、請求項２に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項４】
該ガイド板が該第一段バーナー筒取り入れ口の近辺まで延びている、請求項３に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項５】
該プラズマ発生装置末端と該ガイド板末端が、該バーナー筒の軸線上に配置されるか、又は所定距離だけ該バーナー筒の軸線から進路が変えられている、請求項４に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項６】
該ガイド板の断面形状が平坦面である、請求項３から５のいずれか１項に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項７】
該ガイド板の断面形状が曲面である、請求項３から５のいずれか１項に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項８】
該プラズマ発生装置を保護するために、耐摩耗用保護スリーブを備える、請求項２から７のいずれか１項に記載のプラズマ点火バーナー。
【請求項９】
該耐摩耗用保護スリーブの風上面がＶ型である、請求項８に記載のプラズマ点火バーナー。
【国際調査報告】
2010533833.tif 000009
2010533833.tif 000010
2010533833.tif 000011
2010533833.tif 000012
2010533833.tif 000013
2010533833.tif 000014