JP2023523153A

JP2023523153A - バーナー内に燃料流分配手段を有するボイラの燃焼システム及び燃焼方法

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Publication number: JP2023523153A
Application number: JP2022560852A
Authority: JP
Inventors: ハイマン、ヤコブ; リスティッチ、ドラギシャ; オヴェルチュク、アンドレイ; ピメノフ、ワディム
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2023-06-02
Also published as: ZA202211076B; CN115516249A; US20230213185A1; WO2021209906A1; EP3896337A1; TW202140963A

Abstract

特に発電ボイラ用の燃焼システム及び方法が提供される。燃焼システム１は、少なくとも１つの燃料ノズル（４）を介して燃料と一次空気又はガスとの混合流（８）を燃焼室（６）に供給するバーナー（３、３’、３’’）と、少なくとも１つの燃料ノズル（４）に燃料と一次空気又はガスとの混合流（８）を案内するための少なくとも１つの燃料ノズル（４）と流体連通するダクト（１１、４７）と、少なくとも１つの燃料ノズル（４）の上流のダクト（１１、４７）内に配置されて燃料と一次空気又はガスとの流入混合流（８）を偏向するデフレクタ装置（２１）とを備える。デフレクタ装置（２１）は、ダクト（１１、４７）内に補助ガス（２３）を噴射して、燃料と一次空気又はガスとの流入混合流（８）をダクト（１１、４７）の中心から外側領域への方向に偏向させ、燃料ノズル（４）の外側領域（１７）における燃料と一次空気又はガスとの混合流（８）の濃度を増加させ、燃料ノズル（４）の中心部（１６）における燃料と一次空気又はガスとの混合流（８）の濃度を減少させる噴射手段（２２）を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼システムに関し、特に、バーナー内に燃料流分配手段を有する発電用ボイラの燃焼システム及びこのような燃焼システムを用いた燃焼方法に関する。

ボイラは、しばしば、瀝青炭（bituminous coal）、亜炭（lignite）、バイオマス等の固体燃料で燃焼されることができる炉を備えた燃焼システムを有する。このような燃焼システムは、通常、石炭等の固体燃料を粉砕するように配置されたミルと、粉砕された燃料を１つ以上のバーナーに供給するためのダクトとを備える。微粉砕された石炭及び空気（ガス）は、ボイラの燃焼室に供給され、点火されて、発電又は他の例えば工業用途のための蒸気を生成するために使用することができる高温煙道ガスを生成する。

粉砕燃料の代わりに、ガス燃料、例えば天然ガスのような他の燃料タイプもまた、ボイラにおける燃焼のために使用することができる。例えば、製油所ガスから得られる燃料ガス混合物も使用することが望ましい。製油所ガスは、原油の処理過程で発生する石油精製所の副生ガスである。製油所ガスは低発熱量であり、天然ガス及び／又は液化石油ガス（ＬＰＧ）と混合して炉に供給することができる。

一般に、化石燃料の燃焼工程では、窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの汚染物質が発生する。これらの汚染物質が大気中に排出されると、人や動物に健康被害をもたらし、環境に悪影響を与え、地球温暖化を促進する可能性がある。米国及びＥＵを含む世界中の排出基準は、ＮＯｘ、ＣＯ及びその他の汚染物質の許容排出制限を規制している。しかし、実際の排出レベルをさらに削減する必要がある。

ＮＯｘ排出量は火炎温度を下げることにより低減できるが、火炎温度を下げると火炎からの放射熱伝達が低下し、ボイラ効率が低下する。ボイラで使用されているＮＯｘ制御技術の中には、空気／燃料の混合パターンを変更して火炎温度を下げることによりＮＯｘレベルを低減するものがある。低い火炎温度と減少した混合強度は高いＣＯレベルをもたらす。高い火炎温度、密接な空気／燃料混合、及び燃料のほぼ完全な燃焼は、低ＣＯエミッションに不可欠である。高レベルのＣＯエミッションは、主に、不適切なバーナー設計又は燃焼条件（例えば、不適切な空燃比）による不完全燃焼に起因する。

動作条件により、その他の問題が発生する可能性がある。例えば、微粉炭燃焼バーナーにおいて、微粉炭ミルは、典型的には、全負荷範囲にわたってかなり一定の空気／ガス体積流量で動作する。低負荷では空燃比が低下し、微粉炭混合気が希薄になり着火しにくくなる。また、火炎を適切に安定させることが困難になり、火炎が吹き飛んだり、火炎が吹き戻ったり（ＢｌｏｗＢａｃｋ）することがある。これは、ボイラの燃焼室に供給される燃料の品質及び／又は分布パターン（distribution pattern）の不良によって悪化する可能性がある。

石炭、石油コークス、瀝青炭、亜炭、バイオマス等の微粉燃料と、製油所及びその他の廃棄物ガス等の広範な混合ガス燃料を含む、異なる種類及び品質の燃料を有するボイラ用の燃焼システムを、燃料の安全な着火及び燃焼、火炎の適切な安定化、並びに全負荷運転と部分負荷運転の全運転範囲でにわたるＮＯｘ及びＣＯ放出の低減を伴う高効率性能を確保しつつ、柔軟に使用することが望まれる。

微粉炭（ＰＣ：Pulverized Fuel）バーナーなどの微粉炭燃料（ＰＦ：Pulverized Coal）バーナーは、しばしば、バーナーノズル出口の断面を横切る微粉炭燃料の分布を変化させるために、バーナーのダクト内に突出する偏向器（デフレクタ：deflectors）、羽根車（インペラ：impellers）、キッカー（kickers）又は他の構造的特徴とともに設計され、作動する。粉砕された燃料を所望の方法でノズル出口にわたって分配することによって、ノズル出口の様々な領域において異なる燃料濃度及び空気対燃料比を提供することが可能であり、それによって、火炎安定化、燃料のバーンアウト及び放出物質レベルを含む燃焼プロセスに影響を与える。

米国特許第４６６９３９８号明細書欧州特許第３０２６３３８号明細書米国特許第６１２０２８１号明細書

ＵＳ４６６９３９８Ａは、消費される一次空気と二次空気との合計量が、粉砕燃料の燃焼に必要な理論空気量よりも少ないように構成された第１の粉砕燃料噴射区画と、一次空気と二次空気との合計量が、粉砕燃料の理論空気と実質的に等しいように構成された第２の粉砕燃料噴射区画と、炉内に補助空気を噴射するための補助空気区画とを備える粉砕燃料噴射装置を開示している。３つの区画は互いに近接して配置され、粉砕燃料の燃焼時のＮＯｘ生成を制御する。

ＥＰ３０２６３３８Ａ１は、ボイラ用の燃焼システム及び固体燃料の燃焼方法を開示している。燃焼システムは、燃料ノズルを介して燃料と一次空気の混合流をボイラの燃焼室に供給するバーナーを含む。燃料と一次空気の混合流は燃料を粉砕する粉砕機からダクトを介してバーナーに供給される。デフレクタとダイバータとからなる燃料濃縮器（fuel concentrator）をダクト内に配置して、燃料ノズルの中心に燃料と一次空気との混合流を集中させる。ノズル出口中央の燃料リッチ濃縮ジェットは燃料と一次空気の混合流のガス化を改善し、バーナーのＮＯｘ放出物質性能を改善し、着火と火炎安定性を改善すると説明する。

ＵＳ６１２０２８１Ａは接線燃焼（tangential firing）を利用した燃焼法を提案しており、石炭と一次空気の混合物を炉の隅にあるバーナーから炉の中心にある仮想の円に向かって排出する。空気は、同様に炉の隅に位置する空気ノズルから２つの流れで排出され、一方は燃料に対して燃焼をサポートするために炉の中心に向けられ、他方は、酸化性雰囲気を維持し、腐食及びスラグ発生（スラッギング）を最小限にするために炉の境界壁の内面に沿って向けられる。

本発明の目的は、上記のようにボイラ用に設計された従来技術の燃焼システム及び方法の欠点を除去又は少なくとも低減することである。特に、燃料の安全な着火及び燃焼、火炎の適切な安定化、並びに広範囲の運転範囲にわたるＮＯｘ及びＣＯ放出の低減を伴う高効率性能を提供しつつ、異なる種類及び品質の燃料で柔軟に使用することができる、ボイラでの使用に適した燃焼システム及び燃焼方法を提供することである。これは、燃焼システムの単純かつ低摩耗設計（low-wear design）を用いて達成されることが好ましい。

第１の態様によれば、本発明は、特にボイラ用の燃焼システムであって、少なくとも１つの燃料ノズルを介して燃料とガスの混合流を燃焼室に供給する少なくとも１つのバーナーと、燃料とガスの混合流を少なくとも１つの燃料ノズルに案内するための少なくとも１つの燃料ノズルと流体連通するダクトと、少なくとも１つの燃料ノズルの上流のダクト内に配置され、燃料とガスの流入する混合流を偏向する（デフレクトする）デフレクタ装置とを備える。デフレクタ装置は、ダクト内に補助ガスを噴射して、流入する燃料とガスとの混合流をダクトの中心から外側に向けて偏向する噴射手段を備える。

本発明は、従来の構造物的なデフレクタ（solid deflectors）、インペラ又はキッカーの代わりに、噴射手段から噴射される補助ガスの形態の流体を用いて、ダクトの中央部からダクト壁又は壁の近傍に流入する燃料及びガスの混合流を偏向する一種の「流体デフレクタ」を用いる。噴射された補助ガスは、燃料とガスの流入混合流に衝突し、それを周囲に拡散させて、バーナー又は燃料ノズル出口に明確な燃料リッチゾーン（燃焼が濃厚なゾーン）及び燃料リーンゾーン（燃焼が希薄なゾーン）を形成し、これが低ＮＯｘバーナーの典型的なセットアップを提供する。

本発明によれば、燃料リッチジェットを燃料ノズル出口の中心に集中させる従来の設計で使用される様々な手段とは対照的に、噴射手段は、燃料ノズルに対して配置され、燃料とガスの流入する混合流を偏向させて、燃料ノズルの外側領域における燃料とガスの混合流の濃度を増加させ、燃料ノズルの中央部又は中央部における燃料とガスの混合流の濃度を減少させるように構成される。これにより、燃焼室に入り、そこで燃焼される燃料の均質化された流れが改善される。

ここで言及されるガスは、燃焼室内での燃料との混合及び燃料と空気の混合物の燃焼に使用され得る任意の空気、ガス（高温又は低温のガス）又は空気とガスの混合物であり得ることに留意されたい。ガスは、本明細書では、一次空気又は一次空気及びガスとも交換可能に呼ばれる。ガスはまた、燃焼室内での燃焼から生じる再循環煙道ガスを含んでもよい。同様に、本明細書で言及される補助ガスは、本明細書に記載されるようにその機能を実行するのに適した任意の空気、ガス又は空気とガスの混合物であってもよい。補助ガスは、バーナーの一次空気又はガス又は二次空気供給から取り出されてもよく、少なくとも一部は、燃焼から生じて排出手段に再循環される再循環ガスであってもよい。これはまた、例えば、ボイラが補助ガスを供給するのに十分な一次空気及び／又は二次空気を有していない場合、又は石炭若しくはガス燃料が低い発熱量又は低い粉砕グレードを有し、追加の空気が有利な場合に、ファン又は送風機を用いて外部から取り出されて排出手段に押し出される新鮮な空気であってもよい。用語「空気」及び「ガス」は、本明細書では、説明及び理解を容易にするために、気体流体ストリームを区別するためにのみ使用される。

本発明の燃焼システムは、所望の任意の燃料を使用することができる。好ましい用途では、微粉炭、石油コークス、瀝青炭、亜炭、バイオマス等のような微粉炭燃料（ＰＦ：pulverized fuel）を使用することができる。燃料はまた、例えば精製所ガス又は他の廃棄物ガスから得られる燃料ガス混合物であってもよい。

ＰＦ燃焼バーナーでは、粉砕燃料は、ダクトに接続された粉砕機又はミルによって供給されてもよい。粉砕ミルは、全負荷範囲にわたって非常に一定な空気／ガス体積流量で作動することができる。次いで、本発明のデフレクタ装置は、増加したＰＦ燃料濃度をバーナー出口の外側領域に提供し、かくして、特にバーナーの低負荷運転領域において、火炎の安定化及び点火を支援する。

本発明の好ましい実施形態では、噴射手段は、補助ガスを受け入れて、燃料とガスの混合流の流れ方向に対して、又は少なくとも斜め（oblique angle）に、補助ガスを噴射するように構成された補助ガスノズルを含むことができる。すなわち。前記噴射された補助ガスは、燃料とガスとの混合流の流れ方向とは逆方向の少なくとも対向流方向成分（counter flow direction component）を有する。このようにして、燃料及びガス混合物を効率的に偏向させ、所望に応じてダクトの側面に分配することができる。補助ガスノズルはまた、燃料の流入流に旋回運動（渦運動：swirl motion）を誘起するように斜めに方向付けられ（obliquely oriented）てもよい。

特に好ましい実施形態では、補助ガスノズルは、噴射された補助ガスのジェットが反対方向の燃料とガスの流入混合流に衝突するように、燃料とガスの混合流の流れ方向とは反対方向に向けられたノズル出口を有する対向流ノズルであってもよい。燃料ノズル出口のすべての外側部分における燃料及びガス混合物の均一な偏向及び分布が達成され得る。

補助ガスノズル、特に対向流ノズルを、燃料ノズルに直接接続されたダクトの水平ダクト部分、特にダクト曲率なしで存在する最後のダクトエルボの真下（straight downstream of a last duct elbow）を通るダクト部分に設置することが有利であり得る。さらに、補助ガスノズルは、ダクト部分の水平中心線上、すなわちバーナー中心軸上に配置されてもよい。これにより、ノズル出口で得られる燃料分配パターンを高度に制御することができる。

補助ガスノズル、特に向流ノズルのいかなる構成においても、ノズルを介して主燃料流とは少なくとも部分的に反対方向に補助ガスを噴射することにより、燃料流の外層を濃厚にすること、すなわち、バーナー出口の外側部分の燃料濃度を増加させ、バーナー出口の中間部分の燃料濃度を減少させ、断面にわたって燃料流を均質化することができる。これにより、バーナーの着火性能が向上し、有効着火面積が大きく、低負荷運転範囲にあり、ＮＯｘ及びＣＯの排出が少ないバーナーが得られる。低ＮＯｘ放出物質レベルは、内炎（inner flame）中の還元雰囲気（reducing atmosphere）を達成し、揮発性物質やチャー（ｃｈａｒ）などの物質を還元することにより効果的なＮＯｘ低減をもたらし、この領域における燃料濃度の増加により点火領域の外炎中の高酸素レベル領域を減少させる。補助ガスノズルは、構造的なデフレクタ、羽根車等のような燃料とガスの混合流を受ける摩耗部品を含まないため、メンテナンスの必要が少ない。バーナーハードウェアの浸食と摩耗は、大幅にまたは、最小限に抑えることができる。

コア空気を使用する亜炭バーナー（lignite burners）の場合、コア空気の一部をリダイレクトして使用し、コア空気のこの部分を対向流としてダクトに注入することが可能である。既存の亜炭低ＮＯｘバーナー（existing lignite low-NOx burners）のマイナーチェンジのみが必要となる。

上記のいずれかの実施形態の燃焼システムは、噴射手段、特に補助ガスノズル出口から噴射される補助ガスの出口速度を変化させるように構成された手段をさらに備えることができる。例えば、燃焼システムの制御装置は、補助ガスノズルに接続された供給ライン内の流量調整弁を調整することができる。加えて、又は代替として、噴射手段、特に補助ガスノズルは、噴射される補助ガスの速度を調整するために補助ガスノズルの流れ断面を変化させるように構成された絞り手段を含んでもよい。換言すれば、噴射手段又は噴射ノズルは、断面の大きさを変化させることができ、それによって噴射される補助ガスの速度に影響を与えることができるように、可変開口を有してもよい。いくつかの実施形態では、速度を調整可能又は制御可能な追加のガス送風機又はファンを設けて、補助ガスの出口速度を変化させることができる。

有利なことに、注入される補助ガスの速度を変えることは、従来のシステムにおける流体デフレクタ又は固体偏向器（構造的なデフレクタ：solid deflector）、インペラ又はキッカーの位置及びサイズを変えるのと同じ効果を達成することができる。対向流噴射補助ガスの速度は、燃料とガスの流入混合流に対する障害物のサイズと位置を決定する。これにより、石炭粒子又は混合ガス燃料流が燃料ガス流の中心から外部にどの程度効率的に偏向されるかの制御が容易になる。このように、燃焼システムは、粉砕燃料の異なる程度の粉砕及び／又は乾燥を含む燃料の異なるタイプ及び品質を容易に考慮するように適合することができ、補助ガス流量調整に関する柔軟性はまた、異なるバーナー動作条件に容易に反応（ｒｅａｃｔ）することを可能にする。

上述した燃焼システムのいずれかの実施形態のさらなる構成において、噴射手段、特に補助ガスノズルは、空間におけるその方向に関して調整可能に配置されてもよく、その結果、噴射又は排出角度は、３つの直交軸Ｘ、Ｙ、及びＺのうちの少なくとも２つに対して、必要に応じて変更又は調整されてもよい。このような構成において、噴射される補助ガスの速度及び旋回数の一方または両方は、バーナー動作（オンライン）中であっても、燃料タイプ及び動作モード、例えば、部分負荷動作に応じて、必要に応じて調整することができる。必要に応じて、追加のガス送風機又はファンを使用してもよい。

上述した補助ガスノズル、特に対向流ノズルを含む任意の実施形態はさらに、補助ガスノズルに補助ガスを供給する供給ラインの上流及びその近傍のダクト内に配置され、燃料及びガスの流入混合流から供給ラインを侵食及び摩耗に対して遮蔽する遮蔽装置（シールド装置）を含むことができる。シールド装置は、例えば、半円筒形のシェル又はプレートの形態であってもよく、耐摩耗性材料で作られてもよい。

いくつかの有利な実施形態では、燃焼システムは、前方、すなわち補助ガスノズル出口の上流に配置され、排出された補助ガスをダクトの側面に拡散させるために補助ガスノズル出口の方向に面する凹面を有するバッフル手段をさらに含むことができる。バッフル手段は、好ましくは、排出された補助ガスをダクトを囲むダクト壁に向かって外側に向かって均一に分配するように皿状又はボウル状にすることができる。対向流ノズルの偏向効果を高めることができる。

これまでに説明した燃焼システムは、任意の形状又はサイズのバーナー及びダクトを有することができる。例えば、ダクトは円形又は矩形の断面を持つことができる。いくつかの特定のタイプの燃焼システムにおいて、バーナーは、燃焼室に燃料とガスの混合流を供給するための管状の一次ダクトと、一次ダクトの下流端部が燃料ノズルを画定するように一次ダクトに同心円状に配置され、二次空気（又はガス）を燃焼室の燃焼ゾーンに供給するための少なくとも管状の二次ダクトとを含む丸バーナーとすることができる。バーナーは、第３の空気（又はガス）を燃焼室の燃焼ゾーンに供給するために、第２のダクトに同心円状に配置された管状の第３のダクトを任意にさらに有してもよい。デフレクタ装置は、主ダクトの外側領域に向かって燃料とガスの流入混合流を偏向させ、主ダクトの長手方向軸線の周りで燃料とガスの混合流の旋回運動を誘起するような方向に、補助ガスをダクトに供給してダクト内に排出するように配置された旋回管を含むことができる。

旋回管は、ダクトの中央から入ってくる燃料とガスの混合流をダクト内で外側に偏向させ、同時に燃料とガスの混合流を旋回させて混合を改善し、燃料ノズル出口の外側領域の燃料リッチゾーンと燃料ノズル出口の中央の燃料リーンゾーンとの好ましい燃料分布を生成して、安定した火炎、燃料の強化されたアウトバーン（enhanced outburn）、及び低ＮＯｘ及びＣＯ放出物質レベルを有する燃焼ゾーン内の大きな火球（large fire ball）を達成することを可能にする。

いくつかの実施形態では、円形バーナーは、燃焼室に補助コア空気を供給するための一次ダクト内の円形バーナーの中心に配置されたコア管をさらに備えてもよく、旋回管は、コア管の周囲に配置され、追加管の下流端でそれに対して密閉（シール）された追加の管（追加管）であってもよい。追加の管は、追加の管の壁を貫通して、追加の管の長手方向及び長手方向に垂直な平面に対して角度をなして延びる細長い傾斜スロットを有することができ、細長い貫通スロットは、バーナーの出口との距離において密閉された下流端に近接して配置される。

他の実施形態では、旋回管は、主ダクト内の円形バーナーの中心に配置され、閉鎖された下流端部を有する閉鎖管であってもよい。閉鎖管は、閉鎖管の壁を貫通して、閉鎖管の長手方向及び長手方向に垂直な平面に対して角度をなして延びる細長い傾斜スロットを有してもよく、ここで、細長い貫通スロットは、バーナーの出口との距離において閉鎖下流端に近接して配置される。

前述の実施形態のいずれにおいても、補助ガスは、追加の管（チューブ）及び閉鎖管にそれぞれ供給され、これらの管（チューブ）を通って流れ、貫通スロット又は切欠部を通って主ダクト内に出てもよい。貫通スロットは角度をなして配置されているので、排出された補助ガスに一種のねじれ又は旋回を生じさせ、燃料粒子又は混合ガス燃料流はこの旋回ガスによってガス及び燃料ダクトの外側領域に偏向される。旋回管は非金属であってもよく、圧力の損失及び摩耗を低減することができるように、主ダクト内に突出するいかなる羽根車又は他の手段も含まない。

別の態様によれば、燃焼方法が提供される。少なくとも１つのバーナーによる燃料とガスの混合流を、少なくとも１つの燃料ノズルを介してダクトを介して燃焼室に供給し、ダクト内の燃料とガスの流入混合流を、噴射手段を用いて偏向させることを特徴とする方法であって、噴射手段は、ダクト内に補助ガスを噴射して、ダクトの中心から外側領域への方向に燃料とガスの流入混合流を偏向させ、燃料ノズルの外側領域における燃料とガスの混合流の濃度を増加させ、燃料ノズルの中央部又は中央部における燃料とガスの混合流の濃度を減少させる。

本発明の燃焼方法は、前述したいずれかの実施形態の燃焼システムを用いて実施することができ、同様の効果を得ることができる。繰り返しを避けるために、本発明の燃焼システムの実施形態及びそれらの利点の上記の説明が一般的に参照され、それらは本発明の方法に等しく適用される。

本方法のいくつかの実施形態では、ダクト内の燃料とガスの流入混合流を偏向させることは、補助ガスノズル、好ましくは、補助ガスを受け、燃料とガスの混合流の流れ方向に対して、又は少なくとも斜角で、対向流方向に補助ガスを注入する対向流ノズルを使用して、有利に実施することができる。

この方法の他の実施形態では、ダクト内の燃料とガスの流入混合流を偏向させることは、ダクト内に配置され、一次ダクトの外側領域に向かって燃料とガスの流入混合流を偏向させ、一次ダクトの縦軸の周りに燃料とガスの混合流の旋回運動を誘起するような方向に傾斜したスロットを通して補助ガスをダクト内に排出するように構成された旋回管を使用して実施することができる。

本発明の有利な実施形態のさらなる詳細は、従属する特許請求の範囲、図面及び関連する詳細な説明から引用することができる。以下、本発明を図面を参照してより詳細に説明するが、図面は、本発明の例示的な実施形態を示しており、本発明は、いかなる意味でも限定されず、同一要素を指定するために全ての図において同一参照番号が使用されている。図面では、次のようになっている。

図１は、本発明の例示的な実施形態による対向流ノズルを含む燃焼システムの簡略化された斜視図である。図２は、図１に示す燃焼システムの側面図である。図３は、本発明の例示的な実施形態による、燃料ノズルの上下に２つの燃料ノズル及び二次空気ノズルを有するバーナーの出口の正面図である。図４は、図１から図３に示す燃焼システムの上面図である。図５は、図に示される燃焼システムの燃料ノズルの１つの概略側面図である。図１から図４は、本発明の一実施形態による燃焼システムの動作を示すために、燃焼室内の混合燃料及びガスの流れ、並びにその結果として生じる火炎を示す。図６は、本発明の別の例示的な実施形態による、燃焼システムのデフレクタ装置の変形を含む燃焼システムの上面図である。図７は、混合燃料とガスの流れを示す図６の燃焼システムの拡大概略断面図である。図８は、本発明の別の例示的な実施形態による円形バーナー及び旋回管を含む燃焼システムの側面図である。図９は、図８に示される円形バーナーに使用される旋回管を簡略化して拡大した図である。図１０は、本発明の別の例示的な実施形態による、燃焼システム及び旋回管を含む別の種類の円形バーナーの側面図である。図１１は、図１０に示される円型バーナーで使用されるコア空気管とスワール管との組み合わせの部分側面図であり、簡略化された拡大図である。図１２は、本発明の例示的実施形態によるバーナーの接線方向配列を有するボイラの上面図である。図１３は、本発明の例示的な実施形態による、燃料旋回方向を示すバーナーの前面の火災配置を有するボイラの正面図である。

図１は、例えば、本発明の例示的な実施形態による、発電用のボイラ２（図１には示されていないが、図５には示されている）と共に使用するための燃焼システム１の側面図を示す。図２、図３、図４は、図１の燃焼システム１の側面図、正面図、上面図を示す。図１と図５は、ボイラ２に配置された燃焼システム１の動作を示す部分概略図である。図示の例示的な実施形態では、燃焼システム１は、少なくとも１つ、この場合は２つの燃料ノズル４を自由端に含む１つのバーナー３を含み、少なくとも１つの燃料ノズル４を介してボイラ２の燃焼室６（図２及び図５で示される。）に燃料とガスの混合流を供給する。バーナー３は、ダクトシステム７を介して燃料源（図示せず）に接続されている。好適な用途では、バーナー３は、石炭、コークス、亜炭、バイオマスなどの固体燃料を必要な仕上げに粉砕し、粉砕燃料とガスの混合流８をダクトシステム７を介してバーナー３に、さらに燃料ノズル４に供給するように構成された粉砕機又はミル（図示せず）に接続されてもよい。燃焼システム１は、特に、褐炭燃焼システム１としての使用に適している。

一方、図に示す燃焼システム１は図１～図４は、粉砕燃料とガスとの混合流８を燃料ノズル４に供給して燃焼室６内に供給するために粉砕燃料バーナー３を含むものとして図示され説明されており、燃焼システム１は、任意の所望の燃料と共に使用することができ、特に、例えば、精製ガス又は他の可燃性廃棄ガスから得られる燃料ガス混合物を使用することもできる。微粉炭などの微粉炭燃料（ＰＦ）に関する説明は、他の種類の燃料、特に精製ガスからの燃料ガス混合物にも適用するものとする。

さらに、図１から図４に示す燃焼システムが、１つのバーナー３と２つの燃料ノズルとを含み、燃焼システムは、任意の数の１つ、２つ、３つ以上のバーナー３及び／又は燃料ノズル４を含むことができる。

図１から図４を再び参照すると、ダクトシステム７は、本例では、第１のダクト部分９を含み、これは、動作状態において、図に示されるように、垂直ダクト部分９であり、システム用の共通ダクトである。バーナー３の下流部分と、図に示すように、動作状態では、対応するエルボ１２を介して第１の垂直ダクト部分９に流体接続され、また、に流体接続される水平ダクト部分である第２ダクト部分１１と、燃焼システム１はまた、個々のバーナー３ごとに別個の第１の垂直ダクト部分９を有してもよい。ダクト部分９および１１は、それぞれ、例えば長方形の断面を有してもよい。

特に図３を参照すると、２つの燃料ノズル４および二次空気ノズル１４を含むバーナー３の出口１３の正面図が簡略図で示されている。各燃料ノズル４は、各燃料ノズル４の中央または中央に配置された中央ノズルセクション１６と、中央ノズルセクション１６を取り囲むように配置された周辺ノズルセクション１７とに細分される。セクション１７は、中央ノズルセクション１６の各コーナーおよびその周りに配置される。

二次空気ノズル１４は、各燃料ノズル４の上下に配置され、例えばボイラ２の燃焼室６内に二次空気１５を噴射することにより、燃焼室６内の燃料とガスとの混合流８を安定して燃焼させる。二次ノズル１４の軸線Ｃ（図５参照）は、燃料ノズル４の軸線Ｂと平行である。燃料ノズル４は、ノズル出口１３の周辺ノズル部分１７と流体連通している周辺燃料ノズルチャネル１８と、ノズル出口１３の中心ノズル部分１６と流体連通しているコア空気管１９とを有してもよい。

もう一度図１、２、及び４を参照する。各図に示すように、例示的な実施形態の燃焼システム１は、燃料ノズル４に供給される前に燃料とガスの流入混合流８を偏向するために、ダクトシステム７の水平ダクト部分１１（後に単にダクト１１とも呼ばれる）を、対応するエルボ１２の下流で、対応する燃料ノズル４の上流に、毎秒内に配置されるデフレクタ装置２１を含む。デフレクタ装置２１は、ダクト１１の中心から外側に向かって流入する燃料とガスの混合流８を偏向するように、ダクト１１内に補助ガス２３を噴出する噴出手段２２を備える。

図１～５に示される例示的な実施形態において、噴射手段２２は、補助ガス２３を受け入れて、燃料とガスの流入混合流８の流れ方向２６に対して少なくとも斜めの方向に補助ガス２３を噴射するように構成された補助ガスノズル２４を備える。特に、補助ガスノズル２４は、噴射された補助ガス２３のジェットが反対方向の燃料とガスの流入混合流８に衝突するように、燃料とガスの上流方向、すなわち流れ方向２６と反対方向に向けられたノズル出口２７を有する対向流ノズルであってもよい。その結果、流入する燃料及びガス混合物８は、ダクト１１の側部又はダクト壁２８に均一に偏向されて外側に分布され、燃料ノズル４の外側領域又は周辺ノズル部１７における燃料及びガスの混合流８の濃度を増加させ、燃料ノズル４の中央領域又は中央部１６における燃料及びガス混合物８の濃度を減少させる。これにより、燃焼室６内での点火及び燃焼を改善するための燃料の流れの所望の分布が得られる。

図１と図４に見られるように、例えば、補助ガスノズル（副流ノズル）２４に流体連通して供給ライン２９が設けられ、補助ガスノズル２４に補助ガス２３を供給する。図示の例では、供給ライン２９は、バーナー３の側壁を通って延びているが、ダクト１１のダクト壁２８のいずれかを通って設けられてもよい。供給ライン２９によって供給される補助ガス２３は、本発明の偏向機能を実行するために利用可能で適切な任意の空気、ガス又は空気とガスの混合物であってよい。特に、バーナー３のガス又は二次空気供給から補助ガス２３をタップしてもよい。また、燃焼室６内で生成され、戻され、追加の空気又はガスと混合され、供給ライン２９に供給される再循環ガス（図示せず）の少なくとも一部を含んでもよい。ボイラー２内に十分な一次空気及び／又は二次空気が得られない場合には、外気から新鮮な空気を取り入れ、送風機又はファンを介して供給ライン２９に供給することができる。特に粉砕燃料の粉砕グレードが低い場合や、粉砕燃料又は燃料ガス混合物の発熱量が低い場合には、新鮮な空気を使用又は添加することで燃料の燃焼を促進することができる。

引き続き図１及び図４を参照し、シールド装置３１をダクト１１内に配置して、フィードライン２９の浸食及び摩耗を防止するために、フィードライン２９のうち、ダクト１１内を流れる部分の前、すなわち上流に配置して、燃料及びガスの流入混合流８からフィールドライン２９をシールド（遮蔽）することができる。シールド装置３１は、例えば、供給ライン２９に近接して配置され、供給ライン２９の側面を部分的に包囲する半円筒状のシェル又はプレートの形態であってもよい。シールド装置３１は、耐摩耗性材料、例えば、鋼、合金又は耐摩耗性プラスチック材料から作られる。遮蔽されたフィードライン２９は、プラスチック材料を含む任意の材料から製造することができる。シールド装置３１は、必要がなければ省略してもよい。

以上説明した燃焼システム１の動作について、図５を用いてさらに詳細に説明する。図５は、図の燃焼システム１の切欠部を示す。図１から図４は、分かりやすくするために、バーナー３の一部と、垂直ダクト部９と水平ダクト部１１と、バーナー３の自由端の燃料ノズル４と、燃料ノズル４の上下に配置された２つの二次ノズル１４とを含むダクトシステム７の一部のみを示している。縦軸Ａは、燃料ノズル４の出口１３が位置するボイラ２の燃焼室６の外側境界又は壁を示す。ダクトシステム７を介して燃料とガスの混合流８が供給される。燃料は、粉砕された燃料、特に粉砕された石炭、又は例えば精製ガス又は廃棄ガスを含む燃料ガス混合物であってもよい。燃料とガスの混合流８は、垂直ダクト部９を介して供給され、エルボ１２内を垂直上昇流方向から水平流方向２６に向けて燃料ノズル４に向けて旋回する。燃料とガスの混合流８がデフレクタ装置２１の近傍に達すると、それは偏向装置２１によってダクト１１の側面又はダクト壁２８に偏向される。

具体的には、副流ノズル２４のノズル出口２７からは、ダクト１１の中心部における燃料とガスの混合流８の流れ方向２６とほぼ逆の流れ方向に副流ガス２３が排出される。噴射された補助ガス２３が燃料とガスの流入混合流８に衝突すると、それは混合流８を外側、すなわちダクト１１の上方、下方及び側面に効果的に偏向させ、混合流８を偏向装置２１の周りに流すように作用する。これは、流体、すなわち補助ガス２３のみによって達成され、ダクト１１内に固体偏向器（構造的なデフレクタ）、キッカー又はインペラ（羽根車）を必要としない。

排出される補助ガス２３の速度は、ダクト１１内の対向流ノズル２４の位置及び燃料ノズル４の出口１３に対する位置、供給ライン２９及び対向流ノズル２４の供給能力、使用される燃料の種類及び品質、並びに燃料リッチジェット３２（燃料濃厚ジェット）がダクト１１の外側領域に集中して燃料ノズル４の外側領域又は周辺ノズル部１７に達する一方で、燃料とガスの混合流の減少した濃度、すなわち燃料リーンジェット３３（燃料希薄ジェット）が対向流ノズル２４の周りを流れて燃料ノズル４の中心ノズル部１６に達するような運転条件に基づいて選択することができる。これは、燃焼室６への入口における燃料ノズル出口１３での有利な燃料分布を提供し、これは、燃焼室６内の燃料の点火、燃焼及びバーンアウトを大幅に強化し、燃焼室６内に大きな、拡張した安定した火炎３４を提供する。

図５に見られるように、燃料ノズル４の中心ノズル部１６の略下流側において、周辺ノズル部１７から燃焼室６内に実質的に流入する分流する上下の燃料ガス流の間に着火安定領域としての低圧力ゾーン３６が形成されている。ガス及び燃料粒子は、燃料リッチジェット３２を含む上部燃料ガス流３７の下部及び燃料リッチジェット３２を含む下部燃料ガス流３８の上部から低圧力領域３６に吸引され、着火される。点火中に形成された高温燃焼生成物の一部が、図中の循環矢印３９で示されるように、この低圧力点火安定ゾーン３６内で循環されるので、点火が安定する。これにより、上部及び下部燃料ガス流３７、３８から領域３６内に引き込まれる燃料粒子に点火するために必要な点火エネルギーが提供される。点火安定ゾーン３６内の燃料ガス比が増加し、点火を開始するのに必要なエネルギー量が減少するので、安定した点火がさらに促進される。

これにより、燃焼システム１は、バーナー３の着火性能の向上、有効着火面積の拡大、低負荷運転範囲での低ＮＯｘ、低ＣＯ排出を実現する。低ＮＯｘ放出物質レベルは、内部火炎、すなわち低圧力ゾーン３６における還元雰囲気によって達成され、この領域における揮発性物質、チャー又は他の燃料粒子の還元による効果的なＮＯｘ還元をもたらす。ＮＯｘ放出物質レベルは、点火領域の外側火炎、すなわち図５中のゾーン３７、３８内の高酸素レベル領域の減少によりさらに減少する。燃料粒子が広く分布した大きな着火領域は、火炎３４内の燃料の完全な燃焼を促進し、これによりＣＯ放出をさらに低減する。バーナー３は、ダクト１１内に燃料とガスの混合流を受ける構造的なデフレクタ（固体偏向器：solid deflectors）等の摩耗部を含まないため、メンテナンス性が低い。また、バーナー３のハードウエアの浸食や摩耗を極力抑えることができる。

燃焼システム１は、種々の態様で変更することができる。例えば、図５に示すように、二次空気ノズル１４は、燃焼室６への二次空気１５の噴射角度の調整を可能にするために、燃料ノズル４の軸線Ｂに対して一定の角度で傾斜させてもよく、好ましくは傾斜可能に配置されてもよい。二次空気傾斜は、火炎３４及び燃焼のさらなる制御を可能にする。

さらなる任意の修正を図４に示す。図から分かるように、燃焼システム１は、噴射手段２２、特に対向流ノズル２４のノズル出口２７から噴射される補助ガス２３の出口速度を変化させるように構成された手段を含むことができる。例示的な一実施形態では、流量調整弁４０は、供給ライン２９と流体連通して配置され、燃焼システム１の制御装置（図示せず）によって制御されて、供給ライン２９を介して対向流ノズル２４に供給される補助ガス２３の流量及び速度を調整することができる。

代替として、例えば、ガス供給源からのガス又は外部からの新鮮な空気を吸引し、それを補助ガス２３として供給ライン２９に供給するために、ガス送風機又はファン４１を設けてもよい。ガス送風機又はファン４１は、ガス送風機又はファン４１の速度を調節又は制御することによって補助ガス２３の出口速度を変化させることを可能にするために、速度を調節可能であり、好ましい実施形態では、動作中に速度を制御可能である。

代替として又は追加して使用することができる別の実施形態では、燃焼システム１は、噴射される補助ガス２３の速度を調整するために補助ガスノズル２４の流れ断面を変更するように構成されたスロットル手段４２を含むことができる。補助ガスノズル２４は、例えば、作動中に制御装置（図示せず）によって制御される可変開口を有してもよく、これにより、注入される補助ガス２３の断面サイズ、ひいては速度が変化する。

これらのすべての実施形態において、注入される補助ガス２３の速度を変化させることは、従来のシステムにおける偏向装置２１又は任意の構造的なデフレクタ（固体偏向器：solid deflectors）、インペラ又はキッカーの位置及びサイズを変化させるのと同じ効果を達成することができる。逆流噴射補助ガス２３の速度は、燃料とガスの流入混合流８に与えられる障害物の大きさ及び位置を決定する。これにより、燃料粒子又は混合ガス燃料流が燃料ガス流８の中心から外部にどの程度効率的に偏向するかを容易に制御することができる。従って、燃焼システム１は、粉砕された燃料の異なる程度の粉砕及び／又は乾燥を含む、燃料の異なるタイプ及び品質を容易に考慮するように適合され得る。例えば、噴射された補助ガス２３の速度は、より大きな燃料粒子サイズ及び／又はより高い乾燥度の比率を増加させた燃料に対して増加させて、燃料を効果的に外側に偏向及び分配するためのより大きな運動量を提供することができる。噴射された補助ガス２３の速度は、小さな燃料粒径の増加した分率を有する高度の粉砕を有する燃料、及び偏向のためにより低い運動量を必要とする粉砕燃料を含まない燃料ガス混合物に対して調整することによって減少させることができる。

噴射される補助ガス２３の速度は、バーナー動作条件に応じて調整され得る。この速度は、ガス燃料比の低い粉砕燃料を粉砕機やミルでバーナー３に供給する場合には、全負荷運転時には大きくしてもよく、粉砕機のガス燃料比を大きくする場合には、部分負荷運転時には小さくしてもよい。これは、種々のバーナー動作条件に反応する点火、燃焼及び汚染物質放出物質レベルの補助ガス２３の流量調整及び最適化に関してさらなる柔軟性を提供する。

さらなる変更として、上述した燃焼システム１の実施形態のいずれにおいても、噴射手段２２、特に補助ガスノズル２４は、空間におけるその方向に関して調整可能に配置されてもよい。特に、噴射された補助ガスノズル２４は、ノズル出口２７及び噴射又は排出角度が、図４に示されるように、３つの直交軸Ｘ、Ｙ及びＺのうちの少なくとも２つに対して、必要に応じて変更又は調整され得るように、調整可能に配置され得る。特に、燃料ノズル４の軸Ｂに垂直なＹ-Ｚ平面におけるノズル出口２７の調整は、燃料とガスの流入混合流８の偏向を所望の方向に調整するのに有利である。エルボ１２により、燃料とガスの流入混合流８がダクト１１の上部領域に集中し、混合流８の一部をダクト壁２８の底部に向かって下方に偏向することが望ましい。また、ボイラー条件によっては、燃料ガスの混合流８をダクト１１の側面に偏向させることが望ましい場合もある。さらに、ダクト１１の両側に上方に傾斜したノズル出口２７は、燃料とガスの混合流８内に旋回運動をさらに誘導することができる。燃料ノズル出口２７を出る旋回混合流８は、燃焼室６内の燃料の分配、着火及び燃焼をさらに改善することができる。

燃焼システム１の別の任意の実施形態を図６及び図７に示す。図６及び図７はバーナー３の拡大切欠部を示す。本実施形態では、燃焼システム１は、補助ガスノズル２４のノズル出口２７の前方すなわち上流に配置されたバッフル手段４３をさらに備えてもよい。バッフル手段４３は、皿状又はボウル状であってよく、補助ガスノズル出口２７の方向に面する凹面４４を含む。

図７の詳細図から分かるように、バッフル手段４３の凹面２４は、作動中に、排出された補助ガス２３を、図７の中の矢印４６で示されるように、ダクト１１のダクト壁２８に向かって外側に広げるように作用する。そして、拡散補助ガス４６は、デフレクタ装置２１の周囲を流れる燃料とガスとの混合流８に衝突し、バッフル手段４３によって既に偏向されている混合流８のさらなる偏向を提供して、混合流８に対する全体的な分配効果を高める。バッフル手段４３は、好ましくは、耐摩耗性材料から作られてもよい。

図８及び図９を参照すると、本発明による燃焼システム１の別の実施形態が示されている。燃焼システム１は、石炭燃焼システム１としての使用に特に適しているが、上述のように他の固体燃料又はガス燃料を使用することもできる。この例示的な実施形態では、燃焼システム１は、燃焼室６に燃料と一次空気の混合流８を供給するための管状の一次ダクト４７を含む円形バーナー３’を含む。「一次空気」という用語は、図に示すタイプの石炭燃焼システムに関連して一般的に使用される。１次空気は、燃料との混合及び燃焼に使用することができる任意の空気、ガス（高温又は低温のガス）又は空気とガスの混合物を含むことができる。本明細書で使用される用語「一次空気」及び「ガス」は、交換可能である。一次ダクト４７の下流端４８は、燃料ノズル４を画定する。バーナー３’は、燃焼室６に二次空気５１を供給する一次ダクト４７を同心円状に囲むように配置された管状の二次ダクト４９をさらに含む。図示の例では、バーナー３’は、燃焼室６に三次空気５３を供給するための二次ダクト４９を同心円状に囲むように配置された管状の三次ダクト５２をさらに含む。一次ダクト４７、二次ダクト４９及び三次ダクト５２は、全て同心円状に配置されている。三次ダクト５２は、必要でなければ省略することができるが、好ましくは、火炎の膨張を増大させ、燃料の点火及び燃焼に関してバーナー３’の性能を向上させるために設けられる。

図８及び図９に見られるように、バーナー３’内の偏向装置２１は、図８の矢印５６で示す方向に補助ガス２３を供給してダクト１１内に補助ガス２３を噴出するように配置された旋回管（スワラルチューブ：swirl tube）５４を含む。燃料と一次空気の流入混合流８を一次ダクト４７の外側領域に向けて偏向させ、燃料と一次空気の混合流８を一次ダクト４７と燃料ノズル４の縦軸Ｂの周りで旋回運動させるようにする。

旋回管５４は、主ダクト４７内の円形バーナー３’の中央に配置され、閉鎖された下流端５８を有する閉鎖管５７（閉鎖チューブ：closed tube）である。閉鎖端５８は、バーナー３’のノズル出口２７との距離に配置される。閉鎖管５７は、閉鎖管５７の周囲に円周方向に分布し、閉鎖管５７の壁６１を通って閉鎖管５７の内側から外側に延びる細長い傾斜スロット５９を含む。貫通スロット５９は、閉鎖管５７の軸線Ｂに沿った長手方向に対して、かつ長手方向に垂直な面に対して角度をなすように傾斜して配置されている。貫通スロット５９は、閉じられた下流端５８の近くに配置される。

作動中、補助ガス２３は、閉鎖管５７を介して提供され、その閉鎖端５８に向かって流れる。補助ガス２３は、第一、第二又は第三の空気供給源又は外部の空気／ガス源のような任意の適切な空気及び／又はガス源から供給することができる。補助ガス２３は、貫通スロット５９を通って閉鎖管５７の内部から出て、それによって偏向され、半径方向及び軸方向の移動成分の両方と、貫通スロット５９を通った後の主ダクト４７の周りの旋回成分とを有する。この旋回空気５６は燃料と空気の流入流８に衝突し、混合流８を主ダクト４７の外側領域、すなわちダクト壁２８に向けて偏向させ、また混合流８への旋回運動を誘発する。このようにして、燃料と一次空気との混合流８は回転衝動を受け、閉鎖管５７から離れて一次ダクト４７の外壁２８に近づくように移動する。これにより、燃焼室６に流入する旋回燃料-空気混合気８が生じ、燃焼室６は、燃焼器３’のノズル出口２７の外側領域１７におけるより豊かな燃料濃度及び中央部分１６におけるより豊かな燃料濃度を有する。従って、図１から図７の実施形態における補助ガスノズル２４と実質的に同じ効果が達成され、改善された点火及び燃焼性能、拡大された燃焼ゾーン、安定化された火炎、燃料の強化されたアウトバーン、並びに低ＮＯｘ及び低ＣＯ放出物質レベルを含む。繰り返しを避けるために、図１から図７の実施形態に関連して説明された効果及び利点の説明を参照すと、これは図８と図９の燃焼システム１にも該当する。

図１０及び図１１図を参照すると、本発明による円形バーナー３’を有する燃焼システム１の別の実施形態を示されている。この実施形態は、図８及び図９に示される実施形態に実質的に対応する。同じ参照符号が、両方の実施形態で使用される同じ部品を示すように、図８及び図９の実施形態の説明は、以下に別段の記載がない限り、図１０および図１１の実施形態にも対応して適用される。

図１０及び図１１の例示的な実施形態においては、円形バーナー３’’は、互いに同心円状に配置された第一、第二、及び任意の第三ダクト４７、４９、５２も含む。さらに、ボイラ３’は、燃焼室６に補助コア空気６３を供給するための主ダクト４７内の円形バーナー３’の中央に配置されたコア空気管６２をさらに含む。旋回管５４は、図示の例では、コア空気管６２の周囲に配置され、管６４の下流端６６でそれに対してシールされる追加の管６４である。管６４は、シールされた下流端６６の近くで管６４の周囲に円周方向に分布し、軸Ｂに対応する追加の管６４の長手方向に対して斜めの角度で、かつ長手方向に垂直な平面で、追加の管６４の壁６１を通って延びる細長い傾斜スロット５９を含む。細長い貫通スロット５９は、図に示される実施形態のバーナー３’の貫通スロット５９と同一であるか、又は実質的に類似している。８と９で同じ効果が得られる。図１１は、追加の管６４及びコア空気管６２の拡大された切欠部（拡大されたカットアウト部分：enlarged cut out section）を示し、スロット５９を通る細長い傾斜を示している。

作動中、補助ガス２３は、適切な供給源から、追加の管６４とコア空気管６２との間に画定された環状空間６７を通して供給される。補助ガス２３は、環状空間６７を通って密閉された下流端６６へと流れ、貫通スロット５９を通って主ダクト４７へと流出し、それによって半径方向及び軸方向の両方に偏向され、かつ追加の管６４の周りにねじれ又は旋回を受ける。一次ダクト４７を流れる燃料と一次空気又はガスとの流入混合流８に衝突すると、旋回補助ガス５６は、燃料空気流８を一次ダクト４７の外側領域に偏向させ、また混合流８に旋回運動を誘起する。このようにして、燃料と一次空気又はガスとの混合流８は回転衝動を受け、閉鎖管５７から離れて一次ダクト４７の外壁２８に近づくように移動する。これにより、旋回する燃料-空気／ガス混合物８が燃焼室６に入り、燃焼室６は、バーナー３’’のノズル出口２７の中心部１６において、１７より濃厚な燃料濃度を有する。その結果、燃焼室６に流入する燃料－空気／ガス流の分布が改善され、燃料の安全な着火及び燃焼、火炎３４の適切な安定化、並びに全作動範囲にわたってＮＯｘ及びＣＯエミッションを低減した高効率性能のための基礎が、全作動範囲及び部分負荷作動に対して提供される。

図１２は、本発明の例示的な適用によるバーナー３（又は３’又は３’）の接線方向配置を有するボイラ２の上面図を示す。燃料と空気の混合流８は、燃焼室６の周囲のボイラ壁６８に位置するバーナー３（３’、３’’）から仮想円６９に対して接線方向に噴射され、燃焼室６の中心に鉛直渦を形成する。このような構成は、例えば、褐炭燃焼ボイラで有利に使用することができ、本発明のバーナー３、３’及び３’は、この用途に特に適している。また、燃焼室６の隅部にバーナー３（３’、３’’）を配置することもできる。バーナー３、３’及び３’によって達成される利点は、褐炭燃焼ボイラの全体的な性能及び効率の対応する利点及び改善をもたらす。

図１３は、本発明の例示的な実施形態による、バーナーの前面火炎配置を有するボイラ２の正面図を示す。上述したバーナー３，３’、３’’のいずれかを図に示すボイラ２に有利に用いることができる。図１３はまた、バーナー３（３’、３’’）の燃料ノズル４から出て燃焼室６に流入する燃料と一次空気との混合流８の燃料旋回方向を円形矢印７１で示している。図示の例では、燃焼室６の燃焼ゾーンに入る燃料と空気の混合を改善するために、偏向装置２１、例えば、補助ガスノズル２４又は旋回管５４を、矢印７１で示す旋回運動を誘起するように配置することができる。特に、隣接するバーナー３（３’、３’’）は、空気と燃料の混合を促進するだけでなく、燃焼室６の特定のゾーンにおけるホットスポットの発生を回避するために、同じ７１ａ又は反対方向７１ｂに旋回を誘導するように選択的に配置することができる。

バーナー３（３’、３’’）は、運転条件に応じて性能を向上させるために燃焼室６に設けられる燃料-空気流の所望の旋回パターンを達成するように配置されてもよい。好都合なことに、これは、バーナー内で燃料空気流を旋回させるための複雑なハードウェア構造を必要とせずに、補助ガスノズル２４又は旋回管５４から噴射される補助ガス２３のみを使用して達成することができる。さらに、噴射された補助ガス２３の速度は、燃料タイプの変化又は作動条件の変化に適切に反応するように変化させることができる。

特に発電ボイラ用の燃焼システム及び方法が提供される。燃焼システム１は、少なくとも１つの燃料ノズル４を介して燃料と一次空気又はガスとの混合流８を燃焼室６に供給するバーナー３、３’、３’と、少なくとも１つの燃料ノズル４に燃料と一次空気又はガスとの混合流８を案内するための、少なくとも１つの燃料ノズル４と流体連通するダクト１１、４７と、少なくとも１つの燃料ノズル４の上流のダクト１１、４７内に配置され、燃料と一次空気又はガスとの流入混合流８を偏向するデフレクタ装置２１とを備える。デフレクタ装置２１は、ダクト１１，４７内に補助ガス２３を噴射して、燃料と一次空気又はガスとの流入混合流８をダクト１１，４７の中心から外側領域への方向に偏向させ、燃料ノズル４の外側領域１７における燃料と一次空気又はガスとの混合流８の濃度を増加させ、燃料ノズル４の中央部１６における燃料と一次空気又はガスとの混合流８の濃度を減少させる噴射手段２２を備える。

１燃焼システム
２ボイラ
３バーナー
４燃料ノズル
６燃焼室
７ダクトシステム
８混合流
９第１の垂直ダクト部分
１１第２ダクト部分
１２エルボ
１３ノズル出口
１４二次空気ノズル
１５二次空気
１６中央ノズルセクション
１７周辺ノズルセクション
１８周辺燃料ノズルチャネル
１９コア空気管
２１デフレクタ装置
２２噴出手段
２３補助ガス
２４補助ガスノズル
２６流れ方向
２７ノズル出口
２８ダクト壁
２９供給ライン
３１シールド装置
３２燃料リッチジェット
３３燃料リーンジェット
３４火炎
３６低圧力領域
３７上部燃料ガス流
３８下部燃料ガス流
３９循環矢印
４１ガス送風機、ファン
４２スロットル手段
４３バッフル手段
４４凹面
４６拡散補助ガス
４７一次ダクト
４８下流端
４９二次ダクト
５１二次空気
５２三次ダクト
５３三次空気
５４旋回管
５６矢印
５７閉鎖管
５８下流端
５９貫通スロット
６１壁
６２コア空気管
６３補助コア空気
６４追加の管
６６下流端
６７環状空間
６８ボイラ壁
６９仮想円
７１矢印

Claims

特にボイラ用の燃焼システムであって、
燃料とガスの混合流（８）を少なくとも１つの燃料ノズル（４）を通して燃焼室（６）に供給する少なくとも１つのバーナー（３、３’、３’’）と、
少なくとも１つの燃料ノズル（４）と流体連通し、少なくとも１つの燃料ノズル（４）に燃料とガスの混合流を案内するダクト（１１、４７）と、
少なくとも１つの燃料ノズル（４）の上流のダクト（１１、４７）内に配置され、燃料とガスの流入混合流を偏向するデフレクタ装置（２１）と、
を備え、
デフレクタ装置（２１）は、ダクト（１１、４７）内に補助ガス（２３）を噴射して、流入する燃料とガスとの混合流をダクト（１１、４７）の中心から外側に向けて偏向させる噴射手段（２２）を備える、燃焼システム。
噴射手段（２２）は、燃料ノズル（４）に対応して配置され、燃料ノズル（４）の外側領域（１７）における燃料とガスの混合流の濃度を増加させ、燃料ノズル（４）の中央部（１６）における燃料とガスの混合流の濃度を減少させるように、流入する燃料とガスの混合流を偏向させるように構成される、請求項１に記載の燃焼システム。
燃料は、粉砕燃料、特に微粉炭、又は精製ガスから得られる燃料ガス混合物である、請求項１又は２に記載の燃焼システム。
噴射手段（２２）は、補助ガス（２３）を受け入れ、燃料とガスとの混合流の流れ方向（２６）に対向する方向又は少なくとも斜角に補助ガス（２３）を噴射するように構成された補助ガスノズル（２４）を備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼システム。
補助ガスノズル（２４）は、燃料とガスとの混合流の流れ方向（１６）とは逆向きのノズル出口（２７）を有する対向流ノズルである、請求項４に記載の燃焼システム。
補助ガスノズル（１４）は、燃料ノズル（４）に直接接続されるダクト（７）のダクト部分（１１）の中心線上の水平ダクト部分（１１）に設置される、請求項４又は５に記載の燃焼システム。
補助ガスノズル（２４）のノズル出口（２７）から噴射される補助ガス（２３）の出口速度を変化させるように構成された手段（４０、４１、４２）をさらに備える、請求項４乃至６のいずれかに記載の燃焼システム。
補助ガスノズル（２４）は、補助ガスノズル（２４）の流れ断面を変化させて噴射される補助ガス（２３）の速度を調整するスロットル手段（４２）を含む、請求項７に記載の燃焼システム。
少なくとも１つの補助ガスノズル（２４）は、補助ガス（２３）の噴射角度を変化させるために、空間におけるその向きに関して調節可能である、請求項４乃至８のいずれかに記載の燃焼システム。
補助ガスノズル（２４）に補助ガスを供給する供給ライン（２９）の上流かつ近接してダクト（１１）内に配置され、供給ライン（２４）を燃料とガスの流入混合流（８）から遮蔽する遮蔽装置（３１）をさらに備える、請求項４乃至９のいずれかに記載の燃焼システム。
補助ガスノズル（２４）のノズル出口（２７）の前方に配置され、補助ガスノズル出口（２７）の方向に面する凹面（４４）を有し、噴射された補助ガス（２３）をダクト（１１）の側面で拡散させるバッフル手段（４３）をさらに備える、請求項４乃至１０のいずれかに記載の燃焼システム。
バーナーが、（３’、３’’）が、
燃焼室（６）に燃料とガスとの混合流を供給する管状の一次ダクト（４７）と、
一次ダクト（４７）に同心円状に配置され、燃焼室（６）に二次空気（５１）を供給する少なくとも管状の二次ダクト（４９）と、
二次ダクト（４９）に同心円状に配置され、燃焼室（６）に三次空気（５３）を供給する任意選択の三次ダクト（５２）とを備え、
デフレクタ装置（２１）は、補助ガス（２３）を提供し、補助ガス（４７）を主ダクト（４７）の外側領域に向かって燃料とガスの流入混合流（８）を偏向し、主ダクト（５１）の長手方向軸線（Ｂ）の周りで燃料とガスの混合流の旋回運動を誘起する方向に主ダクト（４９）内に噴出するように配置された旋回管（５４）を含む、請求項１乃至１０のいずれかに記載の燃焼システム。
バーナー（３’’）は、燃焼室（６）に補助コア空気（６３）を供給する一次ダクト（４７）内の円形バーナー（３’’）の中心に配置されたコア管（６２）をさらに含み、
旋回管（５４）は、コア管（６２）の周囲に配置され、追加の管（６４）の下流端部（６６）でコア管に対してシールされた追加の管（６４）であり、追加の管（６４）は、追加の管（６４）の長手方向に対して角度をなし、かつ長手方向に対して垂直な平面で追加の管（６４）の壁（６１）を貫通して延びるスロット（１２）を貫通して延び、細長い貫通スロット（５９）は、バーナー（３’’）の出口（２７）までの距離でシールされた下流端部（６６）に近接して配置されている、請求項１２に記載の燃焼システム。
旋回管（５４）は、主ダクト（４７）内の円形バーナー（３’）の中心に配置され、閉鎖された下流端部（５８）を有する閉鎖管（５７）であり、閉鎖管（５７）は、閉鎖管（５７）の長手方向に対して角度及び長手方向に垂直な平面で閉鎖管（５７）の壁（６１）を貫通して延びるスロット（５９）を貫通して延び、閉鎖下流端部（５８）に近接して、バーナー（３’）の出口（２７）までの距離に配置されている、請求項１２に記載の燃焼システム。
燃焼方法であって、
少なくとも１つのバーナー（３、３’、３’’）による燃料とガスの混合流（８）を、少なくとも１つの燃料ノズル（４）を介し、ダクト（１１、４７）を介して燃焼室（６）に供給するステップと、
ダクト（１１、４７）内の燃料とガスの流入混合流（８）を、ダクト（２２、４７）内に補助ガス（２３）を噴出してダクト（１１、４７）の中心から外側領域に向かう方向に偏向させ、燃料ノズル（４）の外側領域（１７）の燃料とガスの混合流（８）の濃度を増加させ、燃料ノズル（４）の中心部（１６）の燃料とガスの混合流（８）の濃度を減少させるように噴出手段（２２）を用いて偏向させるステップと、
を含む方法。
ダクト（１１）内の燃料とガスの流入混合流（８）の偏向が、補助ガス（２３）を受け入れ、ダクト（１１）内の燃料とガスの混合流（８）の流れ方向（２６）に対して、又は少なくとも斜角で、逆流方向に補助ガス（２３）を噴射する補助ガスノズル（２４）を使用して実行される、請求項１５に記載の方法。
ダクト（４７）内の燃料とガスの流入混合流（８）の偏向は、ダクト（４７）内に配置され、補助ガス（２３）を供給し、補助ガス（２３）をダクト（４７）内に、一次ダクト（４７）の外側領域に向かって燃料とガスの流入混合流（８）を偏向し、一次ダクト（４７）の長手方向軸線（Ｂ）の周りの燃料とガスの混合流（８）への旋回運動を誘起するような方向に傾斜したスロット（５９）を通して噴出するように配置された旋回管（５４）を使用して実行される、請求項１５に記載の方法。