JP2016533467A - 発電所のバーナの点火のための方法、および該方法に適した微粉炭バーナ - Google Patents

Abstract

燃料パイプ１と、燃料ノズル２と、少なくとも１つの点火源および／または熱源３’と、酸素含有ガスおよび／または再循環された排ガスを搬送するパイプ７，１０とを備えた、バーナ、特に微粉炭バーナ１２であって、点火源および／または熱源３’が、バーナ内部に配置され、電気的な加熱および／または点火装置１４’から形成され、この加熱および／または点火装置が、初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーを、電流を熱エネルギーに変換することによって、燃料点火部形成の領域に、生成および／または提供する、バーナに関する。追加の燃料の使用を省いて、バーナの頻繁な始動と停止を可能にする解決策を提供するために、歯付きリム１５を有する安定化リング９を、燃料ノズル２の口部領域１３に配置された加熱および／または点火装置の構成部分とした。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料パイプと、燃料ノズルと、少なくとも１つの点火源および／または熱源と、酸素含有ガスおよび／または再循環された排ガスを搬送するパイプとを備えたバーナ、特に微粉炭バーナを対象とするものであり、この少なくとも１つの点火源および／または熱源は、バーナ内部に配置され、電気的な加熱装置および／または点火装置として形成されるか、電気的な加熱装置および／または点火装置を備え、この電気的な加熱装置および／または点火装置は、バーナ内部の初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーを、電流を熱エネルギーに変換することによって専ら、特に燃料点火部形成の領域に、生成および／または提供する。

また、本発明は、バーナ、特に微粉炭バーナによって、粒子の形態、特に微粉の形態で燃料を点火するための方法を対象とし、燃料は、燃料ノズルの領域のバーナ内に形成するその点火部にバーナ内を移送され、バーナの始動時にバーナ口に移送された燃料の初期熱分解および点火の開始と実行のために必要とされる量の熱エネルギーは、バーナおよび／またはバーナ内に配置された少なくとも１つの点火源および／または熱源によって専らそこに移送された燃料内に導入され、この熱源は、バーナ内で加熱装置および／または点火装置の形態をとるか、このようなバーナ内に配置された加熱装置および／または点火装置を有して熱伝導および／または熱伝達するように機能的に接続され、必要量の熱エネルギーは、電流を熱エネルギーに変換することによって専ら、バーナ内部で生成および／または提供される。

断続的な、再生可能エネルギー源（例えば、太陽光発電の設置や風力タービン）から一般的な電気ネットワークへの電気エネルギーの供給に関連して、微粉炭火力発電所は、いかに低レベルの部分負荷が所望されても、非常に頻繁に始動され、または動作を停止する必要がある。これは、発電所の蒸気発生器の炉の個々のバーナレベルまたはすべてのバーナレベルの停止につながる。始動時の微粉炭の点火は、通常、例えば天然ガスや加熱用の軽油である気体または液体の追加燃料を用いて行われ、この燃料は、それぞれの微粉炭バーナに、またはその中に配置された点火ランス内で点火される。かかる気体または液体の追加燃料の燃焼によって生成された連続燃焼炎の形成後にのみ、微粉炭を、一般に、バーナに移送することができ、口部領域内で点火することができる。再生可能エネルギー源からネットワークへの電気エネルギーの供給に関連した比較的頻繁な始動と停止は、これらの補助燃料の消費を非常に増加させてしまい、これは、このように構成された、熱による微粉炭火力発電所の運用コストをかなり増加させる。したがって、始動および停止動作において、および非常に低い部分負荷での動作時に、多くの場合、発火をサポートするために使用される気体燃料用または液体燃料用のバーナが必要とされる。そのため、間接的な発火システムを用いて燃焼され得る、微粉の形態での固体燃料をさらに有するこのサポート発火を実施することが適切であり、このシステムは、調整された微粉炭の事前中間貯蔵を含み、燃焼室内または蒸気発生器の炉内に、このための適切なバーナを含む。

バーナ（このバーナにより、多くの場合、褐炭、無煙炭、またはバイオマスのような微粉炭の形態である固体燃料が燃焼される）は火力発電所で使用される。本目的のために、それぞれの燃料の、特に微粉の形態での燃料の点火は、それぞれのバーナまたはそれぞれのバーナ装置で行われる必要がある。燃料の点火は、粒子の形態または微粉の形態での燃料の熱分解と、それにより生成される熱分解生成物の燃焼の酸化のプロセスによって原則的に決定される。必要なプロセスを進めていくためには、このために必要な既知の境界条件が満たされなければならない。微粉炭の点火のためには、例えば、適切な燃料濃度、十分に高い熱伝達、熱分解の領域および点火ゾーンでの微粉粒子の十分な滞留時間、および一次酸素や酸化剤の存在が、重要な前提条件である。これらの条件を考慮した場合、点火のために必要な熱分解および熱分解生成物の酸化を、一般に確実にすることができる。

バーナ内に配置され気体燃料で働く点火ランスが点火炎を形成し、その点火炎にてバーナに移送される燃料が点火されることは、実際に一般的である。

ドイツ特許出願公開第３３２７９８３号明細書は、純粋に電動式の点火装置を開示しており、この装置は、バーナの一次空気パイプから出現する燃料を点火する点火要素を有する。

旧東ドイツ経済特許第２４０２４５号明細書は、ジェネリック型のバーナを開示しており、このバーナは、口部領域に電気点火装置を有し、これにより微粉炭／空気混合物を点火する。火のついた電気点火装置で、搬送されてくる微粉炭が発火して、点火用渦流を形成することにより、この領域に配置された後壁がさらにグロー（ｇｌｏｗ）状態にされることが確実になる。

また、微粉炭が燃料パイプの断面部に達する加熱ロッドによって点火されるバーナが、旧東ドイツ経済特許第２７０５７６号明細書に開示されている。

本発明は、気体、液体、または固体の追加燃料の使用を省いて、燃料消費量に対して、低コストで大規模火力発電所の蒸気発生器のバーナの頻繁な始動と停止を可能にする解決策を提供する目的に基づいており、これに適したバーナを提供する。

この目的は、請求項１の特徴を有するバーナおよび請求項１８の特徴を有する方法により、本発明に従って達成される。

本発明に従った開発および本発明の適切な改良が、各従属項の主題である。

これを達成するために、したがって、まず、燃料パイプと、燃料ノズルと、少なくとも１つの点火源および／または熱源と、酸素含有ガスおよび／または再循環された排ガスを搬送するパイプと、を備えたバーナ、特に微粉炭バーナが提供され、この少なくとも１つの点火源および／または熱源は、バーナ内部に配置され、電気的な加熱および／または点火装置として形成されるか、電気的な加熱および／または点火装置を備え、この電気的な加熱および／または点火装置は、バーナ内部の初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーを、電流を熱エネルギーに変換するだけで、特に燃料点火部形成の領域に、生成および／または提供し、歯付きリムを有する安定化リングは、燃料ノズルの口部領域に配置された電気的な加熱および／または点火装置の構成部分である。

同様にこれを達成するために、このようなバーナ、特に微粉炭バーナによって、粒子の形態、特に微粉の形態で燃料を点火するための方法が提供され、燃料は、燃料ノズルの領域のバーナ内に形成するその点火部にバーナ内で移送され、バーナの始動時にバーナ口に移送された燃料の初期熱分解および点火の開始と実行のために必要とされる量の熱エネルギーは、バーナおよび／またはバーナ内に配置された少なくとも１つの点火源および／または熱源によって専らそこに移送された燃料内に導入され、この熱源は、バーナ内で加熱および／または点火装置の形態をとるか、バーナ内に配置されたこの加熱および／または点火装置を有して熱伝導および／または熱伝達するように機能的に接続され、必要量の熱エネルギーは、電流を熱エネルギーに変換することだけで、バーナ内部で生成および／または提供され、必要量の熱エネルギーは、燃料ノズルの口部領域に配置され、その構成部分が歯付きリムを有する安定化リングである加熱および／または点火装置によって、バーナおよび／または移送燃料内に導入される。

このように、第１の態様では、本発明は、発電所において、頻繁な始動プロセスを対象としたバーナ、特に微粉炭バーナを、熱エネルギーによって低コストで動作することができ、この熱エネルギーは、粒子の形態、特に微粉の形態での燃料の熱分解および点火を実施するためのそれぞれの始動で必要とされ、特に微粉の形態での燃料の初期熱分解および点火に必要な量の熱エネルギーを生成する加熱および／または点火装置によって、すなわち、電流の変換によって、完全におよび専用的に生成されて、これをバーナ内でバーナの移送燃料内に導入する。気体または液体の（追加の）燃料で動作される点火ランスがもはや必要ないという事実は、各バーナにこのようなバーナランスを配置するための費用のかかる構造的対策や、供給装置や、（追加の）燃料を提供するために必要な遮断弁および制御弁が必要ないことを意味している。また、それぞれの点火ランスの動作のための追加の液体、気体、または固体燃料の消費を必要としないことを意味している。このようなバーナ、特に微粉炭バーナの始動時に必要な量のエネルギーは、燃料の必要な初期熱分解や点火を実施し、確保するために、単に電気的に、すなわち熱エネルギーへの電流の変換によって、生成される。大規模な発電所では、電流は、さまざまな電圧レベルで頻繁に使用可能である。バーナ、特に微粉炭バーナで移送された、特に微粉の形態での炭素のそれぞれの場合の初めての初期点火、およびバーナで移送された燃料の初期熱分解の開始とそのために必要な維持は、したがって、１つまたは複数の専用の電動式の加熱および／または点火装置だけで達成され、さらに、バーナおよび／または燃料内に、バーナ内で専ら導入される。

本発明のさらなる態様によれば、したがって、純粋に電動式の点火源および／または熱源すなわち加熱および／または点火装置が、バーナ内のバーナ内部に配置され形成されて、提供されている。別の態様では、この純粋に電動式の点火源および／または熱源すなわち加熱および／または点火装置が、初期熱分解と、バーナの構成要素または構造要素および結果としてバーナへの燃料の点火とに必要とされる（量の）熱エネルギーを誘導して導入する。これらの構成要素または構造要素により、導入された（量の）熱エネルギーを、流れ行く燃料に送達して、そこに導入することができ、このため、初期熱分解および点火に必要とされる（量の）熱エネルギーが、これらの構成要素または要素によって、この燃料に供給される。ただし、さらなる態様によれば、純粋に電動式の点火源および／または熱源すなわち加熱および／または点火装置は、生成された（量の）熱エネルギーを流れ行く燃料に直接送達し、この燃料内にこれを導入する。最後に、本発明のさらなる態様によれば、複数の電動式の点火源および／または熱源すなわち加熱および／または点火装置が、バーナ内のバーナ内部に配置され形成され、特に少なくとも１つの点火源および／または熱源すなわち加熱および／または点火装置において、その後、電気的に生成された熱エネルギーをバーナ内に、すなわちバーナの構成要素または構造要素に、誘導または導入し、バーナ内の別の点火源および／または熱源すなわち別の加熱および／または点火装置が、そこに流れる燃料に熱エネルギーを誘導して導入する。ただし、すべての熱源または点火装置が、バーナの構成要素および構造要素内に専ら熱エネルギーを誘導することも可能である。

この方法に関して、さらなる態様では、特にバーナを始動する際に、初期熱分解と点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーが、最初に熱分解されて点火される燃料とは別に、さらなる追加の液体、気体、または固体燃料を使用することなく、生成される。最初に熱分解される燃料は、微粉の形態または粒子の形態での燃料、特に微粉炭であり、この燃料はまた、バーナ火炎を生成するための燃焼用原料燃料として、バーナのさらなる動作で提供される。

初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーは、熱エネルギーおよび／またはアークおよび／またはプラズマへの電流の変換だけで、加熱および／または点火装置によって生成され、燃料内に導入される。初期熱分解の開始と実行、すなわちバーナ内部の（有効）面および／または接触面および／または燃料パイプの内面および／または熱分解の実施に必要な温度で燃料と熱伝達するように機能的に接続されている加熱および／または点火装置の内面、の領域での初期熱分解プロセスの開始と実施に必要な、バーナの移送燃料の滞留時間を確保することによって、燃料内に必要な熱導入を行うことができ、特に微粉の形態での燃料の熱分解の実行と点火を、電動式の加熱および／または点火装置によって実施することができる効果が達成され、確実になる。また、本発明のさらなる態様では、したがって、初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーが、初期熱分解および点火の実行に十分な滞留時間を有する燃料流と接触するかまたは機能的に接続された、特にバーナの、バーナ内部の表面で燃料内に導入される。

ここで、本発明のさらなる態様において、初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーが、初期熱分解および点火を生成するために燃料内に必要量の熱エネルギーを導入するのに十分な滞留時間を有するバーナ内部の燃料と、接触するかまたは機能的に接続された、バーナ内部の加熱および／または点火装置の接触面で燃料内に導入されることは、適切である。これにより、移送される燃料への熱導入のために十分に大きな接触面が確保される効果が得られる。

このように、本発明により、熱エネルギーは、燃料ノズルの構成部分として、および歯付きリムを有する安定化リングとして少なくとも部分的に形成され、燃料ノズルの口部領域に配置された、電気的な加熱および／または点火装置によって生成される。したがって、バーナの場合に一般に存在するバーナノズルまたは燃料ノズル、および特に場合によってはそこに設けられ配置された歯付きリムを有する安定化リングは、熱エネルギーを電気的に生成し、それをバーナおよび／または燃料に、またはその中に送達する加熱および／または点火装置として、ここでは形成されている。本発明によるバーナは、したがって、歯付きリムを有する安定化リングが、燃料ノズルの口部領域に配置された電気的な加熱および／または点火装置の構成部分であることを特徴としている。本発明による方法は、必要量の熱エネルギーが、燃料ノズルの口部領域に配置された加熱および／または点火装置によって、バーナおよび／または移送燃料内に導入され、その構成部分が歯付きリムを有する安定化リングであることを提供する。

本発明の改良によれば、歯付き安定化リングが、燃料パイプ内に同心状に配置されたパイプの開口部の直前に距離を置いて、バーナの中央に配置されることが好適である。

この場合、必要な熱分解の実行を確実にすることも有効であり、本発明が開発において提供するように、燃料ノズルは、歯付き安定化リングが、半径方向内側に向く方法で形成され、燃料の流れまたは燃料移送断面で移送される燃料微粉の流れを取り込み、減速させ、偏向させるように形成される。

そして、燃料ノズルおよび／または歯付きリムを有する安定化リングが、電流が流れることができる少なくとも１つの電熱線および／または少なくとも１つの誘導加熱領域を有することは、特に適切であり、これにより、初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーが、それぞれ生成され、提供される。これもまた、本発明の改良によって提供される。

バーナ、特に微粉炭バーナは、電気的な加熱および／または点火装置が、特に、バーナ、特に微粉炭バーナの始動時に、最初に熱分解されて点火される燃料とは別に、さらなる追加の液体、気体、または固体燃料の使用なしでの、燃料点火部形成の領域での初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーを生成および／または提供するという事実によって、優れている。

したがって、本発明がさらに提供するように、バーナがバーナ内部に表面を有し、および／または電気的な加熱および／または点火装置が接触面を有し、あるいは前記バーナおよび／または装置が、このような表面と熱伝導および／または熱伝達するように機能的に接続されることもまた、適切であり、バーナの動作を始動する際に、このような表面は、初期熱分解および点火の実行のために十分な滞留時間を有する燃料パイプで移送された燃料と接触するかまたは機能的に接続されている。

また、歯付きリムを有する安定化リングを有する燃料ノズルと、熱伝導および／または熱伝達するように機能的に接続されているバーナ口の燃料パイプの内部表面領域が、バーナ内部の表面および／または接触面を形成することも、本発明の本発明による改良において有効である。

また、本発明がさらに提供するように、この場合、バーナ内部の表面が、全体的にまたは部分的に、加熱および／または点火装置の接触面の構成部分であることも適切である。

また、本発明がさらに提供するように、燃料ノズルが、加熱および／または点火装置を形成する、電熱線または抵抗線によって形成される複数の巻線を、口部領域に有することは、加熱および／または点火装置の特に有効な改良である。

また、本発明の改良において提供されるように、電熱線の巻線は、ここでは、安定化リングとその歯付きリムを通じて延びることができる。

また、バーナ内部の隣接する表面領域を加熱して、熱源としてこれらを形成することができるために、本発明はまた、電熱線の巻線が、歯付きリムを有する安定化リングに隣接した燃料ノズルおよび燃料パイプのバーナ内部の表面領域を通じて延びるという事実によって、優れている。

ただし、本発明がさらに提供するように、電気的な加熱および／または点火装置が、歯付きリムを有する安定化リングを有する燃料ノズルの構成部分であることが可能であるだけでなく、燃料ノズルおよび／または歯付きリムを有する安定化リングが、電気的な加熱および／または点火装置を形成することも可能である。

熱分解中に生成される熱分解生成物の点火を確実するために、本発明は、燃料ノズルおよび／または歯付きリムを有する安定化リングおよび／またはバーナ内部の表面領域が、少なくとも２００℃、特に４５０℃以上、好ましくは６００℃〜７００℃の温度に加熱可能であるように形成されるという事実によって、優れている。

ただし、歯付きリムを有する安定化リングに形成された、または歯付きリムを有する安定化リングとして形成された、加熱および／または点火装置に加えて、追加的な電気点火源および／または熱源をバーナに設けることも可能である。このように、開発において、本発明はまた、電流を熱エネルギーに変換する加熱および／または点火装置と、アークを生成するかまたは熱風を生成する、追加的な加熱および／または点火装置との組み合わせを形成する、点火源および／または熱源によって特徴づけられている。

特に、本発明の開発においてここで提供されるように、追加的な電気的な加熱および／または点火装置は、プラズマバーナを備えるかまたは形成し、このプラズマバーナは、特に、バーナ内部の表面および／または接触面および／または歯付きリムを有する安定化リングに向けられて、熱エネルギーをこの表面および／または移送燃料に伝達する。

ただし、電気的な加熱および／または点火装置として熱風供給パイプを使用することも可能であり得る ため、本発明はまた、追加的な電気的な加熱および／または点火装置が、電気的な加熱装置を備えた熱風供給パイプを備えるかまたは形成し、バーナ内部のその口部領域でバーナ内部の表面および／または接触面および／または歯付きリムを有する安定化リングに向けられて、熱エネルギーをこの表面および／または移送燃料に伝達することを提供する。

したがって、特にさまざまな種類の、複数の加熱および／または点火装置を実現し、バーナに配置することができる。２つの加熱および／または点火装置の組み合わせ、特に電流を熱エネルギーに変換する加熱および／または点火装置とアークを生成するかまたは熱風を生成する加熱および／または点火装置の組み合わせが、可能である。この組み合わせを、したがって、バーナ内のバーナ内部に形成され配置されるように構成することができ、複数の点火源および／または熱源すなわち加熱および／または点火装置は、それぞれ、熱エネルギーを構成要素または構造要素またはバーナ装置内に導入する／誘導するか、エネルギーをこれら伝達するか、または熱エネルギーを移送燃料内に直接導入する。また、これらの２つの種類の点火源および／または熱源すなわち加熱および／または点火装置のうちの１つは、バーナ内のバーナ内部にそれぞれ配置され形成されることも可能である。

最後に、本発明によるさらなる改良において、バーナはまた、電気的な加熱および／または点火装置、および／または追加的な電気的な加熱および／または点火装置が、特にバーナの始動時に、最初に熱分解されて点火される燃料とは別に、さらなる追加の液体、気体、または固体燃料の使用なしでの、燃料点火部形成の領域での初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーを生成および／または提供するという事実によって、優れている。

また、歯付きリムを有する安定化リングは、本発明がまたバーナの改良において最後に提供するように、点火源および／または熱源の少なくとも一部であることが好適である。

本発明による方法の好適な改良では、バーナの始動時に、初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーが、最初に熱分解されて点火される燃料とは別に、さらなる追加の液体、気体、または固体燃料を使用することなく、生成されることが提供される。

本発明のさらなる改良において、ここでは、初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーが、初期熱分解および点火の実行に十分な滞留時間を有する燃料流と接触するかまたは機能的に接続された、バーナのバーナ内部の表面で燃料内に導入され、および／または初期熱分解および点火を生成するために燃料内に必要量の熱エネルギーを導入するのに十分な滞留時間を有するバーナ内部の燃料と、接触するかまたは機能的に接続されたバーナ内部の加熱および／または点火装置の接触面で燃料内に導入され、この表面および／または接触面は、燃料ノズルおよび／または歯付きリムを有する安定化リングによって形成されるか、またはこれらを備えることが好適である。

本発明がさらに提供するように、初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーがそれぞれ生成されて提供される手段によって、燃料ノズルおよび／または安定化リングを、特に、燃料ノズルおよび／または電流が流れることができる電熱線または誘導加熱領域を有する安定化リングによる電動式の加熱および／または点火装置のような好適な方法で形成することができる。

ただし、プラズマバーナまたはアークを生成する装置を、電動式の加熱および／または点火装置として使用することも可能であるため、初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーは、電気アークの手段、特にプラズマバーナの手段によって生成され提供されることも可能であり、このプラズマバーナは、特に、バーナ内部の表面および／または接触面に向けられ、この表面および／または移送燃料に必要量の熱エネルギーを伝達する。

初期熱分解または初期熱分解プロセスを開始するために必要な熱エネルギーを生成するためのさらなる可能性は、点火部の領域または熱分解プロセスの部分に熱風をもたらすことであり、初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーは、その後、電気的な加熱装置を備えた熱風供給パイプの手段によって生成され提供され、バーナ内部のその口部領域で、特にバーナ内部の表面および／または接触面に向けられ、この表面および／または移送燃料に必要量の熱エネルギーを伝達する。

この場合に特に、ただし、すべての他の場合において、初期熱分解および点火の開始と実行のために必要とされる量の熱エネルギーが、燃料ノズルおよび／または歯付きリムを有する安定化リングによって形成されるかまたはこれらを備えた、バーナ内部の表面および／または接触面によって、燃料内に導入されるように、その上に／中に設けられたバーナ内のバーナ口は、熱分解プロセスの実行と燃料の点火のために必要なエネルギー導入のために特に適している。

ただし、燃料内に導入される熱のために提供される領域は、加熱および／または点火装置の直接の構成部分ではないが、それと熱伝導または熱伝達するように機能的に接続されているバーナ装置によって提供され、このため、バーナ内部の表面および／または接触面は、加熱および／または点火装置と、特に燃料ノズルおよび／または歯付きリムを有する安定化リングと、熱伝導または熱伝達するように機能的に接続されているバーナ口の燃料パイプの内部表面領域によって形成される。

燃料の点火を確実にし、必要な初期熱分解を実施するために、これらのプロセスに必要とされる熱エネルギーが、燃料の点火部の領域で生成され、その後、一方で、この領域の有効面または接触面によって燃料内に導入されるが、他方では、熱伝導および／または熱放射によって、他の領域に、およびバーナの他の有効面や接触面に、特に燃料パイプのバーナ内部の内部表面領域に誘導されることが、特に適切であると証明されている。したがって、特にバーナを始動する際に、初期熱分解および点火の開始と実行のためにバーナ内で必要とされる量の熱エネルギーは、点火部形成領域の加熱および／または点火装置によって、生成および／または提供されることも有効である。

燃料に応じて、熱分解プロセスの実施と燃料の点火のための十分に高い温度は、２００℃以上、特に４５０℃以上の範囲、好ましくは６００℃〜７００℃の範囲にある。このように、本発明は、方法のさらなる改良において、バーナ内部の表面および／または接触面および／または歯付きリムを有する安定化リングおよび／またはバーナ口の燃料パイプの内部表面領域が、２００℃以上、特に４５０℃以上、好ましくは６００℃〜７００℃の範囲の温度に、加熱および／または点火装置によって加熱される。これにより、熱エネルギーを、熱分解の実施と燃料の点火に十分な方法で燃料に伝達することが可能となる。固体燃料の発火温度は、石炭化度の増大とともに、すなわち揮発性成分が少ないと、高くなる。

粒子の形態、特に微粉の形態での燃料を、０．１〜１０ｋｇ（燃料）／（キャリアガス）の濃度および／または５〜３０ｍ／ｓのバーナの移送速度で、特に燃料パイプまたは燃料供給パイプで、バーナに移送することができる。したがって、本発明はまた、本発明による方法の改良において、粒子の形態、特に微粉の形態での燃料が、０．１〜１０ｋｇ（燃料）／ｋｇ（キャリアガス）の濃度および／または５〜３０ｍ／ｓの移送速度で、バーナ内部の表面および／または接触面および／または歯付きリムを有する安定化リングおよび／またはバーナ口の燃料パイプの内部表面領域上で、バーナ内に沿って搬送されることを最終的に提供する。

バーナ、特に微粉炭バーナは、好ましくは、間接的な発火システムに適した構成要素として形成され、燃料を移送するガスが、０．４ｋｇ（燃料）／ｋｇ（ガス）以上の高い微粉の負荷を有する。

本発明の総体的な目的は、したがって、追加の気体または液体燃料を使用することなく、褐炭、無煙炭、バイオマス、またはこれに適したバーナ装置、すなわち特にバーナまたは微粉炭バーナ内の他の物質を基にして、粒子の形態、特に微粉の形態での固体燃料の点火を実施することである。結果として、気体または液体燃料や補助燃料の発火のために別に必要とされる任意の基盤を必要としない。特に、本発明は、間接的な発火システムを使用するのに適している。また、既存の発電所に、これを追加導入することができる。

このように、本発明は、バーナ装置またはバーナ、特に微粉炭バーナと、粒子の形態、特に微粉の形態の固体燃料のための方法に関するものであり、これを用いて、微粉炭またはバイオマスまたはその混合物を、さらなる気体または液体燃料を使用することなく、電気エネルギーを提供することだけで、点火することができる。この目的のために、バーナ装置またはバーナまたは微粉炭バーナは、特に、以下に提示される特別な特徴または組み合わせを有し、これを、例示的な実施形態を示す図面に基づいて以下に説明する。

本発明による微粉炭バーナを概略的に示す断面図である。

本発明を、図面に基づく例により、以下にさらに具体的に説明する。

図１は、微粉炭バーナ１２の断面を概略的に示しており、このバーナ１２は、大規模火力発電所の蒸気発生器の管壁の石工裏張りまたは管壁の湾曲部に設置されている。この微粉炭バーナ１２は燃料パイプ１を備え、これにより、移送と、微粉炭バーナ１２の口部領域１３の中に移送された微粉の形態での炭素含有燃料の濃縮とを可能にし、また、ここにて燃料ノズル２が形成され、その幾何学的設計のために、一般の歯付き安定化リング９の手段で、燃料の流れまたは燃料移送断面８を移送される燃料微粉の流れを、完全に取り込み、減速させ、偏向させる。この結果、微粉炭バーナ１２の口部領域１３で、十分な濃度での燃料の十分な滞留時間が達成され、移送される燃料の流れで必要とされる熱分解プロセスの実行、およびその点火のための時間を与える。口部領域１３では、燃料ノズル２は、電熱線２０または抵抗線によって形成された複数の巻線を有し、（第１の）加熱および／または点火装置１４’を形成している。電熱線２０の巻線は、安定化リング９とその歯付きリム１５、さらに、これらに隣接した、バーナ内部にある燃料ノズル２と燃料パイプ１の表面領域１６、１７、１８、および１９を通じて延びている。電熱線２０によって、つまり（第１の）加熱および／または点火装置１４’によって、（第１の）点火源および／または熱源３’を形成し、初期熱分解プロセスの開始のための十分な熱伝達と熱導入、および移送燃料の点火が、導入され、これらの構成要素およびバーナ１２の構造要素に最初に導入され、次いで、これらの部分に、順に、初期熱分解プロセスの開始のために必要な熱伝達と熱導入、および流れ行く移送燃料への燃料の点火を導入する。同様に、ここでは点火ランスとして形成される、追加的な加熱および／または点火装置１４が、追加的な点火源および／または熱源３を形成し、初期熱分解プロセスの開始のために十分に高い、燃料が移送される流れへの熱伝達および熱導入を可能にし、形成される移送燃料の点火部の領域においてその先端に配置されている。燃料の点火源および燃焼または酸化に必要な酸素が、特に、点火部の領域で中心パイプ１０またはコア空気パイプ７を通じて供給される。追加的および代替的に、燃焼に必要な酸素を、燃料パイプ１内で燃料を移送するキャリアガスによって点火部の領域に供給することができ、このキャリアガスは、例えば、酸素含有ガス（通常大気）または二酸化炭素含有の再循環ガスである。点火部の領域は、安定化リング９の歯付きリム１５の領域に位置している。点火のためまたは燃料の微粉粒子から放出された熱分解生成物の即時の酸化のために必要な酸素は、キャリアガスすなわち酸素含有ガスや再循環ガスにより点火部のこの領域に利用可能にされる。（第１の）加熱および／または点火装置によって点火部の領域で生成される量の熱が、例えば輻射熱によって、熱伝導および／または熱伝達の手段で、燃料ノズル２および歯付きリム１５を有する安定化リング９に、直接または少なくとも部分的に導入され、熱伝導によって、燃料移送パイプ１および／または燃料ノズル２の隣接する内部表面領域１６、１７、１８、１９に後で伝導されるため、点火部の領域での初期熱分解および点火の開始と実行に必要な燃料中の熱導入は、対応する経路を介して提供され、それとともに、燃料の一部が内部表面領域１６、１７、１８、１９に接触して、バーナ口３に流入する。また、燃料の点火源および初期熱分解に必要な熱導入は、第１の加熱および／または点火装置１４’だけで提供されることが可能である。ただし、熱エネルギーが、追加的な加熱および／または点火装置１４によって燃料に同時に導入されることも可能である。

第１の点火源および／または熱源３’と追加的な点火源および／または熱源３とが、少なくとも一緒に、または可能であれば個別に、熱分解すなわち実行される初期熱分解プロセスに必要な熱および点火エネルギーと、粒子の形態、特に微粉の形態での燃料の点火とを、さらなる追加の液体または気体燃料を使用せずに電気的に加熱される点火源および／または熱源３，３’や加熱および／または点火装置１４，１４’のような電気エネルギーの使用だけで、可能とする。

微粉の形態での燃料の最初の点火源および安定した火炎の形成の後に、初期熱分解プロセス、すなわち初期熱分解の開始と実施、および初期点火が完了し、電動式の加熱および／または点火装置（複数可）１４，１４’が、オフに切り替えられる。熱分解生成物の最終点火により、その後、微粉炭バーナに移送された燃料に、バーナ火炎によって生成された熱エネルギーを導入することによる通常の方法で、連続的な実行と連続的な熱分解プロセスの形成を含む移送燃料のさらなる燃焼が起こる。

初期熱分解および点火の開始と実行に必要とされる熱エネルギーは、燃料ノズル２および／または安定化リング９の領域、およびバーナ口の燃料パイプ１の内部表面領域１６で、十分な滞留時間を有する前記領域に沿って流れる燃料内に導入される。これらの記載されたエリアすなわち領域は、バーナ内部の表面１６、１７、１８、１９を形成し、これに沿って、初期熱分解および点火の開始と実行のために微粉炭バーナ１２で必要とされる量の熱エネルギーが、初期熱分解および点火の実行に十分な滞留時間を有する燃料流と接触するかまたは機能的に接続されたバーナ内部の表面１６、１７、１８、１９で燃料内に導入される。

バーナ内部のこの表面１６、１７、１８、１９は、（第１の）加熱および／または点火装置１４’の接触面の、全体的または部分的な構成部分であり、歯付きリム１５を有してその上に配置された安定化リング９を有する燃料ノズル２、および／またはバーナ内部の表面１６、１７、１８、１９は、電熱線２０を用いて、あるいは（第１の）加熱および／または点火装置１４’のような誘導加熱の手段によって形成され、第１の加熱される電気的な点火源および／または熱源３’を形成する。

ただし、電気アークを生成する装置、特にプラズマバーナとして、図に示す追加的な加熱および／または点火装置１４を形成することも可能であり、これは、バーナ内部の表面および／または接触面および／または流れ行く燃料に向けられ、この表面または燃料への熱エネルギーの必要量を伝達する。示されていない方法では、追加的な加熱および／または点火装置１４を熱風供給パイプによって形成することも可能であり、これは、必要量の熱エネルギーを生成するための電気的な加熱装置を備え、バーナ内部のその口部領域でバーナ内部の表面および／または接触面および／または流れ行く燃料に向けられ、この表面または燃料への熱エネルギーの必要量を伝達する。

燃料ノズル２は、歯付き安定化リング９を含み、このリング９は、その口において燃料パイプ１の端部に形成され配置され、その口端部１３を形成している。この場合、燃料ノズル２、および特に歯付き安定化リング９はまた、燃料パイプ１内の同心の燃料パイプ１の開口部の直前に、所望の、決定された、および場合によっては決定可能な、距離を置いて、バーナが配置されたコア空気パイプ７の中央に配置され、形成されている。

燃料ノズル２および／またはバーナ内部の表面領域１６、１７、１８、１９は、全体的にまたは部分的に、少なくとも実質的に電気的に、好ましくは専ら電気的に、少なくとも２００℃の温度まで、好ましくは、燃料の性質に応じて４００℃より高い温度まで、加熱される。燃料微粉の流れが、流れの軸方向および径方向で、好ましくは完全に取り込まれ、減速され、偏向させられ、燃料の流れの微粉粒子の熱分解に十分な滞留時間がノズル２で生成されるという事実により、好ましく完全に取り込まれ、減速され、偏向させられた微粉粒子は、発火性の熱分解生成物を脱気して放出するような方法で、加熱され、ここで、この熱分解プロセスは、電気的に加熱される燃料ノズル２および／または電気的に加熱されたバーナ内部の表面１６、１７、１８、１９、および／または電気的に加熱される点火源および／または熱源３，３’、特に歯付きリム１５を有する安定化リング９によって提供される、熱エネルギーだけで、燃料の、したがってバーナ１２の最初の点火の前に開始され、維持される。

追加的な点火源および／または熱源３は、好ましくは、熱分解をサポートし、放出された熱分解生成物を点火し、場合によっては付加的に、例えば、燃料ノズル２または安定化リング９のバーナ内部の電気的に加熱される表面１６、１７、１８、１９が、例えば誘導的にまたは燃料ノズル２に導かれた電熱線２０の手段による、いくつかの他の方法で電気的に加熱される。

任意のより具体的に示されていない本発明の改良では、追加の燃料なしで電気エネルギーを用いて生成され得るプラズマ火炎が、追加的な熱源３として使用されてもよい。プラズマ火炎は、この場合、燃料ノズル２および／または安定化リング９の周辺に直接、適切なランスを用いて形成され、ここで、可燃性微粉／燃料微粉は、熱分解プロセスが減速することなく行われる程度まで加熱され、酸化が迅速に起こり得る。また、燃料ノズル２および／またはバーナ内部の表面１６、１７、１８、１９が、例えば誘導的にすなわち燃料ノズル２および／またはバーナ内部の表面１６、１７、１８、１９に導かれる電熱線２０の手段による、いくつかの他の方法で、完全にまたは部分的に、電気的に加熱される場合、プラズマ火炎の形態でのこの点火源および／または熱源３を、さらに設けることができる。ここでは、可燃性微粉／燃料微粉は、その後、燃料ノズル２の周辺に直接、適切なランスを用いたプラズマ火炎の形成によって、熱分解プロセスがサポートされる程度までさらに加熱され、電気的に加熱される燃料ノズル２やバーナ内部の表面１６、１７、１８、１９や点火源および／または熱源３，３’で、燃料微粉粒子から放出された熱分解生成物の酸化が、迅速に起こり得る。

さらに、燃料パイプ１は、微粉開始ストリーマを一時的に生成することができる装置４を有し、ここで、熱の放出を増加させるために、発火が起こるとすぐに、このストリーマは、点火源および／または熱源３、および／または３’に順番に特定して向けられ、これにより上記の指定された点火条件を損なうことなく、再び分解される。装置４を、特定の周方向位置におけるスワーラ５を用いて燃料微粉を構築し、軸方向に偏向させる、レールとして構成することができる。

十分な点火温度の専らまたは追加的な提供のため、および十分な熱分解を確保するため、または熱分解をサポートするために、電気的に加熱される電熱線２０、または例えば誘導加熱であるいくつかの他の形態の電気的加熱が、燃料ノズル２の、および／またはバーナ内部の表面１６、１７、１８、１９の点火源および／または熱源３，３’として一体化されることが、原則として可能である。点火源および／または熱源３，３’がこの地点で形成されるだけの場合、専用となる。また、このような１つの熱源またはいくつかの他の熱源３が、バーナの別の地点で形成される場合、追加的である。

また、燃料ランス６がバーナ１２に配置され、このランス６は、その後好ましくはプラズマ火炎として形成される、燃料／可燃性微粉／燃料微粉の一部を、追加的な点火源および／または熱源３に特定して導入し、これにより、炭素含有微粉粒子が、非常に大きな程度まで加熱され、燃料からの熱分解生成物の放出および点火が、熱の放出の結果として、特に電磁スペクトル上で連続的に与えられる加熱された燃料粒子の熱放射の結果として、順に火炎の形成をもたらし、燃料ノズル２で取り込まれて減速した微粉の形態での燃料粒子の熱分解をもたらす。燃料ランス６は、この場合、独立した構成要素として、または追加的な点火源および／または熱源３を囲む環状断面として、形成され得る。

ただし、燃料ノズル２で取り込まれて減速した燃料微粉粒子の熱分解を促すこれらの微粉粒子からの熱放射の効果を達成するために、追加的な点火源および／または熱源３に導入する可燃性微粉の代わりに、適切なランス６や追加的な点火源および／または熱源３のランスを囲む環状断面によって、微粉の形態での他の媒体や、不燃性媒体さえも可能である。

燃料パイプ１を囲む封入空気１１への熱損失を低減し、加熱するための電気エネルギー要件を低減するために、燃料ノズル２は、例えば、織物またはセラミック繊維の寸法安定性構成要素などの、耐火材料を用いて燃料の流れから離れて面する側で絶縁されてもよい。

特に、燃料ノズル２は、適切な温度に、およびそれぞれ意図される温度に、特に誘導的に加熱される。

また、燃料ノズル２の周囲に火炎を生成するように、微粉の形態の固体燃料で作動し、加熱および／または熱源として形成された点火ランス６を提供することができ、これは、好ましくは、純酸素または非常に高い酸素分圧でのガス混合物を添加することにより、電気点火装置を用いて点火される。

追加的な点火源および／または熱源３としてのプラズマ火炎の形成が、構造および／または機器の点で比較的高いレベルの技術的費用を必要とし得るため、点火が実施されるか、または十分な熱風によって少なくともサポートされることが提供され得る。微粉炭の点火が、揮発性物質の熱分解と、続いて起こる供給された酸素による揮発性物質の反応の開始によって最後に行われるため、これは可能である。この決め手となるのは、この熱風と燃料との間の混合ゾーンの領域での温度条件と滞留時間である。４５０℃より高い温度の熱風、例えば、６５０℃の範囲の温度で電気的な加熱および／または点火装置１４によって生成される熱風が、例えば乾燥した褐炭の場合には、熱分解および点火プロセスを開始するのに十分である。

このような加熱および／または点火装置１４は、例えば、図に示されるバーナに設置され得る。熱風は、その後、微粉ノズルまたはバーナノズル２の口部領域１３に導入され、特に微粉の形態での燃料、好ましくは微粉褐炭とそこで混合される。この発火性の混合物は、次いで、バーナの逆流ゾーンの領域に直接配置されるため、高いスワールが適切に与えられ、燃料の点火後に生成された火炎は、バーナの周囲に分散し、安定した火炎を形成する。原則として、この方法を、任意の形式のバーナに使用することができ、ここで、燃料と空気または燃焼用酸素または酸化剤との間の混合ゾーンが、保炎器の領域、ここでは安定化リング９の領域に配置される。熱風は、燃料と空気との間の混合ゾーンのバーナ内部の開始領域で、燃料に混合される。この場合には、十分な滞留時間を有する燃料との熱風の良好な混合が、バーナ口までの残りの経路に確保されるように、燃料の速度は非常に遅い。

高温の熱風および／または点火空気を生成するために、熱風パイプを追加的な点火源および／または熱源３として設けることができ、これを通じて、加熱される点火空気が搬送され、その結果、熱風パイプ内またはその上に設けられている熱風パイプ内の電気的な加熱手段によって加熱される。熱風パイプの出口は、流れの方向で安定化リング９の上流のバーナ内の微粉ノズルまたは燃料ノズル２の近くに配置され、このため、燃料パイプ１を介して供給された燃料と熱風の直接の混合が、起こり得る。この場合、熱風パイプは、バーナに設けられた一次空気パイプ、コア空気パイプ７、二次空気パイプ、封入空気パイプ、またはすべての側面からこの地点に搬送される他のパイプを通じて導かれてもよい。加熱するために設けられた電気装置は、空気の加熱により燃料の加熱および熱分解のために十分高温にできることを意図されている。バーナ内のその位置決めは、この場合、構造の点で、低費用で可能であるように選択されるのが好ましい。

加熱された点火空気を、この場合にも、ランス６または点火空気ランスを囲む環状断面を用いて、微粉、好ましくは可燃性微粉の形態で、媒体と直接混合することができるため、その後の熱い微粉粒子の大きな熱放射が、燃料ノズルで取り込まれて減速した微粉粒子に熱伝達をもたらし、これにより、これらの粒子は、発火性の熱分解生成物を脱気して放出する。

本発明は、ボイラーや蒸気発生器の変換により、点火すること、および微粉炭、特に乾燥した微粉褐炭の既存の燃焼での発火をサポートすることを可能にし、特に、間接的な発火や、オイルまたはガスの形態での燃料のための供給基盤の付随的な解体の場合に有効である。また、このような発火、特に間接的な発火は、さまざまな燃料の混合物を含んでもよい。乾燥した褐炭やおがくずまたは他のバイオマスの混合物が、適切である。

また、点火すること、および間接的な発火に基づいて発火をサポートすることは、無煙炭や未加工の褐炭の直接の主要な発火を伴う、蒸気発生器で用いられることが可能であり、ここでは、発火が安定していないにもかかわらず、特に蒸気発生器を、所望のように低い負荷で動作することができる。間接的な発火は、この場合、０．４ｋｇ（可燃性微粉）／ｋｇ（ガス）より高い負荷の微粉で実行されるのが適切である。

本発明の文脈において、および本発明に関連して、直接的な発火または直接的な発火システムは、粉砕機、特に石炭粉砕機での調整／粉砕後に、燃料は、大規模な蒸気発生器の炉内のバーナに直接供給されるものとして理解される。間接的な発火または間接的な発火システムは、粉砕機、および１つまたは複数の貯蔵容器やサイロでの調整／粉砕後の燃料の中間貯蔵を意味するものとして理解され、その後、必要とされる際に、要件にしたがって、できる限り遅く、そこから燃料がバーナに移送される。

原則的に、微粉の形態での燃料の燃焼は、火力発電所の蒸気発生器で用いられる。この目的のために、蒸気発生器は、微粉炭バーナ１２を備えている。微粉炭バーナ１２は、したがって、以下に記載の熱分解と燃焼プロセスを可能にする機能を実行する。

例えば微粉炭である、微粉の形態の固体燃料の燃焼は、その初期点火を必要とする。燃焼は、エネルギーが燃料中に存在する可燃成分の酸化によって放出されることを意味する。ただし、非常に具体的な条件を、燃料の点火のために満たさなければならない。これらの条件が満たされていない場合、燃料は着火せず、化学的にそれに結合されたエネルギーが放出されない。

燃料に固定された炭素の酸化は、多量の初期熱エネルギーを必要とするので、燃料の点火の際に、燃料に含まれる揮発性成分が、最初に点火される。それらが点火され得るようにするために、それらは、燃料微粉から気体の形で出現する必要がある。熱の影響下で、揮発性成分が燃料微粉から出現するので、酸化に必要な酸素と接触することになる。揮発性成分の気体状態への出現は、熱分解と呼ばれている。

連続的に実行される燃焼プロセスにおいては、個々の方法のステップに必要な熱は、発熱燃焼反応のエネルギーの放出から生じる。連続的な燃焼プロセスを開始するには、ただし、最初の熱エネルギーは、方法を扇動するためにソース（別のソース）から提供されなければならない。このため、これまでのところ、最初に気体または液体燃料を燃焼することが、慣例となっている。本発明により、微粉の形態の固体燃料の点火のための他の方法で必要とされる気体または液体燃料の燃焼の必要性を省く効果が得られる。

熱分解および燃焼プロセスの個々の方法のステップを、以下により詳細に説明する。

１． 燃料および酸素キャリアガスを供給するステップ
２． 滞留時間および燃料への熱伝達を可能にするステップ
３． 酸素を提供するステップ
４． 熱分解および燃焼プロセスを開始するステップ
４ａ． 燃料ノズルを加熱するステップ
４ｂ． プラズマバーナの使用
４ｃ． 他の熱源
５． 熱分解
６． 熱分解生成物の燃焼
７． 炭素の燃焼
８． 火炎の形成
１． 方法のステップ：燃料および酸素キャリアガスを供給するステップ
この目的のために、微粉の形態で調製された燃料が、燃料搬送ラインのキャリアガスを用いてバーナ１２に移送される。また、追加的なラインが、燃料中の揮発性成分と炭素の燃焼のために必要とされる量の酸素を提供するために、バーナ１２内に空気またはいくつか他の酸素キャリアガスを搬送する。燃料搬送ラインにおける燃料のキャリアガスは、酸素を含有していてもよい。キャリアガス中の燃料の濃度が、例えば、０．１〜１０ｋｇ（燃料）／ｋｇ（キャリアガス）であってもよい。燃料の搬送速度は、５〜３０ｍ／ｓの範囲にあってもよい。熱分解および燃焼プロセスは、バーナ１２の口部領域１３、すなわち、燃料と酸素キャリアガスを搬送するバーナ１２のパイプが蒸気発生器の炉内に開く場所で起こる。

２． 方法のステップ：滞留時間および燃料への熱伝達を可能にするステップ
また、バーナ１２は、燃料への熱伝達に必要な滞留時間、および熱分解の開始と実行を可能にする機能を実行する。滞留時間は、必要量の熱または燃料の温度、および熱伝達による燃料への火力発電作用に基づいている。これは、熱分解の要件および燃料の揮発性成分の酸化の開始に応じた熱の量または温度によって、バーナ１２で実現される。長い滞留時間は、したがって、十分な熱伝達を確実にする。これは、バーナ１２の構造設計によって強化され、その中で、利用可能かつ燃料に作用する火力発電が、熱分解の開始および熱分解生成物の燃焼に必要な燃料に熱を十分に伝達するような方法で、微粉の形態での燃料は、バーナ１２の口部領域１３の適切な地点で、またはその動きを減速、旋回または偏向させる付近で影響を受ける。バーナ１２で燃料の動きに影響を与えるために実現される構成要素は、燃料ノズル２または保炎器である。必要量の熱を、前述の適切な地点で提供する必要がある。同時に、滞留時間は、気体熱分解生成物の発火性混合物と酸素キャリアガスが熱分解によって生成されるように選択される。

３． 方法のステップ：酸素を提供するステップ
燃料微粉を搬送するキャリアガスは、熱分解生成物の酸化のために十分な量の酸素を既に含んでいてもよい。キャリアガス中の低酸素濃度を設定したり、キャリアガスとして不活性ガスを使用したりすることは、プロセス工学の観点から有効または必要とされるべきであり、バーナ１２は、代替的に、空気または他の酸素キャリアガスを供給するためのラインを有していてもよく、これにより、それらの口で気体の熱分解生成物の燃焼または燃料に含まれる炭素のその後の燃焼に必要な酸素を提供する。

４． 方法のステップ：熱分解および燃焼プロセスを開始するステップ
完全な熱分解および燃焼プロセスを開始するには、微粉の形での燃料の連続供給の開始時に、熱が燃料に伝達される必要がある。従来技術では、通常、気体または液体の補助燃料が、最初に電気的に点火され、すなわち、火花またはアークが、酸素キャリアガスおよび気体または液体燃料の発火性混合物に短時間で補助燃料の酸化を達成するのに十分な熱エネルギーを供給するために使用される。補助燃料の酸化または燃焼は、熱エネルギーを放出する効果を有し、これにより、送り込まれた液体または気体燃料の連続的な燃焼をもたらす。この燃焼により放出される熱エネルギーは、微粉の形態で燃料を点火するため、すなわち、初期熱分解および微粉の形態の燃料の点火をもたらすために、使用される。燃焼中に放出される熱の結果として微粉の形態での燃料の燃焼が独立して継続するため、微粉の形態での燃料が点火されて燃焼されるとすぐに、液体または気体の補助燃料の燃焼を終了させることができる。微粉の形態での燃料の点火のために、短時間の火花またはアークは、熱分解、すなわち、酸素キャリアを有する可燃性混合物を生成する目的での燃料からの揮発性成分の出現をもたらすのに十分ではない。

本発明は、このようにして、追加の液体または気体補助燃料の燃焼なしで、専ら電気的に、微粉の形態の燃料の揮発性成分の熱分解および燃焼に必要とされる量の熱を生成して提供する、方法および微粉炭バーナ１２を提供する。

５． 方法のステップ：熱分解
熱分解、すなわち微粉の形態の固体燃料からの揮発性成分の出現は、燃料に固定された炭素の酸化に必要とされる温度よりも低い温度で既に開始する。いわゆる熱分解温度は、この場合、微粉の形態での燃料の性質に依存し、実験的に決定され得る。十分な滞留時間があることが、燃料の揮発性成分の熱分解のために必要とされ、この滞留時間の間に、十分な量の熱を燃料中に導入することができ、これにより、初期熱分解の開始と実施のために必要な温度が達成されるような方法で、燃料を加熱することができる。このために少なくとも第１の熱源３’が設けられ、この熱源３’は、得られる滞留時間に適応されており、場合により追加的な熱源３によりサポートされる。初期熱分解をもたらすことができないように、不十分な滞留時間または不十分な量の熱が存在する場合、固体燃料の燃焼は行われない。

６． 方法のステップ：熱分解生成物の燃焼
燃料から発生する気体揮発性成分は、特定の条件の下で発火する。まず、燃焼のための十分な酸素が使用可能でなければならない。さらに、燃焼に適している酸素と可燃性物質の比率、すなわち、酸素キャリアガスおよび燃料から出現する揮発性成分の発火性混合物が、生成されなければならない。点火する混合物の能力は、発火限界の下限および上限を用いて説明される。発火限界は、酸素と可燃性物質の混合比であり、この範囲で、このような混合物は発火性である。したがって、発火性混合物が生成されるために、十分な量の揮発性成分が、燃料から最初に出現する必要がある。既に前述した滞留時間は、したがって、十分な量の揮発性成分が燃料から出現するように設定される。また、発火性混合物を生成するために、十分な燃料が提供される。これは、空気またはいくつかの他の酸素キャリアの供給が、出現する揮発性成分と酸素キャリアガスが発火性混合物を形成するように配置されることを意味する。また、混合物を点火するために、十分な温度を優先する必要があり、この温度まで加熱するための十分な滞留時間を可能にする必要があり、別の言い方をすれば、必要とされる熱伝達のための十分な滞留時間を可能にする必要がある。この場合、発熱酸化反応による熱エネルギーは、混合物の着火成功後に放出される。

７． 方法のステップ：炭素の燃焼
例えば空気である、酸素キャリアガスを含む反応混合物の燃焼により放出される熱エネルギー、および燃料から放出される揮発性成分は、燃焼の結果として得られる生成物の温度の上昇、および脱気した燃料へのさらなる熱伝達をもたらす。揮発性成分と脱気した燃料（残留コークス）の燃焼が、順に熱エネルギーを放出し、これにより、安定した、連続的な燃焼プロセスを生成することが可能になる。脱気した燃料の燃焼は、化学的拡散プロセスによって決定的に決定される。

８． 方法のステップ：火炎の形成
揮発性成分と残留コークスの燃焼により放出される熱エネルギーは、排ガス混合物の気体および固体成分、すなわち燃焼生成物の温度上昇をもたらす効果を有する。高温での燃料、微粉および煤煙粒子の結果として、輻射エネルギーは、熱放射の範囲内で、また可視光の範囲内で電磁放射によって周囲に放たれる。このようにして、最終的に可視火炎が生成される。ヘテロ構造の燃焼反応の気体生成物は、特定の波長範囲内の熱放射を放つので、輻射による熱伝達をもたらす。また、可視火炎内の高温の排ガスの再循環を、燃焼用空気または他の酸素キャリアの流れの巧妙な誘導によって達成することができる。その結果、燃焼の反応物に対流熱伝達がもたらされる。前述した輻射による熱伝達とともに、燃焼に連続的に供給される反応物、すなわち微粉の形態での燃料や燃料から出現する揮発性成分が、加熱される。このようにして、連続的に実行される燃焼が生成され、熱を取り込んだ結果として、供給される燃料が、脱気し、発火し、そして燃焼する。

熱分解および燃焼プロセスを開始するには、個々のプロセスのステップを開始するために必要な熱が、発熱燃焼反応以外のソースによって最初に提供されている必要がある。

したがって、熱分解および燃焼プロセスを開始するための、本発明の範囲内である方法のステップを以下に説明する。

方法のステップ４ａ：熱面での点火
燃料の熱分解および点火の方法のステップを開始するため、すなわち、揮発性成分の酸化の発熱反応の活性化エネルギーを提供するために必要な量の熱が、バーナ１２内のバーナ内部で、熱伝達のための滞留時間が十分である適切な表面に提供される。微粉の形態での燃料の初期熱分解および点火の開始と実行のために必要な、加熱するための滞留時間を、この場合、燃料を減速、旋回または偏向させる内部によって、構造的に達成することができる。これらの内部または表面は、歯付き安定化リング９または保炎器を有する燃料ノズル２であってもよい。

燃料は、燃料ノズル２および／または歯付き安定化リング９（保炎器とも称される）によって、その動きに影響されるので、個々の方法のステップのために必要な滞留時間を、この構成要素で実現することができる。したがって、この好適な表面で燃料に、上述の方法のステップのために必要な量の熱を伝達することも適切である。これを、２００℃を超える温度に電気的に加熱されている、燃料ノズル２および／または安定化リング９により行うことができる。燃料ノズル２または安定化リングの温度は、この場合、熱分解されて点火される燃料の特定の要件に基づいている。対流熱伝達、熱伝導、および熱放射によって、必要な上述の方法ステップを可能にするために十分な量の熱が、熱面から燃料に伝達される。燃料の着火成功後、すなわち、供給される燃料の連続的な燃焼の場合に、その後、個々の方法のステップのために必要な量の熱が、燃焼プロセス自体によって利用可能にされるため、燃料ノズル２および／または安定化リング９、および／またはバーナ１２の熱伝達面の加熱が終了する。これは、第１の点火源および／または熱源３’と追加的な点火源および／または熱源３を形成し、および／またはこれらと熱伝導するように機能的に接続されている、第１の加熱および／または点火装置１４’と、追加的な加熱および／または点火装置１４が、オフに切り替えられることを意味する。

方法のステップ４ｂ：プラズマバーナの使用
また、燃料の熱分解を達成し、熱分解生成物の酸化を活性化するため必要とされる量の熱が、プラズマバーナによって提供されてもよい。これは、燃料が十分な滞留時間を有する地点で行われるため、十分な熱を燃料に転送することができる。プラズマは特定の化学的および物理的特性を有するため、微粉の形態での固体燃料の点火のために、気体または液体燃料の燃焼を回避することを目的としたプラズマ火炎の使用は、単に熱を利用可能にするよりも優れている可能性がある。特定のラジカル、イオン、および電子であるような、プラズマ中に存在する電荷キャリアが、一般に燃焼と呼ばれる化学反応を開始することができるので、プラズマの形成は、微粉の形態の固体燃料の点火を開始するのに特に適している。燃料への十分な熱伝達を、ある量の熱の供給を必要とする上記の方法のステップのために達成するように、プラズマ火炎は、バーナ口付近の適当な地点でランスを用いて整列され、または、微粉の形態の燃料が、プラズマ中に存在する自由電荷キャリアと直接接触し、このため、燃焼が起こり得る。プラズマ火炎中で優勢の非常に高い温度のため、すなわちプラズマ中に存在する電荷キャリアが非常に高い運動エネルギーを有するため、燃料に適した熱伝達が行われ、熱分解および熱分解生成物の燃焼をもたらす。微粉の形態での燃料の成分との燃焼反応のための電荷キャリアは、当然、プラズマ中で利用可能である。個々の方法のステップについて上述した他の条件も同様に満たされている場合、このように燃料を点火し、燃焼することができる。燃料の点火がこのようにして実現されるとすぐに、燃料の点火は、燃焼により利用可能な熱で維持され、このため、プラズマの生成を再びオフに切り替えることができる。

燃料への適切な熱伝達を確実にするために、または燃料がプラズマ中に存在する電荷キャリアに直接接触するようにするために、別個の燃料搬送ランス内の燃料の主流から、形成されるプラズマ火炎に直接、部分的な流れを導入することが可能であり、このため、微粉の形態での燃料、すなわち揮発性成分および固定炭素の燃焼は、高温またはプラズマ中に存在する電荷キャリアの結果として直ちに起こり、一方で、酸素は、例えば火炎の燃料キャリアガスに提供される。このプラズマサポートの微粉炭火炎は微粉炭の燃焼をもたらし、ここで、熱放射は、プラズマ火炎と燃焼により放出されるエネルギーと燃焼反応物および生成物の得られた温度に対応する方法で、周囲に放たれる。この火炎からの輻射による熱伝達は、燃料の主流が、前述の方法のステップに対応する方法で、バーナで点火されることを可能にする。

プラズマ火炎中に微粉の形態でいくつかの他の固体の不燃性物質を導入することも可能であり、この材料は、温度の強い増加を受けて、その温度に対応する方法で熱放射を放つ。このような不燃性物質の粒子の火炎は、点火の個々の方法ステップが可能となるように、燃料の流れに熱を伝達するのに適している。

十分な量の熱エネルギーを利用可能にすることによる、熱分解および熱分解生成物の燃焼の方法のステップの扇動は、プラズマ火炎の場合、および燃料の部分的な流れによるプラズマサポートの微粉炭火炎や、さらに不燃性物質の粒子の火炎の場合にも、例えば加熱された燃料ノズルや加熱された保炎器である、他の熱源と組み合わされることも可能である。

方法のステップ４ｃ：他の熱源
加熱面およびプラズマの形成とは別に、いくつかの他の熱源を使用することも可能である。例えば、例えば空気である高温ガスを、少なくとも２００℃の温度で適当なランスを用いて適当な地点で導入することができ、このため、燃料への十分な熱伝達が、気体成分の熱分解を開始するために、伝導、放射、および対流によって生じる。高温ガスは、例えば電気的な加熱装置を用いて、加熱されてもよい。

輻射による燃料への熱伝達をサポートするには、高温ガス中に可燃性微粉や不燃性微粉を直接導入することが考えられる。

Claims (23)

1. 燃料パイプ（１）と、
   燃料ノズル（２）と、
   少なくとも１つの点火源および／または熱源（３’）と、
   酸素含有ガスおよび／または再循環された排ガスを移送するパイプ（７，１０）と
   を備えたバーナ、特に微粉炭バーナ（１２）であって、
   前記少なくとも１つの点火源および／または熱源（３’）が、前記バーナの内部に配置され、電気的な加熱および／または点火装置（１４’）として形成され、または、前記少なくとも１つの点火源および／または熱源（３’）が、前記バーナの内部に配置され、前記電気的な加熱および／または点火装置（１４’）を備え、
   前記電気的な加熱および／または点火装置（１４’）が、前記バーナの内部の初期熱分解および点火の開始と実行のために前記バーナ内で必要とされる量の熱エネルギーを、電流を熱エネルギーに変換することだけで、特に燃料点火部形成の領域内で生成および／または提供をする、バーナにおいて、
   歯付きリム（１５）を有する安定化リング（９）が、前記燃料ノズル（２）の口部領域（１３）に配置された前記電気的な加熱および／または点火装置（１４’）の構成部分であることを特徴とする、バーナ。
2. 歯付きの前記安定化リング（９）が、前記燃料パイプ（１）内に同心状に配置された前記パイプ（７，１０）の開口部の直前に距離を置いて、前記バーナの中央に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のバーナ。
3. 前記燃料ノズル（２）が、歯付きの前記安定化リング（９）が半径方向内側に向く態様で形成され、燃料移送断面（８）を移送される燃料微粉の流れまたは燃料の流れを取り込み、減速させ、偏向させるように形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のバーナ。
4. 前記燃料ノズル（２）および／または前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）が、電流が流れることができる少なくとも１つの電熱線（２０）および／または少なくとも１つの誘導加熱領域を有し、これにより、前記初期熱分解および点火の開始と実行のための前記バーナ内で必要とされる量の前記熱エネルギーが、それぞれ生成され提供されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバーナ。
5. 前記バーナが、該バーナの内部に表面（１６，１７，１８，１９）を有し、および／または前記電気的な加熱および／もしくは点火装置（１４’）が接触面を有し、または前記バーナおよび／もしくは前記電気的な加熱および／もしくは点火装置が、前記表面と熱伝導および／もしくは熱伝達するように機能的に接続され、前記バーナを始動する際に、前記表面が、前記初期熱分解および点火の実行のために十分な滞留時間を有する前記燃料パイプ（１）で移送された前記燃料と接触しまたは機能的に接続されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバーナ。
6. 前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）を有する前記燃料ノズル（２）と、熱伝導および／または熱伝達するように機能的に接続されている前記バーナの口部の前記燃料パイプ（１）の内部表面領域が、前記バーナの内部の前記表面（１６，１７，１８，１９）および／または前記接触面を形成することを特徴とする、請求項５に記載のバーナ。
7. 前記バーナの内部の前記表面（１６，１７，１８，１９）が、全体的にまたは部分的に、前記加熱および／または点火装置（１４’）の前記接触面の構成部分であることを特徴とする、請求項５または６に記載のバーナ。
8. 前記燃料ノズル（２）が、前記口部領域（１３）に、電熱線（２０）または抵抗線によって形成された複数の巻線を有し、これらの巻線が前記加熱および／または点火装置（１４’）を形成していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のバーナ。
9. 前記電熱線（２０）の前記巻線が、前記安定化リング（９）と前記歯付きリム（１５）を通って延びていることを特徴とする、請求項８に記載のバーナ。
10. 前記電熱線（２０）の前記巻線が、前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）に隣接した前記燃料ノズル（２）と前記燃料パイプ（１）の前記バーナの内部の前記表面領域（１６、１７、１８、１９）とを通って延びていることを特徴とする、請求項８または９に記載のバーナ。
11. 前記燃料ノズル（２）および／または前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）が、前記電気的な加熱および／または点火装置（１４’）を形成することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のバーナ。
12. 前記燃料ノズル（２）および／または前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）および／または前記バーナ内部の前記表面領域（１６、１７、１８、１９）が、少なくとも２００℃、特に４５０℃以上、好ましくは６００℃〜７００℃の温度に加熱可能であるように形成されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のバーナ。
13. 電流を熱エネルギーに変換する前記加熱および／または点火装置（１４’）と、アークを生成しまたは熱風を生成する追加的な加熱および／または点火装置（１４）との組み合わせを形成する点火源および／または熱源（３，３’）を特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のバーナ。
14. 前記追加的な電気的な加熱および／または点火装置（１４）が、プラズマバーナを備えまたは形成し、前記プラズマバーナが、特に、前記バーナ内部の前記表面（１６、１７、１８、１９）および／または前記接触面に向けられて、熱エネルギーを前記表面および／または前記移送燃料に伝達することを特徴とする、請求項１３に記載のバーナ。
15. 前記追加的な電気的な加熱および／または点火装置（１４）が、電気的な加熱装置を備えた熱風供給パイプを備えまたは形成し、前記バーナの内部の前記口部領域で前記バーナの内部の前記表面（１６、１７、１８、１９）および／または前記接触面および／または前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）に向けられて、熱エネルギーを前記表面および／または前記移送燃料に伝達することを特徴とする、請求項１３に記載のバーナ。
16. 前記電気的な加熱および／または点火装置（１４’）、および／または前記追加的な電気的な加熱および／または点火装置（１４）が、特に前記バーナの始動時に、最初に熱分解されて点火される前記燃料とは別に、さらなる追加の液体、気体、または固体燃料の使用なしでの、前記燃料点火部形成の前記領域での前記初期熱分解および点火の開始と実行のために前記バーナ内で必要とされる量の前記熱エネルギーを生成および／または提供することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のバーナ。
17. 前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）が、前記点火源および／または熱源（３’）の少なくとも一部であることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のバーナ。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載のバーナ、特に微粉炭バーナ（１２）によって、粒子の形態、特に微粉の形態で燃料を点火するための方法であって、
    前記燃料が、前記燃料ノズル（２）の前記領域で前記バーナ内に形成するその点火部に前記バーナ内で移送され、前記バーナの始動時に前記バーナ口（１３）に移送された前記燃料の初期熱分解および点火の開始と実行のために必要とされる量の前記熱エネルギーが、前記バーナおよび／または前記バーナ内に配置された少なくとも１つの点火源および／または熱源（３’）だけで、そこに移送された前記燃料内に導入され、前記熱源（３’）が、前記バーナ内で加熱および／または点火装置（１４’）の形態をとるか、このような前記バーナ内に配置された前記加熱および／または点火装置（１４’）を有して熱伝導および／または熱伝達するように機能的に接続され、
    前記必要量の熱エネルギーが、電流を熱エネルギーに変換するだけで、前記バーナ内部で生成および／または提供される、方法において、
    前記必要量の熱エネルギーが、前記燃料ノズル（２）の前記口部領域（１３）に配置され、その構成部分が歯付きリム（１５）を有する安定化リング（９）である加熱および／または点火装置（１４’）によって、前記バーナおよび／または前記移送燃料内に導入されることを特徴とする、方法。
19. 前記バーナを始動する際に、前記初期熱分解および点火の開始と実行のために前記バーナ内で必要とされる量の前記熱エネルギーが、最初に熱分解されて点火される前記燃料とは別に、さらなる追加の液体、気体、または固体燃料を使用することなく、生成されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
20. 前記初期熱分解および点火の開始と実行のために前記バーナ内で必要とされる量の前記熱エネルギーが、前記初期熱分解および点火の実行に十分な滞留時間を有する前記燃料流と接触しまたは機能的に接続された、前記バーナの前記バーナ内部の表面（１６、１７、１８、１９）で前記燃料内に導入され、および／または前記初期熱分解および点火を生成するために前記燃料内に前記必要量の熱エネルギーを導入するのに十分な滞留時間を有する前記バーナ内部の前記燃料と、接触しまたは機能的に接続された前記バーナ内部の前記加熱および／または点火装置（１４’）の接触面で前記燃料内に導入され、
    前記表面（１６、１７、１８、１９）および／または前記接触面が、前記燃料ノズル（２）および／または前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）によって形成されるか、または前記燃料ノズル（２）および／または前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）を備えることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の方法。
21. 前記燃料ノズル（２）および／または前記安定化リング（９）が、電流が流れることができる電熱線（２０）または誘導加熱領域を有し、これにより、前記初期熱分解および点火の開始と実行のために前記バーナ内で必要とされる量の前記熱エネルギーが、それぞれ生成され提供されることを特徴とする、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記バーナ内部の前記表面（１６、１７、１８、１９）および／または前記接触面および／または前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）および／または前記バーナ口の前記燃料パイプ（１）の内部表面領域が、２００℃以上、特に４５０℃以上、好ましくは６００℃〜７００℃の範囲の温度に、前記加熱および／または点火装置（１４，１４’）によって加熱されることを特徴とする、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記粒子の形態、特に前記微粉の形態での燃料が、０．１〜１０ｋｇ（燃料）／ｋｇ（キャリアガス）の濃度および／または５〜３０ｍ／ｓの移送速度で、前記バーナ内部の前記表面（１６、１７、１８、１９）および／または前記接触面および／または前記歯付きリム（１５）を有する前記安定化リング（９）および／または前記バーナ口の前記燃料パイプ（１）の前記内部表面領域上で、前記バーナ内に沿って搬送されることを特徴とする、請求項１８〜２２のいずれか一項に記載の方法。

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