JP4181117B2

JP4181117B2 - サイクロンバーナの制御

Info

Publication number: JP4181117B2
Application number: JP2004507737A
Authority: JP
Inventors: リュングダール、ボー
Original assignee: ティーピーエスターミスカプロセッサーアクチボラゲット
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: NO20044956L; CN1320305C; RU2004138287A; NO326381B1; ATE401533T1; EP1532393A1; SE522006C2; SE0201621D0; CA2487335A1; HK1081637A1; EP1532393B1; WO2003100320A1; PL201808B1; JP2005527773A; RU2315907C2; SE0201621L; PL372458A1; ES2309317T3; AU2003232869B2; BR0311340A

Description

本発明は、非スラッギング・サイクロンバーナでその起動後に燃焼プロセスを実施する方法に関する。

サイクロン型の予熱または炉バーナは、空気のような、燃焼ガスを接線方向に送込んで渦巻き流を作る燃焼室を有する、“断熱的”旋回式バーナとして説明することができる。燃料粒子をこのガス流に導入し、それらに作用する遠心力によって、それらを室壁に沿って運ぶ。サイクロンバーナの燃料は、粉砕粒子を含むのが好ましいが、自立形固体燃料バーナに比べて、材料微細化についての要求は遥かに低い。

多くの用途で、サイクロンバーナ内部の温度は、非常に高くて燃料灰が溶融し、スラグを形成しそれをバーナから絶えず引出さねばならない。これは、典型的にはそれを石炭を焚くために使う場合である。他の用途、典型的に木材燃焼では、灰の溶融 −粘着− を避けるように温度を制御する。

大抵の用途で、サイクロンバーナは、耐火物内張りがしてあり、腐食を防ぎ、熱損失を最少にする。高熱密度と組合さって、これは、バーナ内をほぼ断熱的な温度にする。

多くの用途で、高温での、上述の粘着のような、障害を避けながら満足な炭素焼尽を達成するために、この温度をある温度範囲内に維持することが望ましい。この最高温度は、化学量論的状態(理論空燃比)、即ち、加えた燃焼ガスまたは空気の酸素がその燃料を完全に燃焼するための量に等しい状態の直ぐ下で達する。加える酸素が少ない、即ち、化学量論的以下の状態(空燃比が理論空燃比よりも小さい状態)だと、温度が下がり、多くの酸素を加え、即ち、化学量論的を超える状態(空燃比が理論空燃比よりも大きい状態)でも、過剰酸素が冷却媒体として作用するので、同じことが当てはまる。これを添付の図１に示す。

与えられたサイクロンバーナに対するターンダウン比、即ち、機能する最大と最小の燃料負荷比は、粒子循環要求により、および大量の粒子キャリオーバ（ショートカット）によって制限される。言換えれば、ガス流量またはガスの速度は、重力および摩擦力による燃料粒子の分離を避けながら、それらを連行するために下限の上にあるべきであり、完全に燃焼する前に粒子が燃焼室を出るのを避けるために上限の下ににもあるべきである。

スラッギングするサイクロンバーナが最も普通の応用例である。それらは、化学量論的を超える状態で動作し、その主な理由は、石炭を焚くときの還元状態での腐食環境を避けるためである。典型的に約２：１のターンダウン比が可能である。スラッギングするサイクロンバーナは、主としてスラッグとして引出す、灰粒子を完全に溶融するために使用する。対照的に、非スラッギング・サイクロンバーナは、バーナ内部に厳しいスラッギングが起らないような状態で動作する。それで灰を主として固体のフライアッシュ粒子として引出す。非スラッギング・サイクロンバーナは、化学量論的以下の状態と化学量論的を超える状態のどちらでも動作できるが、化学量論的以下の状態が最も普通である。典型的に４：１のターンダウン比が可能である。化学量論的以下の状態での動作は、バーナをよりコンパクトに作れるので好ましい。このサイクロンバーナを通るガスの比体積流量（ｍ^３／ｋｇ_fuel）は、化学量論比にほぼ比例すると見做すことができ、それで化学量論的以下の状態で高熱負荷が可能である。

先行技術は、サイクロンバーナの燃焼プロセスに関して制御性に乏しく、それで所望の温度範囲で動作しながら４：１より大きいターンダウン比を達成することは困難である。この主な理由は、燃焼室内部の燃料粒子の滞留時間が高ガス流量で限られるか、または燃焼室内の循環が低ガス流量で不十分になるからである。大きなターンダウン比を得るための一つの可能な解決策は、長いバーナを設けることであろう。しかし、そのような構造は、高価で、嵩張り、多くのスペースを要するだろう。更に、長いバーナは、それが従来のバーナに置き換わるべきなら、レイアウトがかなり困難になるだろう。

本発明の目的は、コンパクトな非スラッギング・サイクロンバーナの制御性および調整性を向上できる方法を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、与えられたサイクロンバーナに対して可能なターンダウン比を増す方法を提供することである。

これらおよび、以下の説明から明白になる、その他の目的は、添付の請求項に定義する方法によって達成される。
この発明は、非スラッギング・サイクロンバーナの燃焼室の全く同一のゾーンで化学量論的以下の状態と化学量論的を超える状態の間をシフトすることによって、調整性を増し、先行技術より大きいターンダウン比を得ることを可能にするという洞察に基づく。

普通、サイクロンバーナの燃焼室内の温度は、限られた温度範囲内に保つことが望ましい。燃焼室内の温度が低ければ低い程、得たチャー粒子（熱分解後の残部）の燃焼速度が遅く、それによってバーナ内のチャー堆積もことによるとこのサイクロンバーナからの出力を下げる結果となる。この温度範囲の下限は、少なくとも７００°Ｃ、好ましくは９００°Ｃであるのが適当である。しかし、特定の燃料材料に対するような、ある状況下では、この限界が６００°Ｃのように、更に低いかも知れない。この温度範囲の上限は、とりわけ燃焼した燃料の溶植に依存する。この温度範囲の上限は、せいぜい１３００°Ｃ、好ましくは１１００°Ｃであるのが適当である。しかし、特定の燃料材料に対するような、ある状況下では、この限界が１４００°Ｃのように、更に高いかも知れない。これは、この温度を所望の範囲内に維持するために、燃焼ガスの量を燃焼室にある燃料の量に応じて制御すべきであることを意味する。言換えれば、この発明の少なくとも一つの実施例によれば、二つの化学量論的状態(空燃比状態)：化学量論的以下の状態(空燃比が理論空燃比よりも小さい状態)と化学量論的を超える状態(空燃比が理論空燃比よりも大きい状態)の一つを、供給する酸素の量を供給する燃料の量に応じて制御することによって維持する。

それで、もし負荷、即ち、燃焼室に供給する燃料の量が減少すると、同じ化学量論的状態を維持するために、燃焼ガス流量も減少するかも知れない。従って、燃料粒子の循環を維持するための最低可能ガス流量またはガス速度が通常この負荷の下限を設定する。もし、サイクロンバーナが化学量論的以下の状態で動作しているなら、この負荷を、ガス流量が循環運動のために不十分である境界上にある負荷限界へだけでなく、上記負荷限界で化学量論的を超える状態へシフトすることによって更に低い負荷へさえも減少することが可能であることが分った。これは、過剰な燃焼ガスを突然供給して負荷をかなり減少させることを意味する。化学量論的以下の状態と化学量論的を超える状態の両方が温度を望ましい温度範囲内に維持するかも知れない。

先に述べたように、サイクロンバーナの動作は、ａ）燃料粒子が循環することを保証するための最小または下限ガス速度、およびｂ）未燃焼粒子のキャリオーバが高すぎるようになる限界が設定する最大または上限ガス速度によって限られる。与えられたサイクロン炉および与えられた燃料に対して、比較的低い最大負荷で化学量論的を超える状態で動作するか、または比較的高い最小負荷で化学量論的以下の状態で動作するかを選択できる。これらの動作モードを組合せることによって、ターンダウン比を増すことができる。

この発明の一態様によれば、サイクロンバーナで燃焼プロセスを実施する方法が提供される。この方法によれば、燃料をこのサイクロンバーナの円筒形燃焼室に供給し、この燃料をガス化または燃焼するために、この室壁に沿う燃料の少なくとも部分的循環をもたらすように、空気のような、酸素含有燃焼ガスをある接線速度成分で上記燃焼室に供給する。下限ガス速度と上限ガス速度が上記燃焼ガスについて決っている。この燃焼ガスの速度を上記限界ガス速度間に保持する。供給した燃料の量に対して供給する酸素の量を制御することによって、化学量論的以下の状態か化学量論的を超える状態かを維持する。この方法は、更に、この燃焼ガスが下限ガス速度と上限ガス速度によって決まる範囲外の速度になるのを防ぎながら、上記二つの化学量論的状態の他の一つへシフトする工程を含む。

これは、シフト方向、即ち、化学量論的以下の状態から超える状態へまたはその逆に関係なく、燃焼ガスの速度が下限ガス速度より低くなく、上限ガス速度より高くないことを意味する。これは、一つの化学量論的状態から他へのシフト行為の前および後の両方、並びに実際のシフト中にも当てはまる。

燃焼室内の与えられた温度に対して、本発明の少なくとも一つの実施例の教示に従って、上記温度が、上記限界ガス速度と共に、可能な遷移範囲、即ち、二つの化学量論的状態の一つから他の一つへ遷移またはシフトが可能な燃料負荷の範囲を定める。上記範囲の最小燃料負荷およびそれぞれの最大燃料負荷は、温度に依存する。

再循環煙道ガスを酸素含有燃焼ガスと、この燃焼ガスを燃焼室に供給する前に混合することによって、可能な遷移領域が拡張することが分った。言換えれば、各与えられた温度に対して、酸素含有燃焼ガスへの再循環煙道ガスの添加が、この再循環煙道ガスの添加なしの場合より最小燃料負荷を下げる結果となる。

再循環煙道ガスの添加は、化学量論的以下の状態と超える状態の両方に影響する。化学量論的以下の状態のターンダウン比は、再循環煙道ガスを燃焼ガスと、この燃焼ガスを燃焼室に供給する前に混合するならば、更に伸せる。この影響は二つある。第１に、再循環煙道ガスは、燃料からの熱放出を増さずにガス流量を増す。この化学量論比は、酸素含有燃焼ガスの量に依存する。この酸素含有燃焼ガスの幾らかは、本質的に酸素を含まない（または極少量の酸素を含む）煙道ガスによって置換えられるかも知れないので、循環効果を損うことなく、煙道ガスが循環しない場合より更に低い負荷に対して、化学量論的状態が得られるだろう。それで、低い負荷で最少限のガス流量に達する。第２に、再循環煙道ガスは、バラストの役をする。それで燃料からより多くの熱を放出するために、追加の燃焼空気のような、酸素含有ガスを必要とし、それによってこの温度を維持し、言換えれば、化学量論比が幾らか１に近付く。これは、更に低い負荷で最少限に達することを意味する。

化学量論的を超える状態で、添加した煙道ガスは、部分的に過剰な燃焼空気に置き換わる。この煙道ガスは、バラストとして作用し、それは、全く同一量の燃料が多量を加熱することを意味し、それによって冷却のために使う燃焼空気を少なくすることが可能である。全ガス流量が同じままである場合、利点は、酸素濃度が低下することである。それで、窒素酸化物が少ししかできない。

再循環煙道ガスを使う主な効果は、化学量論的以下の状態で動作できる負荷範囲が拡がることである。

再循環煙道ガスの代案として、燃焼ガスを任意の不活性ガスまたは酸素を含む割合が低いガスと混ぜることによって、類似の結果、即ち、可能な遷移領域の拡張を得ることが可能であろう。

燃焼室内の温度を制御するために燃焼ガス（空気のような）の量を変えることが可能であるが、代替案は、この燃焼室内の温度を制御するために再循環煙道ガス（または不活性ガスまたは低酸素含有ガス）を使うことである。これは、所定の化学量論比を維持することが望ましく、この温度を燃焼ガスに加える再循環ガスの量を変えることによって制御するときに有利である。このガス速度は、所定の限界内に維持する。

この発明の少なくとも一つの実施例によれば、燃焼ガスに何の添加不活性または再循環ガスも混ぜずに、化学量論的状態を制御する。この場合、酸素と燃料の間に本質的に一定の１に等しくない化学量論比、即ち、二つの状態：化学量論的以下の状態と化学量論的を超える状態の一つを維持することが、供給燃料の量に依って供給燃焼ガスの量を制御することによって可能である。一つの本質的に一定の化学量論比をシフト行為の前に保持し、もう一つの比を一つの化学量論的状態から他へのシフト行為の後に保持する。それで、比較的低い負荷になっても、即ち、燃焼室へ供給する燃料の量が少なくても、本質的に一定の化学量論を超える比を本質的に一定の化学量論以下の比へシフトする時まで維持し、上記シフトする時は、とりわけ負荷のサイズに依存する。本質的に一定の化学量論比という用語は、ある所望の温度範囲内の温度をもたらすような、化学量論比の変動を許容すると理解すべきである。例えば、単に説明の実例として、図１を参照し、そこでは１２００°Ｃ〜１３００°Ｃの温度範囲に対して（下）化学量論比は０．４〜０．４５付近であるべきであり、（上）化学量論比は１．８〜２付近であるべきである。それで、負荷が増加または減少するとき、シフトの時中でなく、シフトの時の後および前に、それぞれ本質的に一定の化学量論比を維持するように、燃焼ガスの量を増加および減少する。

燃焼室へ供給する燃焼ガスの量を制御するための別のオプションがある。制限要因は、燃焼室内の下限ガス速度と上限ガス速度である。燃料ガス入口から供給する燃焼ガスの速度は、ガスが燃焼室に接線方向に入り且つ移動するので、本質的に維持され、即ち、損失を無視できると見做してもよい。それを心に留めて、簡単な設計は、一定の断面積を有する燃焼ガス入口を設けることである。燃焼室に入る燃焼ガスの量を増しまたは減らすことによって、ガスの速度を制御する。その代りに、一定速度（限界ガス速度間のレベルで）を達成するように燃焼ガスを供給し、むしろ入口の開口面積を変えることを選んでもよい。大きい流量、即ち、大量のガスが必要なときは、大きい開口面積を使い、一方少量のガスが必要なときは、小さい開口面積を使う。ガスの必要量は、先に説明したように、燃料の量に依る。更なる制御代案は、入口の断面積と提供する燃焼ガスの速度の両方を変えることである。この様に、三つの場合全てで、ガス流量、即ち、単位時間当りの体積を制御可能である。

燃焼ガスの速度を測定し且つ計算するために、速度計または流量計をガス供給配管に設けてもよい。対応して、燃焼室に供給する燃料の量を計算するために、速度計または流量計のような、計測装置を設けてもよい。そのような測定および計算は、一つの化学量論的状態から他の一つへシフトする時期を決めるための基準として適当に役立つ。

説明したサイクロンバーナで燃焼プロセスを実施する方法は、固体、液体または気体燃料に適用可能である。特に固体燃料に使うのに適することが分った。この固体燃料は、ある種のバイオ燃料が適切である。この固体燃料は、木材細片、好ましくは木材ペレット、典型的には直径４ｍｍまでの破砕木材ペレットのような、粒子の形をしていてもよい。

固体燃料粒子を使うとき、少なくとも大多数の燃料粒子をこの燃焼室内で循環し続けさせるための最低速度を上記下限ガス速度として設定する。この下限ガス速度は、この燃料の最大粒子サイズに基づいて、または何か他に基づいて設定してもよい。例えば、燃焼室に入るある種の燃料粒子は、揮発分を急速に放出し、それによって粒子密度を減少する。従って、そのような場合、最小または下接線ガス速度を揮発分除去後に得た粒子密度に基づくのが適当かも知れない。木材粒子に対して、この密度は、典型的に２５０ｋｇ／ｍ^３の大きさで、燃焼室に入る前の粒子密度の約四分の一である。

“横”サイクロンバーナ、即ち、水平に伸びる対称中心軸を有する燃焼室を含むサイクロンバーナについて、下限ガス速度は、燃焼室の頂部である基準を満たすように設定するのが適当である。

水平に伸びる対称中心軸と垂直面で円形断面を有する燃焼室を有するサイクロンバーナについて、この燃焼室内の循環ガス流は、拡張しないと見做すことができ、従ってこの接線周辺速度は、ガス入口速度に等しい。

五つの力が燃料粒子に作用する、即ち：

但し、
ｍ_ｐ＝粒子の質
ｇ＝重力定数
Ｒ＝このサイクロンバーナの燃焼室の半径
Ｖ_g,t＝接線ガス速度
Ｖ_g,ｒ＝半径方向ガス速度
Ｖ_p,ｔ＝接線粒子速度
Ｖ_p,ｒ＝半径方向粒子速度
μ＝摩擦因子
α_Ｎ＝垂直方向の加速度
Ｃ_ｄ＝ドラグ係数
Ａ_ｐ＝燃料粒子の断面積
ρ_ｇ＝燃焼ガスの密度

この下限ガス速度は、最高位置（頂部）での粒子が落下するのを丁度防ぐ状況によって設定するのが適当である。これは、重力および半径方向ドラグ力が遠心力と釣合い、摩擦ゼロになる状態である。この限界接線粒子速度は、次のようになる。

この半径方向ドラグは、無視できると想定でき、それで限界接線粒子速度（Ｖ_p,t）を次のように表す。

しかし、燃焼室内部の接線ガス速度は、この限界接線粒子速度より大きくなければならない。下限ガス速度は、以下の微分方程式から解くことによって見付けることができ、この様にしてこのサイクロンバーナの頂部で所望の粒子速度を保証するガス速度を決める。

ここで、φは、垂直線に対する角度、即ち、この燃焼室の頂部で１８０°、およびＳは、粒子が周縁に沿って移動する距離である。

接線ガス速度Ｖ_g,tについて解き、頂部での所望の粒子速度

を得れば、それ（Ｖ_g,t）は、サイクロンバーナの燃焼室の半径および粒子直径が増すと増えることが分る。

“直立”サイクロンバーナ、即ち、垂直に伸びる対称中心軸と水平面で円形断面を有する燃焼室では、粒子に作用する力は、垂直ドラッグ力を加えて“横”サイクロンについてと同様である。しかし、簡単のために、半径方向力と垂直力の両方を無視できると考える。そのように仮定することによって、接線下限ガス速度Ｖ_g,tを以下の式（それは、添付の図１１に関連して更に議論する）を解くことによって計算する。

但し、
Ｖ_g,t＝接線ガス速度
ｇ＝重力定数
Ｒ＝このサイクロンバーナの燃焼室の半径
α＝水平線に対する角度
μ＝摩擦因子
ｄ_ｐ＝燃料粒子の直径
ρ_ｐ＝燃料粒子の密度
ρ_ｇ＝燃焼ガスの密度
Ｃ_ｄ＝ドラグ係数。

その代りに、この下限ガス速度を実験的に、即ち、特定の燃料を焚く特定のサイクロンバーナについてテストを行うことによって決めてもよい。本発明による方法は、下限ガス速度を決める方法如何に拘らず適用することができる。

上限ガス速度は、燃焼室を離れる未燃焼粒子の量を最少にするために許容できる最高速度によって設定するのが適当であり、上記速度は２０〜５０ｍ／ｓ、好ましくは３０ｍ／ｓのオーダ程度の２５〜４０ｍ／ｓである。この上限ガス速度のもう一つの定義は下限ガス速度の３〜６倍、典型的には４倍である。

人は、分離効率、即ち、粒子が燃焼室の壁に沿って移動する傾向が、接線ガス速度が増すと無限に増すのではないかと予想するかも知れない。しかし、実際には、粒子の燃焼室中心軸の方への再飛散は、サイクロンバーナの円筒形燃焼室内部の乱流および渦破壊の増加のために、ある速度でかなり顕著に始る。それは、上限ガス速度を計算するために直接的ではないが、典型的な値が３０ｍ／ｓのオーダにあることは経験によって判断する。

可能な上ガス速度を制限するもう一つの側面は、燃焼室内の未燃焼燃料粒子の体積濃度である。それは、限定するチャー（燃料の揮発分除去後の残部）の焼尽時間である。与えられた温度および化学量論比に対して、未燃焼チャーの量は、サイクロンバーナの燃焼室内で負荷に、従って接線ガス速度にも比例するだろう。ある負荷で、未燃焼燃料粒子の濃度は、再飛散が極めて顕著になる程高くなるだろう。化学量論的を超える状態で、高接線速度による再飛散は、制限要因になりそうである。化学量論的以下の動作では、燃料粒子による閉塞のための再飛散がよりありそうである。

上限ガス速度を決めるための手順は、例えば、特定の燃料を焚く特定のサイクロンバーナのためのテストを行うことによって、変動してもよい。本発明による方法は、上限または下限ガス速度を決める方法如何に拘らず適用することができる。それらは、値を制限する機能を有する。例えば、この発明の少なくとも一つの実施例によれば、二つの化学量論的状態の一つから他の一つへのシフト行為は、ガス速度が上記限界速度の一つに達するすぐ前に行う。この発明の少なくとも一つの他の実施例によれば、上記二つの状態の他の一つへの上記シフトは、現在の化学量論的状態で供給する燃料の量が、他の化学量論的状態について、限界ガス速度の間隔内にあるガス流れの速度に対応するような燃焼ガスの量を要するときに行う。

上に議論したように、本発明による方法は、先行技術で達成可能であったものよりかなり大きい、サイクロンバーナのためのターンダウン比を提供する。化学量論的以下および超える両方の状態について、ある間隔内に温度を維持することが望ましいが、上記間隔は、実際にはターンダウン比を更に増すためにかなり有用なことがある。９００°Ｃ〜１１００°Ｃの間の温度範囲がサイクロンバーナ内部で好ましいかも知れないが、この範囲は、７００°Ｃ〜１３００°Ｃまたはそれ以上に拡張しても許容できる。例えば、化学量論的以下の状態中に、１３００°Ｃに近いかほぼそれのような、標準より高い温度が許容できるなら、同じ負荷量に対して温度を上げるために通常より多くの酸素が必要である。負荷の量に比例してサイクロンバーナにより多くの酸素含有ガスの導入が許容されるので、これは、化学量論比が１に近いことを意味し、粒子循環を維持するために更に十分なガスを導入しながら、低い最小負荷を許容するという結果を有する。同様に、化学量論的を超える状態中に、比較的低い温度、即ち、負荷に関してより多くの酸素が許容できるかも知れない。これも可能な最小負荷の低下に繋がるだろう。

変動する温度を使用することが可能であっても、多くの場合、温度をできるだけ均等に保つことが望ましいかも知れない。これは、特に下の化学量論比から上の化学量論比へ、およびその逆にシフトする実時間に当てはまるかも知れない。従って、温度レベルをできるだけ均等に保つように、そのようなシフトを迅速に行うのが適当である。これは、例えば、コンピュータ、燃料および燃焼ガス用流量計並びにバルブを含む、調整システムによって達成してもよい。このシステムは、以下の方法でプログラムしてもよい。化学量論的を超える動作では、入力燃焼ガスの量の減少が温度の増加に繋がるという状態が生じる。１．０を超える最小許容化学量論比も設定する。化学量論的以下の状態で、上記状態は、入力燃焼ガスの量の増加が温度の増加を生じる場合に変り、最小化学量論比を、１．０の下である、最大比で置換える。化学量論的以下の動作へシフトする点で、調整システムが瞬時に新しい条件を与え、それはバルブが位置を変えられると同じ速さでシフトすることを意味する。化学量論的以下から化学量論的を超える動作へ移るとき、状態の逆変化および最終値が当てはまる。

上記の説明から、本発明の少なくとも一つの実施例による方法が高負荷でのガス化（即ち、化学量論的以下の状態）と低負荷での燃焼の間の切換えを可能にすることは、もう明白であるべきである。この発明は、これをサイクロンバーナの起動中だけでなく、その動作中も実行可能にする。更に、一つのゾーンでの化学量論的以下の状態ともう一つのゾーンでの化学量論的を超える状態で同時に作動するかも知れない、他の先行技術のバーナとの相違点として、本方法は、二つの異なる化学量論的状態の間をシフトするためにサイクロンバーナの全く同じゾーンを利用することを可能にする。

この発明の考え方がターンダウン比（サイクロンバーナで燃やすべき最大および最小負荷の間の関係）を増せるようにすることも明白であるべきである。これは、例えば、典型的には地域暖房プラント（３０〜５０ＭＷまで）でまたは家庭用ボイラー（２〜３００ｋＷ）でさえ、このサイクロンバーナに連結した炉への出力を変えたいとき、有用かも知れない。バーナの温度は、動作中比較的一定に保つかも知れないが、しかし、燃料の量、従って出力は、例えば、日中運転か夜間運転かに依って変るかも知れない。サイクロンバーナの大きいターンダウン比が出力需要の大小の間の切替えを容易にする。先行技術のバーナでは、十分に低い出力を作ることが可能でなく、および従って再び大きい出力が必要なとき、バーナを再起動しなければならないので、バーナの運転を中断することが時々必要かも知れない。しかし、この発明の考え方は、大きい可能な調整範囲を提供する。

図１は、木材ペレットを燃料として使うときの化学量論比と断熱温度の間の関係を示す線図である。これらの木材ペレットは、発熱量（または真発熱量）が１８．２ＭＪ／ｋｇと低くてもよい。この線図は、最高温度を化学量論比約０．９５で得ることを示す。この燃料の完全燃焼に必要なものとの関連でより多くの酸素を供給すると、即ち、化学量論的を超える状態であると、温度が低くなる。例えば、化学量論比２．０は、１２００°Ｃの断熱温度生じる。同様に、より化学量論的以下の状態になるように酸素を供給すると、やはり温度が低下する。例えば、化学量論比０．５は、約１４００°Ｃの温度を生じるだろう。先に述べたように、満足な使用性を得るためには、温度をある範囲内に維持することが望ましいかも知れない。それで、この特別の燃料に対して、１１００°Ｃ〜１３００°Ｃの温度範囲内で動作することが望ましいなら、この下化学量論比および上化学量論比を、それぞれ、約０．３７〜０．４５および１．８〜２．２５で保持するだろう。

図２は、横サイクロンバーナの燃焼室の頂部での理論的最小粒子速度を燃焼室直径の関数として示す線図である。先に説明したように、下限ガス流量は、燃焼室の最高位置（頂上）で粒子が落下するのが丁度妨げられる場合によって設定される。半径方向ドラグを無視できるとすれば、接線粒子速度（Ｖ_p,t）は、

である。これを図２に示す。例えば、直径０．３ｍ、０．６ｍまたは１．２ｍの燃焼室は、それぞれ、頂上で１．２ｍ／ｓ、１．７ｍ／ｓおよび２．４ｍ／ｓの最小粒子速度を生ずる。

図３は、横サイクロンバーナで計算下限ガス速度を粒子直径および燃焼室直径の関数として示す線図である。接線ガス速度（Ｖ_g,t）は、最小粒子速度（Ｖ_p,t）より高くなければならない。先に説明したように、この接線ガス速度Ｖ_g,tは、このサイクロンバーナの燃焼室内の上部位置（φ＝１８０°）での粒子速度がこの計算最小粒子速度より高いように高くあるべきである。これを境界条件として使い、ガス速度を以下の微分方程式から解く。

下限ガス速度（Ｖ_g,t）は、このサイクロンバーナの燃焼室の半径および粒子直径が増すと増すことが分る。これを図３に示す。この線図の横軸は、粒子直径をｍｍで表し、縦軸は、下限ガス速度をｍ／ｓで表す。３本の曲線が描いてあり、最下曲線を燃焼室直径０．３ｍ用に、中間曲線を燃焼室直径０．６ｍ用におよび最上曲線を燃焼室直径１．２ｍ用である。計算のために、摩擦係数０．５、ドラグ係数０．４４、ガス密度０．２８ｋｇ／ｍ^３および粒子密度１０００ｋｇ／ｍ^３を想定した。この線図は、例えば、２．０ｍｍの粒子直径（例えば、破砕木材ペレット）に対して、下限ガス速度は、燃焼室のサイズに依って約１１ないし１３ｍ／ｓであることを示す。例えば、０．５ｍｍの（破砕ペレットのような）小さい粒子直径に対して、下限ガス速度は、６ないし８ｍ／ｓ程に低い。

燃料粒子がサイクロンバーナの燃焼室に入ると、それらは、揮発分を急速に放出する。それで、粒子密度も減少する。従って、揮発分除去後の粒子密度に基づいて下限ガス速度を計算するのが適当かも知れない。木材粒子に対して、この密度は、典型的に２５０ｋｇ／ｍ^３の大きさである。これを図４に示す。それで、全ての入力データは、図４では１０００ｋｇ／ｍ^３でなく２５０ｋｇ／ｍ^３である粒子密度を除いて、図３に示す線図に対してと同じである。０．５ｍｍの粒子直径に対して、下限ガス速度が約３ないし５ｍ／ｓで、それは、異なる燃焼室直径に対して上に計算した最小粒子速度（１．２ｍ／ｓ、１．７ｍ／ｓおよび２．４ｍ／ｓ）を得るために十分である。実験的に見付けた上限ガス速度が約３０ｍ／ｓであれば、与えられた燃焼温度および直径０．５ｍｍの粒子に対するターンダウン比は、約３０：５、即ち６：１だろう。このターンダウン比は、燃焼温度も負荷と共に変動することが認められれば、更に伸長できる。

図５は、化学量論比と相対ガス流量に依存する化学量論比を示す線図である。この例では、サイクロンバーナの燃焼室に約１３００°Ｃの断熱温度を推定する。横軸は、このサイクロンバーナの相対負荷係数を表す。左縦軸は、燃焼室内部の化学量論比を表す。右縦軸は、燃焼室内部の相対ガス流量、即ち、実際のガス流量と最少ガス流量の比、または大抵の場合実際のガス速度と下限ガス速度の比を表す。

この線図の左側を見ると、相対的に少量の燃料、即ち、小さい負荷を燃焼室に供給するとき、燃焼室が化学量論的を超える状態になるように、比較的大量の空気のような酸素含有燃焼ガスを供給する。約１３００°Ｃの温度を維持するために、化学量論比を、一点鎖線Ｌ１によって示すように、約１．８に保つ。負荷が増すと、燃焼ガスを燃焼室に供給する速度を増すことによって燃焼ガスの量も増し、それによって化学量論的を超える状態を維持する。これを曲線の傾斜した左部Ｌ２によって示す。この場合、化学量論比は、１．８に本質的に一定に保つ。化学量論的を超える状態で動作すべき負荷の量は、下限ガス速度と典型的にこの下限の４倍である上限ガス速度によって決る。これらの限界ガス速度を、この線図の端から端までの横線Ｌ４（下限）およびＬ５（上限）によって示す。それで、負荷が横軸目盛で相対負荷係数１から増え、従ってガス速度も増えると、それは結局上限ガス速度に達する。これは、横軸目盛の４で起る。それで化学量論的を超える状態で動作するサイクロンバーナは、４：１のターンダウン比に限られる。

化学量論的を超える状態で上限ガス速度に達すると、化学量論的以下の状態を得るようにシフト動作を実行し、それによって負荷の更なる増加が可能になる。この化学量論的以下の状態へのシフト行為は、線Ｌ６によって示すように、ガスの速度が上記上限ガス速度に達しまたは通過する前にガスの速度を減らすことによって実行する。この場合、それは、温度を約１３００°Ｃに維持するために、約０．４５の化学量論比（横軸目盛４で）で下限ガス速度と一致する。今度は、酸素過剰ではなく、酸素が不足する。一点鎖線Ｌ７によって示すように、燃焼室へ供給する燃料の量を更に増やせるようにしながら、約０．４５の化学量論比を本質的に一定に維持する。燃料の量、従ってガス流量も、線Ｌ８によって示すように、上限ガス速度に達する負荷まで増やしてもよい。これは、横軸目盛で１６である。これは、サイクロンバーナをこの化学量論比以下で動作するだけなら、１６：４、即ち、４：１のターンダウン比が得られることを示す。二つの動作モードを組合わせることによって、両化学量論的状態を利用して、１６：１の理論的ターンダウン比が得られる。

このプロセスは、可逆的である。それで、図５の曲線の右側、即ち、化学量論的以下の状態から始めることが可能である。負荷が減り、従ってガス速度も減ると、結局下限ガス速度に達する。この点で、ガス速度を増すことによって上の化学量論比へのシフトを行う。その後、この上の化学量論比を本質的に一定に維持するために、ガス速度が下限ガス速度に減るまで、負荷を更に減らしてもよい。

図６は、ターンダウン比を示すもう一つの線図である。この場合、図５と同じ燃焼室で同じ燃料を使用する。しかし、今度は燃焼室の内部に約１１００°Ｃの断熱温度を所望する。この温度は、約２．２の上化学量論比のため、および約０．３８の下化学量論比のために得る。図６から分るように、下向きの矢印によって示す、上限ガス速度での化学量論的を超える状態から化学量論的以下の状態へのシフトは、下限ガス速度以下のガス速度に繋がる。同様に、下限ガス速度のときの化学量論的以下の状態から化学量論的を超える状態へのシフトは、上向きの矢印によって示すように、上限ガス速度を遥かに超えるガス速度を生じる。これは、所望の温度を保ち且つ、一つの化学量論的状態から他へシフトするとき、重複を得るためには、ガス速度が上限および／または下限ガス速度を通過することを意味する。

図６に示す難点は、酸素分が少ないか全くない再循環煙道ガスを、空気のような、高酸素分の燃焼ガスに加えることによって克服する。

従って、図７は、燃焼ガスに再循環煙道ガスを加えた場合のターンダウン比を示す線図である。図６同様、燃焼室内の所望温度は、１１００°Ｃである。再循環煙道ガスの一定量（最少ガス流量の１５％）を、燃焼ガスが燃焼室に入る前にそれに混合する。再循環煙道ガスの量をこの線図の下部に直線横点線Ｌ９として示す。図５の線に相当する線は、同じ表示で表した。

図７の線図から分るように、化学量論的以下の状態の最小負荷が、今度は再循環煙道ガスを加えるので、更に伸される。この再循環煙道ガスは、燃料から放出する熱を増やさずに全ガス流量を増やす。それで、最少限のガス流量、即ち、下限ガス速度に低負荷で達する。更に、この再循環煙道ガスがバラストとして役立つ。従って、所望の温度を維持するために、追加の燃焼ガスが要求される。これは、更に全ガス流量を増し、それで更に少ない負荷で最少限に達する。図７の線図によれば、この限界は、横軸目盛で図６のように約６ではなく、約３．５である。

化学量論的を超える状態では、付加した煙道ガスが過剰燃焼ガスに一部置き換わる。それで、全ガス流量は、煙道ガスが全く再循環しないのと同じままであるが、化学量論比は、負荷が変るので約１．８と２．１の間で変動する（一点鎖線Ｌ１参照）。この利点は、負荷が減ると酸素濃度が減り、酸化窒素を作るのが少い結果となることである。この様に、図７の線図、および図６の線図では、化学量論的を超える状態のための負荷上限に横目盛の４で達する。図６に重複はないが、図７の線図では、化学量論的以下の状態での最小負荷の伸長のために、重複、従って可能な遷移領域ＰＴＲが得られる。この可能な遷移領域ＰＴＲは、化学量論的以下の状態での下限速度および化学量論的を超える状態での上限速度によって決る。図５に示すように“細い”線Ｌ６を有する代りに、図７に示す場合は、広い可能な遷移領域ＰＴＲが得られる。これは、この線図に示す場合は、他の化学量論的状態へシフトするために限界ガス速度に達するまで待つ必要がないことを意味する。そうではなく、燃料の量が他の化学量論的状態のために他の限界ガス速度が設定する限界の外へ移らないようであれば、このシフトを前の点で行ってもよい。例えば、化学量論的以下の状態から化学量論的を超える状態へ変るとき、このシフトを図７の横軸目盛で４（化学量論的を超える状態の上限）に相当する負荷量で行うか、または後でこの横軸目盛で約３．５（化学量論的以下の状態の下限）に相当する負荷量まで下って行ってもよい。図７の線図によれば、ターンダウン比が１８：１であることに注目してもよい。しかし、与えられたサイクロンバーナは、最大負荷容量、即ち、揮発分除去した粒子の燃焼の蓄積による堆積限界があるので、およびガス速度が負荷に比例するので、化学量論的以下の状態でのガス速度が上限ガス速度に達する前に、この最大負荷に達することがかなり有り得る。それで最大負荷容量または堆積限界が間接的に速度限界を決める。しかし、利点は、化学量論的以下の状態で動作することが可能な範囲（ターンダウン比）を拡大することであり、これは、窒素酸化物を少ししか作らないので、環境の観点から好まれる。これを図８で更に説明する。

図８は、再循環煙道ガスを燃焼ガスに加える場合のターンダウン比を示すもう一つの線図である。この場合、所望の温度は、１３００°Ｃであり、この線図は、図５と同じサイクロンバーナで同じ種類の燃料を使う場合のために描いてある。しかし、図８は、燃焼ガス中に煙道ガスの１５％の再循環を示す。これら二つの図の線図を比較すると、図８の線図では、化学量論的以下の状態での最大負荷が更に左に動いているので、再循環煙道ガスを使用するとき可能な遷移領域が大きいことは明らかである。出来るだけ化学量論的を超える状態で動作するのが好ましいが、煙道ガス再循環を高負荷で取消さなければ、煙道ガスの使用が全体のターンダウン比に悪影響するかも知れない。図８では、例えば、全体のターンダウン比が、図５の１６：１ではなく、約１２．５：１である。

図９および図１０は、導入ガスの大部分が再循環煙道ガスである影響を示す。これらの例で、再循環煙道ガスは、最大ガス流量の４５％で、図９で所望の温度は１１００°Ｃであり、一方図１０では、所望の温度が１３００°Ｃである。この煙道ガスの高再循環が大きい可能な遷移領域を生じることに気づくだろう。図１０では、化学量論的以下の燃焼での動作範囲がほぼ相対負荷係数１まで伸びていることにも気づくだろう。

以下で、図１１を、“直立”サイクロンバーナ、即ち、垂直に伸びる対称中心軸と水平面で円形断面を有する燃焼室を含むサイクロンバーナのための下限接線ガス速度を得るために議論する。横サイクロンに対応する方法で、この限界ガス速度を垂直に落下する粒子によって設定する。

以下では、燃料粒子を燃焼室の出口から運び出さないと仮定する。理屈を単純化するために、このガス流を水平回転流（垂直ドラグ力なし）として説明し、半径方向ガス流を無視できると考え、図１１に示すように燃料粒子２に作用する力の平衡を生じる。この粒子は、燃焼室の内壁４に接している。この燃料粒子が落下するのを防ぐために、重力Ｆ_ｇが斜面の方向の摩擦力Ｆ_ｆおよび遠心力Ｆ_ｃと釣合い、上記面は、水平面Ｈから角度αで傾斜している。
Ｆ_ｆ＋Ｆ_ｃcos(α)＝Ｆ_ｇsin(α)
この遠心力Ｆ_ｃおよび重力Ｆ_ｇを次のように表してもよい。

但し、ｍ_ｐは粒子の質量、Ｖ_p,tは粒子の接線速度、Ｒはサイクロンバーナの燃焼室の半径およびｇは重力定数である。摩擦力Ｆ_ｆは、次の式に従って垂直力Ｆ_Ｎに比例する。

但し、μは摩擦因子または摩擦係数である。これは、以下の関係に繋がる。

上記から、もし、ａ）半径Ｒが減少し、ｂ）接線粒子速度Ｖ_p,tが増し、またはｃ）摩擦係数μが増えるならば、傾斜を急にすることが可能なことは明らかである。
この接線粒子速度を維持するためには、接線ドラグ力Ｆ_p,tが摩擦力Ｆ_ｆと釣合わねばならない。この摩擦力は、全ての方向に等しい。

但し、Ｃ_ｄはドラグ係数、Ａ_ｐは燃料粒子の断面積、ρ_ｇ＝燃焼ガスの密度およびＶ_g,t＝接線ガス速度である。

質量ｍ_ｐを粒子密度ρ_ｐ掛ける粒子体積で置換え、ｄ_ｐは粒子の直径であり、および粒子の断面積Ａ_ｐを書換えると、

最小接線粒子速度の式で置換えることによって次式を得る。

粒子が大きければ大きい程、または重ければ重い程、大きい燃焼室半径および高い接線ガス速度を要する。更に、角度αが増し、摩擦係数が減ると、下限ガス速度が増す。

木材ペレットを燃料として使うときの化学量論比と断熱温度の間の関係を示す線図である。燃焼室の頂部での理論的最小粒子速度を燃焼室直径の関数として示す線図である。計算下限ガス速度を粒子直径および燃焼室直径の関数として示す線図である。計算下限ガス速度を粒子直径および燃焼室直径の関数として示すもう一つの線図である。化学量論比と相対ガス流量に依存するターンダウン比を示す線図である。ターンダウン比を示すもう一つの線図である。燃焼ガスに再循環煙道ガスを加えた場合のターンダウン比を示す線図である。燃焼ガスに再循環煙道ガスを加えた場合のターンダウン比を示すもう一つの線図である。燃焼ガスに再循環煙道ガスを加えた場合のターンダウン比を示す更にもう一つの線図である。燃焼ガスに再循環煙道ガスを加えた場合のターンダウン比を示す更なる線図である。直立サイクロンバーナで粒子に作用する力を示す。

Claims

非スラッギング・サイクロンバーナにおいて起動後に燃焼プロセスを実施する方法であって、
燃料を前記非スラッギング・サイクロンバーナの円筒形燃焼室に供給する工程、
酸素含有燃焼ガスをある接線速度で前記燃焼室に供給し、前記酸素含有燃焼ガスの下限ガス速度と上限ガス速度が決っている工程、
前記酸素含有燃焼ガスの接線速度を前記下限ガス速度と前記上限ガス速度の間に維持する工程、
供給した燃料の量に対して供給する酸素の量、即ち、燃料負荷を制御することによって、空燃比が理論空燃比よりも小さい状態と空燃比が理論空燃比よりも大きい状態の二つの空燃比状態のうちの一つを保持する工程、
前記酸素含有燃焼ガスが前記下限ガス速度および前記上限ガス速度によって決められた範囲外の速度になるのを防ぎながら、前記二つの空燃比状態の他の一つへシフトする工程
を含む燃焼プロセスを実施する方法。
燃焼室内の温度を７００°Ｃ〜１３００°Ｃの温度範囲に保持する工程をさらに含み、前記温度範囲内の各温度点が、前記限界ガス速度と共に、二つの空燃比状態の一つから他の一つへシフトするためのそれぞれの最小燃料負荷およびそれぞれの最大燃料負荷を定める請求項１に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
前記燃焼室内の温度が、９００°Ｃ〜１１００°Ｃの温度範囲に保持される請求項２に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
再循環煙道ガス、またはその他の低酸素含有ガスまたは不活性ガスを前記酸素含有燃焼ガスと、前記酸素含有燃焼ガスを燃焼室に供給する前に混合する工程をさらに含み、それによって空燃比が理論空燃比よりも小さい状態で上記最小燃料負荷を減少する請求項２又は請求項３に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
再循環煙道ガス、またはその他の低酸素含有ガスまたは不活性ガスを前記酸素含有燃焼ガスと、前記酸素含有燃焼ガスを燃焼室に供給する前に混合する工程をさらに含み、それによって、燃焼室に供給するガス流量を変えずに、酸素濃度を減らし、それによって空燃比が理論空燃比よりも大きい状態で窒素酸化物の生成を減らす請求項２又は請求項３に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
空燃比を保持する工程が、前記燃焼室内の温度を制御するために空燃比を本質的に一定に維持する工程を含む請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
前記酸素含有燃焼ガスと混合すべき再循環煙道ガス、またはその他の低酸素含有ガスまたは不活性ガスの量によって前記燃焼室内の温度を制御しながら、前記空燃比を決められた限界内に維持する請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
前記燃料を、固体燃料粒子の形で供給する工程を含む請求項１から請求項７までの何れか一項に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
前記固体燃料粒子が木材細片である請求項８に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
前記固体燃料粒子が木材ペレットである請求項８に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
前記固体燃料粒子が、直径４ｍｍまでの破砕木材ペレットである請求項８に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
燃焼室へ供給する比較的少量の燃料に対して、燃焼室内に空燃比が理論空燃比よりも大きい状態が行渡るように、前記酸素含有燃焼ガスの量を制御する工程、
燃料の量が増えたとき、前記酸素含有燃焼ガスを燃焼室へ供給する接線速度を増すことによって、前記酸素含有燃焼ガスの量を増すことにより、前記空燃比が理論空燃比よりも大きい状態を保持する工程、
前記酸素含有燃焼ガスの接線速度が前記上限ガス速度に達する前に、または前記燃料の量は、前記燃焼室内の温度が７００°Ｃ〜１３００°Ｃであるという判定基準を満たす、空燃比が理論空燃比よりも小さい状態を得られるようになっており且つ酸素含有燃焼ガスの接線速度が前記下限ガス速度以上であるときに、前記酸素含有燃焼ガスの接線速度を減らすことによって、前記酸素含有燃焼ガスの燃料に対する比率を減らして空燃比が理論空燃比よりも小さい状態へシフトする工程を含む請求項８から請求項１１までのいずれか一項に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
前記判定基準は、前記燃焼室内の温度が９００°Ｃ〜１１００°Ｃである請求項１２に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
空燃比が理論空燃比よりも小さい状態へシフトしてから、
燃料の量が更に増えるとき、空燃比が理論空燃比よりも小さい状態を保持しながら、前記酸素含有燃焼ガスを燃焼室へ供給する接線速度を増すことによって、前記酸素含有燃焼ガスの量を増す工程をさらに含む請求項１２又は請求項１３に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
燃焼室へ供給する比較的大量の燃料に対して、燃焼室内に空燃比が理論空燃比よりも小さい状態が行渡るように、前記酸素含有燃焼ガスの量を制御する工程、
燃料の量が減ったとき、前記酸素含有燃焼ガスを燃焼室へ供給する接線速度を減らすことによって、前記酸素含有燃焼ガスの量を減らすことにより、空燃比が理論空燃比よりも小さい状態を保持する工程、
前記酸素含有燃焼ガスの接線速度が前記下限ガス速度に達する前に、または燃料の量は、燃焼室内の温度が７００°Ｃ〜１３００°Ｃであるという判定基準を満たす、空燃比が理論空燃比よりも大きい状態を得られるようになっており且つ前記酸素含有燃焼ガスの接線速度が前記上限ガス速度以下であるときに、前記酸素含有燃焼ガスの接線速度を増すことによって、前記酸素含有燃焼ガスの燃料に対する比率を増して空燃比が理論空燃比よりも大きい状態へシフトする工程を含む請求項８から請求項１１までのいずれか一項に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
前記判定基準は、前記燃焼室内の温度が９００°Ｃ〜１１００°Ｃである請求項１５に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
空燃比が理論空燃比よりも大きい状態へシフトしてから、
前記燃料の量が更に減ったとき、空燃比が理論空燃比よりも大きい状態を保持しながら、前記酸素含有燃焼ガスを燃焼室へ供給する接線速度を減らすことによって、前記酸素含有燃焼ガスの量を減らす工程をさらに含む請求項１５または請求項１６に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
前記下限ガス速度が、少なくとも大多数の燃料粒子を燃焼室内で循環し続けさせるための最低速度である請求項８から請求項１７までの何れか一項に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
水平に伸びる対称中心軸を有する燃焼室を備えるサイクロンバーナについて、前記燃焼室の頂部での下限ガス速度Ｖ_p,tを、φ＝１８０°に対して境界条件

を満足する以下の微分方程式を解くことによって計算する請求項８から請求項１８までの何れか一項に記載された燃焼プロセスを実施する方法。

但し、
μ＝摩擦因子
Ｃ_ｄ＝ドラグ係数
Ａ_ｐ＝燃料粒子の断面積
ρ_ｇ＝酸素含有燃焼ガスの密度
φ＝垂直線に対する角度、即ち、燃焼室の頂部で１８０°
Ｖ_g,t＝接線ガス速度
Ｖ_p,t＝接線粒子速度
ｍ_ｐ＝粒子の質量
ｇ＝重力定数
Ｒ＝サイクロンバーナの燃焼室の半径
Ｓ＝粒子が周縁に沿って移動する距離。
垂直に伸びる対称中心軸を有する燃焼室を備えるサイクロンバーナについて、下限ガス速度Ｖ_ｇ _,tを以下の式を解くことによって計算する請求項８から請求項１８までの何れか一項に記載された燃焼プロセスを実施する方法。

但し、
Ｖ_g,t＝接線ガス速度
ｇ＝重力定数
Ｒ＝サイクロンバーナの燃焼室の半径
α＝水平線に対する角度
μ＝摩擦因子
ｄ_ｐ＝燃料粒子の直径
ρ_ｐ＝燃料粒子の密度
ρ_ｇ＝酸素含有燃焼ガスの密度
Ｃ_ｄ＝ドラグ係数。
前記上限ガス速度は、大量の未燃焼粒子が燃焼室を離れるのを防ぐために許容できる最高速度であり、前記上限ガス速度が２０〜５０ｍ／ｓである請求項８から請求項２０の何れか一項に記載された燃焼プロセスを実施する方法。
前記上限ガス速度が２５〜４０ｍ／ｓである請求項２１に記載された燃焼プロセスを実施する方法。