JP5475002B2 - 微粉炭ノズルのためのヘッドアセンブリ - Google Patents

Description

本出願は、２００８年１２月１８日に出願して“石炭ロープ分散器を備えている微粉燃料用ヘッドアセンブリ”と題する米国特許仮出願第６１／１３８，５７８号（事件記録簿番号Ｗ０８／０７２−０）及び２００９年７月１７日に出願して“交換可能な摩耗部品を備えている石炭ロープ分散器”と題する米国特許出願第１２／５０４，９３２号（事件記録簿番号Ｗ０８／０７２−１）の利益及び早い方の出願日を優先主張するものである。これらの特許出願の全体の内容を参照するために、それらの内容は本明細書に含まれている。

本発明は、微粉固体燃料（例えば、微粉炭）供給システム、より詳細には、微粉炭供給システムにおいて用いるための燃料ヘッドアセンブリに関する。

図１は微粉固体燃料燃焼式蒸気発生器１０の一例を示し、この蒸気発生器は燃焼室１４を包含し、この燃焼室内で微粉固体燃料（例えば、微粉炭）と空気との燃焼が開始されるものと示されている。微粉炭と空気との燃焼から生じた熱いガスは、蒸気発生器１０内を上昇し、伝統的な方法では蒸気発生器１０の壁を裏打ちしている多数の流体通過管（図示せず）に熱を伝達する。蒸気発生器１０内で発生した蒸気は、例えばタービン／ジュネレータセット（図示せず）において用いられているタービン（図示せず）に流れるように、又は任意の他の目的のために流れるように作られている。

蒸気発生器１０は１つ又はそれ以上の風箱２０を包含することができ、この又はこれらの風箱２０は蒸気発生器１０の隅部又は側部に設けられる。各風箱２０には複数の空気コンパートメント１５が設けられ、適当な源（例えば、ファン）から供給された空気がこれらの空気コンパートメント１５を通して蒸気発生器１０の燃焼室１４内へ噴射される。また、各風箱２０には複数の燃料コンパートメント１２が設けられており、微粉炭がこれらの燃料コンパートメントを通して蒸気発生器１０の燃焼室１４内へ噴射される。更に、追加の空気が風箱２０よりも高い位置に設けられている入口３０，３２を通して導入される。

微粉炭は、微粉炭供給手段２２により供給される。微粉炭供給手段２２は、複数の微粉固体燃料ダクト２６を介して燃料コンパートメント１２と流体連通している粉砕機２４を包含する。粉砕機２４は空気源（例えば、ファン）に接続され、これにより、空気源により発生した空気流れが粉砕機２４からの微粉炭を微粉固体燃料ダクト２２及び燃料コンパートメント１２を通して燃焼室１４内へ運ぶ。

図２は、燃料コンパートメント１２内に設けられている従来の微粉炭ノズルアセンブリ３４の縦断面図である。１つのみの燃料コンパートメント１２が示されているけれども、図１の各燃料コンパートメント１２がノズルアセンブリ３４を包含できるものであることを認識されよう。ノズルアセンブリ３４は、燃焼室１４内へ突出するノズルチップ３６と、燃料コンパートメント１２内を通して延びる燃料供給パイプ３８と、ヘッドアセンブリ４０とを包含し、ヘッドアセンブリ４０によりノズルアセンブリ３４が固体燃料ダクト２６に連結されている。典型的には、ヘッドアセンブリ４０は、実質的に垂直の固体燃料ダクト２６を実質的に水平の燃料供給パイプ３８に接続するエルボから成る。

ノズルチップ３６は、外側シェル３９と内側シェル４２とを包含するダブルシェルの構造を有することができる。内側シェル４２は外側シェル３９内に同心的に配置されて、内側及び外側シェル４２，３９間に環状空間４４を形成する。内側シェル４２は、燃料供給パイプ３８に接続されて、空気中に乗せられている微粉炭の流れを燃料供給パイプ３８及び内側シェル４２を通して燃焼室１４（図１）内に供給する。環状空間４４は、二次空気の流れを燃焼室１４内に供給し、この二次空気の流れはノズルチップ３６を冷却するのに役立つ。ノズルチップ３６が分離して燃料供給パイプ３８に関して枢動可能であるように示されているけれども、燃料供給パイプ３８の一端は固定ノズルチップを形成するような形状にすることができることを認識されよう。

歴史的に、微粉炭ボイラシステムは燃料ダクト２６及びノズルアセンブリ３４にわたって微粉炭及び搬送空気の均等な分散をなしとげるのが困難であった。不均等な分散が、微粉固体（例えば、石炭）及び気体（例えば、空気）の二相流れシステムの搬送と関連して生じている。燃料ダクト２６における各ターン部において、二相間の分離が生じる。最後に、パイプが垂直の燃料ダクト２６から水平のノズルアセンブリ３４へ移行しているときには、“石炭ロープ”と称されている、石炭の細くて濃縮した流れが燃料供給パイプ３８の断面の一定部分において生成されている。

各ノズルアセンブリ３４は、燃料ダクト２６の上流経路及び他のファクター、例えば空気及び石炭の流量比に依存して、異なる石炭ロープの濃度及び位置を有する。この石炭ロープは、摩耗を加速せしめて部品寿命を減少せしめる、局部的なエロ―ジョンを増進せしめる。石炭ロープは、また、燃料／空気混合効率を減少せしめ、したがって、燃料の燃焼効率を減少せしめる。

石炭ロープは、これらの石炭ロープが壁と接触するところにエロ―ジョンを生じせしめる。これらの石炭ロープは、空気流れに追従する。図２において、このような空気流れは燃料供給パイプ３８の壁を腐食せしめるような石炭ロープを生じせしめる。燃料供給パイプ３８は、燃料コンパートメント１２の内側に設けられている。これらの燃料コンパートメント１２は、風箱を貫通している。したがって、燃料供給パイプ３８内の部品を交換することは非常に困難である。

他の部品、例えばヘッドアセンブリ４０は露出され、アクセスして保守点検するのが容易である。

過去において、水平のノズルアセンブリ３４を通しての微粉炭の分配する改善が、典型的には燃料供給パイプ３８内に設けられている機械的装置であって、石炭ロープ粉砕機として知られている装置でもって行われている。例えば、米国特許第６，１０５，５１６号明細書はノズルの燃料供給部分内に突出する、多数の横方向へ延びているリブセグメントを開示し、また米国特許第５，５２６，７５８号明細書はバーナノズル内に取り付けられている分配ハーフコーンを開示し、更には米国特許第５，５８８，３８０号明細書は石炭ノズル軸線に沿って設けられて複数の角度付けした支持レッグを備えている円錐形のディフューザを開示している。石炭ロープを粉砕する他の公知の方法は、オリフィスを燃料供給パイプ３８内に設ける。

経験及びコンピュータモデリングによれば、これらの石炭ロープ粉砕装置は空気を再分散することにおいては幾分成功しているが、しかしノズル内の微粉炭の分散については少ない影響を与えているにすぎないことが示されている。更に、これらの石炭ロープ粉砕装置は微粉炭供給システムに好ましくない圧力降下を生じせしめる。この圧力降下は、微粉炭供給能力を減少又は制限せしめる可能性があるものである。

したがって、保守点検するのが容易であり、また石炭ロープの生成及び石炭ロープに関連する問題を除去又は減少せしめるためにバーナノズルアセンブリを通しての微粉炭の分散を改善せしめ、更に微粉炭供給システムにおける好ましくない圧力降下の量を減少せしめる装置が必要とされている。

先行技術の上述した欠点は、パイプエルボ内にそれぞれ設けられている少なくともひとつのターニングベーンと少なくともひとつの石炭ロープ粉砕ベーンとを包含する微粉炭ノズル用ヘッドアセンブリによって除去又は軽減される。前記ターニングベーンは、前記パイプエルボの入口ポート及び出口ポートに関して角度を付けられて、空気及び微粉炭粒子の流れを前記入口ポートから前記出口ポートに向かって再び向ける。前記石炭ロープ粉砕ベーンは、軸線のまわりを枢動可能であって、前記入口ポートからの空気及び微粉炭粒子に関しての前記石炭ロープ粉砕ベーンの角度を調節することができる。前記石炭ロープ粉砕ベーンの一部分は、前記パイプエルボを貫通して延びることができ、これにより微粉炭粒子が前記ヘッドアセンブリを通して流れている間に前記石炭ロープ粉砕ベーンを調節することができる。前記ターニングベーンも、また、調節可能とすることができる。

一実施形態において、前記パイプエルボは、更に、その屈曲部に形成されているアクセスポートと、このアクセスポートをおおっている、取外し可能なカバーとを包含する。前記少なくともひとつのターニングベーン及び前記少なくともひとつの石炭ロープ粉砕ベーンは前記取外し可能なカバーに取り付けることができ、したがって、前記少なくともひとつのターニングベーン及び前記少なくともひとつの石炭ロープ粉砕ベーンは前記取外し可能なカバーと一緒に取り出すことができる。

それぞれ内部に設置した燃料コンパートメントを有する、複数の風箱を包含する先行技術の石炭燃焼式蒸気発生器の概略図である。 燃料コンパートメント内に設置した先行技術の微粉炭ノズルアセンブリの縦断面図である。 本発明の一実施形態による燃料ヘッドアセンブリを包含する微粉炭ノズルアセンブリの縦断面図（図５の３−３線に沿う断面図）である。 図３の燃料ヘッドアセンブリの斜視図である。 図３の燃料ヘッドアセンブリの一方の側面図であって、出口端を示す。 図３の燃料ヘッドアセンブリの他方の側面図であって、取外し可能なカバーを示す。 本発明の他の実施形態による微粉炭ノズルアセンブリの側面断面図である。 本発明による微粉炭ノズルアセンブリの更に他の実施形態の斜視図である。 図８の燃料ヘッドアセンブリの斜視図である。 図９の燃料ヘッドアセンブリの分解図であって、その内部構造を示す。 燃料ヘッドアセンブリの他の実施形態の分解図であって、その内部構造を示す。 本発明による燃料ヘッドアセンブリの側面図であって、曲りベーンの縦曲率を示す。 本発明による燃料ヘッドアセンブリの正面図であって、曲りベーンの横曲率を示す。 先行技術の燃料ヘッドアセンブリにおける微粉固体燃料粒子の濃度分布のシミュレーションを示す図である。 本発明による燃料ヘッドアセンブリにおける微粉固体燃料粒子の濃度分布のシミュレーションを示す図である。

以下、図面の図３−図１５を参照する。これらの図及び図１，図２において、同一の要素には同一の符号が付けられている。

図３は、燃料コンパートメント１２内に設置した微粉炭ノズルアセンブリ５０の縦断面図である。１つのみの燃料コンパートメント１２が示されているけれども、図１の各燃料コンパートメント１２がノズルアセンブリ５０を包含することができることを認識されよう。ノズルアセンブリ５０は、燃焼室１４内に突出することができるノズルチップ３６と、燃料コンパートメント１２内を通して延びる燃料供給パイプ３８と、ヘッドアセンブリ５２とを包含する。ノズルアセンブリ５０は、ヘッドアセンブリ５２により固体燃料ダクト２６に連結される。

図３−図６を参照するに、微粉固体燃料ノズル５０のためのヘッドアセンブリ５２は、少なくともひとつのターニングベーン５４と、少なくともひとつの石炭ロープ粉砕ベーン５６とを包含し、これらのベーン５４及び５６はパイプエルボ５８内に設置されている。図示の実施形態は、２つのターニングベーン５４と、４つの石炭ロープ粉砕ベーン５６とを包含している。パイプエルボ５８は、例えば、標準エルボ（例えば、図２のヘッドアセンブリ４０）の代りに既存システムに取り付けることができる９０度曲りのエルボから成ることができる。各ターニングベーン５４は、パイプエルボ５８の入口ポート６０及び出口ポート６２に関して角度付けされて、空気及び微粉炭粒子の流れを入口ポート６０から出口ポート６２に向かって向け直し、流れを促進せしめて圧力降下を減少せしめるのを助長する。図示の実施形態において、各ターニングベーン５４は曲面部を形成するように曲げられ、パイプエルボ５８の全体の流れ区域にわたって実質的に延びている。各ターニングベーン５４は、図４に符号５９によって示されているように、ターニングベーンの左側部及び右側部をそれぞれ独立して調節できるように分断することができる。ターニングベーン５４は、耐摩耗性金属又はセラミックスから作ることができる。

各石炭ロープ粉砕ベーン５６は、入口ポート６０からの空気及び微粉炭粒子の流れに関しての石炭ロープ粉砕ベーン５６の角度を調節するために軸線６４のまわりを枢動可能である。石炭ロープ粉砕ベーン５６の一部分６６は、微粉炭粒子がヘッドアセンブリ５２を通して流れている間に石炭ロープ粉砕ベーン５６を調節することができるようにするために、パイプエルボ５８を貫通して延びることができる。これは、ボイラにおけるノズルアセンブリ５０中の石炭ロープ濃度及び位置の差を原因とする石炭ロープ粉砕ベーン５６のオンライン調節を容易にすることができる。石炭ロープ粉砕ベーン５６の長さに依存して、ターニングベーン５４は点検ポート６８（図５）を包含することができ、これらの点検ポート６８を横切って石炭ロープ粉砕ベーン５６が延びる。石炭ロープ粉砕ベーン５６は、耐摩耗性金属又はセラミックスから作ることができる。

パイプエルボ５８は、更に、その屈曲部に形成されているアクセスポート６３と、このアクセスポート６３をおおっている、取外し可能なカバー（アクセスカバー）７０とを包含することができる。石炭ロープ粉砕ベーン５６及びターニングベーン５４は取外し可能なカバー７０に取り付けることができ、したがって、カバー７０を簡単に取り外すことにより、これらのベーン５６及び５４を簡単に取り出すことができる。風箱又は炉へのアクセスは、必要とされない。カバー７０が取り外しされてベーン５４及び５６が取り出された後、これらのカバー７０及びベーン５４，５６は現場外での修繕及び再装着のためのアセンブリとして輸送することができる。ヘッドアセンブリ５２の構成部品を交換することは、多数の固定ノズル及びチップの摩耗寿命を伸ばす。

図示の実施形態において、各ターニングベーン５４は支持バー７２に取り付けられ、支持バー７２がそれから取外し可能なカバー７０に取り付けられる。構造安定性を増大せしめるために、１つ又はそれ以上のスペーサ７４をターニングベーン５４間に取り付けることができる。支持バー７２は、この支持バー７２を取外し可能なカバー７０に取り付け、カバー７０を取り外しすることなしにターニングベーン５４を調節することができるようにするために、カバー７０を貫通して延びる一部分（例えば、ピン）７６を包含することができる。各支持バー７２は、入口ポート６０からの空気及び微粉炭粒子の流れに関しての、支持バー７２に取り付けられたターニングベーン５４の角度を調節するために、軸線７８のまわりを枢動可能である。支持バー７２は、ロックナット又は延長部分７６に螺着することができる同種の手段により適所に固定することができる。

石炭ロープ粉砕ベーン５６は、この石炭ロープ粉砕ベーン５６を取外し可能なカバー７０に取り付け、カバー７０を取り外しすることなしに石炭ロープ粉砕ベーン５６を調節することができるようにするために、カバー７０を貫通して延びる一部分（例えば、ピン）６６を包含することができる。石炭ロープ粉砕ベーン５６は、ロックナット又は延長部分６６に螺着することができる同種の手段により適所に固定することができる。図示の実施形態において、石炭ロープ粉砕ベーン５６及びターニングベーン５４は、カバー７０にだけ取り付けられて、それ以外のパイプエルボ５８には取り付けられておらず、したがってこれらのベーン５４，５６をカバー７０と一緒にパイプエルボ５８から取り外すことができる。

コンピュータモデリングによれば、本発明の燃料ヘッドアセンブリ５２は、標準のロングラジアスパイプエルボ（例えば、図１のヘッド４０）におけると同じ圧力損失を実質的に維持しながら、ノズルアセンブリ５０内の石炭分散を改善することが示されている。理論によって説明することには欠けるけれども、ノズルアセンブリ５０内の石炭分散の改善は、その理由のひとつとして、石炭ロープ粉砕ベーン５６を適当な位置に置いて、したがって特定のノズルアセンブリ５０内の石炭ロープ状態に合わせるようにできるためと考えられる。更に、ノズルアセンブリ５０内の石炭分散の改善は、その理由の他のひとつとして、先行技術の石炭ロープ粉砕装置が典型的に設置されている燃料供給パイプ３８の上流である、石炭ロープ粉砕ベーン５６の位置のためと考えられる。石炭ロープ粉砕ベーン５６を燃料ヘッドアセンブリ５２内に設置することにより、石炭粒子をノズルアセンブリ５０内において均等に分散せしめるのに利用できる有効長さが増大される。

したがって、先行技術の石炭ロープ粉砕ベーンと比較したときに、本発明のヘッドアセンブリ５２は水平のバーナノズルアセンブリ５０を通しての改善した微粉炭分散を提供し、これにより、石炭ロープの生成及び石炭ロープに関連する問題を除去又は軽減せしめ、また好ましくない圧力降下の量を軽減せしめる。

ノズルチップ３６は、外側シェル３９と内側シェル４２とを包含するダブルシェルの構造を有することができる。内側シェル４２は、内側及び外側シェル４２，３９間に環状空間４４を形成するように外側シェル３９内に同軸に配置されている。内側シェル４２は、空気中に乗せられた微粉炭の流れを燃料供給パイプ３８及び内側シェル４２を通して燃焼室１４（図１）内に供給するために、燃料供給パイプ３８に接続されている。環状空間４４は、二次空気の流れを燃焼室１４内に供給して、ノズルチップ３６を冷却するのに役立つ。ノズルチップ３６が分離されて燃料供給パイプ３８に関して枢動可能であると示されているけれども、燃料供給パイプ３８の一端は固定ノズルチップを形成するように形状を変えることができることを認識されよう。

図７は、本発明による円筒形の幾何学的形状を有するバーナノズルアセンブリ５０であって、ノズルアセンブリ５０と関連する火炎を調節する手段８０を包含する実施形態を示す。調節手段８０は、オンライン火炎形状を考慮し、ＮＯ_Ｘ及びＣＯのようなボイラ排出物質の減少を最大にするように火炎正面を調節する利点を提供する。調節手段８０は、ノズルアセンブリ５０の中心軸線に沿って延びているロッド８２と、このロッド８２の自由端に設けられてノズルチップ３６内に位置しているバッフル本体８４（この本体は流れている流体中に浸されたときに抵抗を生じせしめる形状を有する）とを包含する。ロッド８２の反対側の端８６は、取外し可能なカバー７０に設けられているグランドシール８８を貫通して延びている。グランドシール８８は、空気中に乗せられている微粉炭の流れがロッド８２に沿って逃げるのを防止し、また同時にロッド８２がその軸線に沿う方向へ動くのを許す。ロッド８２は、このロッド８２に取り付けられて燃料供給パイプ３８の内面に載っている一対のレッグ（図示せず）により燃料供給パイプ３８内に支持することができる。ロッド８２及びバッフル本体８４の、その軸線に沿う方向への動きは火炎の形状を調節することができるようにする。

図７はバッフル本体８４の使用を示しているけれども、他の手段を調節手段として用いることができるものと考えられる。例えば、スワラ（その本体はその外周まわりに互いに間隔を置いて設けられている複数のフィンを有する）を、空気中に乗せられている微粉炭の流れに回転を与えるように用いることができる。

図８は、本発明による微粉炭ノズルアセンブリの他の実施形態の斜視図である。この実施形態は、ノズルアセンブリ１５０と、ヘッドアセンブリ１５２とを包含する。ノズルアセンブリ１５０は、燃料コンパートメント１２内を通して延びる燃料供給パイプ３８を有する。図１の各燃料コンパートメント１２が、ノズルアセンブリ１５０を包含することができる。

上述した実施形態と同じように、ノズルアセンブリ１５０は燃料供給パイプ３８の一端に設けられているノズルチップ３６を包含し、このノズルチップ３６は燃焼室１４内へ突出することができる。燃料供給パイプ３８の他端は、ヘッドアセンブリ１５２に接続されている。

図９は、図８の燃料ヘッドアセンブリ１５２の斜視図である。ヘッドアセンブリ１５２は、入口ポート１６０と、出口ポート１６２とを有する。これらのポートの両方は、他の部品に取り付けるためのフランジを有する。出口ポート１６２のフランジ１６４が、図９に示されており、ヘッドアセンブリ１５２を燃料供給パイプ３８に取り付ける。

取外し可能なカバー１７０及び下方ケーシング１８０は、互いに接続されて内部空どう１８３（図１１）を形成し、この内部空どうは入口ポート１６０を出口ポート１６２に流体連通せしめる管状の曲り流路であり、この曲り流路は曲率半径Ｒ（説明上、“Ｒ”で示す）を有する。

耐摩耗性で取外し可能及び交換可能なケーシングライナー１８５（図１０）が、内部空どう１８３内に設けられる。このケーシングライナー１８５は、複数の曲りベーン１５１，１５３を有する（図９には２つの曲りベーン１５１，１５３が示されているけれども、任意の数の曲りベーンを用いることができる）。

曲りベーン１５１は、入口ポート１６０の近くの前縁１５５（図１１）から出口ポート１６２の近くの後縁１５６（図１１）まで進む縦方向ＣＬ（説明上、“ＣＬ”で示す）において曲っている表面を有する。曲りベーン１５１，１５３の曲率半径は、内部空どう１８３の曲率半径Ｒとほぼ等しい。

上記表面は、また、横方向ＣＳ（説明上、“ＣＳ”で示す）においても曲っている。曲りベーンの横曲率Ｃ_Ｓ（図１３）は、内部空どう１８３の横断面円周Ｃ（説明上、“Ｃ”で示す）とほぼ等しい曲率半径を有する。

本発明の代替的な実施形態において、２つの曲りベーン１５１，１５３の少なくともひとつの後縁１５６はその最も近い導管表面から離れるように角度が付けられる。この角度は、好適には、１３度までである。これは、微粉炭を乗せている空気流れがヘッドアセンブリ１５２及び／又はノズルアセンブリ１５０の表面に接触することを更に減少せしめる。

また、本発明の他の代替的な実施形態において、前縁１５５は内部空どう１８３を取り囲む、その最も近い表面と実質的に平行である。これは、空気抵抗及び圧力降下を減少せしめる。

二次元のこの曲率は、空気及び微粉炭粒子の流れを入口ポート１６０から出口ポート１６２に向かって内部空どう１８３及び燃料ノズルのまわりの表面から離れるように指し向けるのに有効である。これは、石炭ノズルの摩耗及び腐食を非常に減少せしめ、必要とされる保守点検を減少せしめる。

２つの曲りベーン１５１，１５３が、図９に部分的に示されている。これらの曲りベーンは、空気／燃料粒子をヘッドアセンブリ１５１を通して案内する働きをするが、しかし、また石炭ロープを粉砕する働きもする。これらの曲りベーンは、一般に、空気流れ中に乗せられている燃料粒子を入口ポート１６０の周囲部から出口ポート１６２に向けさせ、典型的にヘッドアセンブリ１５２の内面に沿って進む最大可能な曲率半径を典型的に有する石炭ロープの収集を減少せしめる。これらの曲りベーンは、流れの一部分をヘッドアセンブリ１５２の内面上ではなくて曲りベーン１５１，１５３の各々の下に向ける。

好適な実施形態において、曲りベーン１５１，１５３は固定されて、下方ケーシング１８０に関して動くことができない。この設計は、追加の強さを提供し、曲りベーン１５１，１５３の好ましくない動き又は調節を最少にする。これらの曲りベーンは、一層均等な石炭粒子流れの分散を生じせしめて石炭ロープを粉砕するような形状とされている。

図８及び図９を参照するに、また、燃料供給パイプ３８への腐食及び損傷を最少にするために、燃料／空気流れを燃料供給パイプ３８内を下向きに通過する（パスダウン）ように向けることができる。これは、腐食を曲りベーン１５１，１５３及びヘッドアセンブリ１５２の残り部分へ移す。

曲りベーン１５１，１５３及びヘッドアセンブリ１５２の内部は、耐摩耗性が高い、交換可能なライナー、例えばセラミックでもって又は部分的に金属及び部分的にセラミックでもって被覆される。これらの部品は、図１０と関連してより詳細に述べられる。

燃料供給パイプ３８は、風箱内にある燃料コンパートメント１２内にある。したがって、燃料供給パイプ３８を交換又は修繕するためには、風箱を解体し、それから燃料コンパートメントを解体し、それから燃料供給パイプ３８を交換又は修繕しなければならない。これは、時間を消費し、コストが高くなる。

他方、ヘッドアセンブリ１５２は風箱の後部の外へ延びていて、容易にアクセスすることができる。更に、燃焼室は風箱の反対側にあり、ヘッドアセンブリ１５２の近くの温度は著しく低い。これは、保守点検のためにヘッドアセンブリを冷すために少ない時間を必要とするだけである。

本発明の一実施形態は、また、取外し可能なカバー１７０を有する。このカバーを取り外すことにより、保守点検しようとする部品へのアクセスを容易にすることができる。これは、保守点検することを一層容易にする。

２つの曲りベーン１５１，１５３が図９に示されているけれども、３つ又はそれ以上の曲りベーンを用いることができるものである。

図１０は、図９の燃料ヘッドアセンブリの分解図であって、その内部構造を示す。取外し可能なカバー１７０が取り外しされると、他の部品は容易にアクセス可能及び交換可能であることを見ることができる。

交換可能な内部部品は、耐摩耗性の高いライナー、例えばカバーライナー１７５である。このカバーライナー１７５は、取外し可能なカバー１７０の内面を被覆する。交換可能な内部部品は、また、下方ケーシング１８０の内面を被覆しているケーシングライナー１８５である。曲りベーン１５１，１５３は、耐摩耗性の高い材料で作られ、また取外し可能及び交換可能である。

１つ又はそれ以上の点検ポート１６８を、点検ポートとして働くように下方ケーシング１８０及びケーシングライナー１８５を貫通してヘッドアセンブリに設けることができる。また、図３−図７と関連して詳述した特徴をこの実施形態においても用いることができる。例えば、石炭ロープ粉砕ベーン、制御装置及び支持体の特徴を加えることができる。

再組み立てのために、取外し可能なカバーの上方フランジ１７２と下方ケーシングの下方フランジ１８２とは、一緒にボルト締めされて、積極的なシールのためのガスケット（好適には、四フッ化エチレンで作られている）を狭持する。したがって、本発明は、石炭ロープを粉砕する装置であって、取外し可能な摩耗部品を有し、容易にアクセス可能でかつメンテナンスするためのコストが少ない装置を提供する。

図１１は、燃料ヘッドアセンブリの他の実施形態の分解図であって、その内部構造を示す。

この実施形態において、耐摩耗性の取外し可能なケーシングライナー（図１０の符号１８５）は、２つの部品、すなわち、上方ケーシングライナー１８７と下方ケーシングライナー１８９とから作られている。上方ケーシングライナー１８７は、第１の曲りベーンの上方部分１５１ａと、第２の曲りベーンの上方部分１５３ａとを包含する。これらの２つの曲りベーンの後縁１５６が示されている。

下方ケーシングライナー１８９は、第１の曲りベーンの下方部分１５１ｂと、第２の曲りベーンの下方部分１５３ｂとを包含する。これらの２つの曲りベーンの前縁１５５が示されている。

下方ケーシングライナー１８９が最初に下方ケーシング１８０内に挿入され、続いて上方ケーシングライナー１８７が下方ケーシング１８０内に挿入される。第１の曲りベーンの上方部分１５１ａは、第１の曲りベーンの下方部分１５１ｂと接触して、単一の連続する曲りベーンとして働き、この単一の連続する曲りベーンは総括して符号１５１によって示される。

同様に、第２の曲りベーンの上方部分１５３ａは、第２の曲りベーンの下方部分１５３ｂと接触して、単一の連続する曲りベーンとして働き、この単一の連続する曲りベーンは総括して符号１５３によって示される。

この方法で作られるケーシングライナーは、取り付けるのが非常に容易であり、また図１０のケーシングライナー１８５と同じように機能する。

図１２は、本発明によるヘッドアセンブリの側面図であって、曲りベーンの縦曲率を示す。

弧Ａ_Ｌは、入口ポート１６０を出口ポート１６２に接続する内部空どうの中心線の曲率に追従する。これは、９０度の弧にわたる。この弧Ａ_Ｌは、その曲率半径ｒ_Ｌを示すために円Ｃ_Ｌを描くように延ばして示されている。

弧Ａ_１Ｌは、図１２には示されていない、ヘッドアセンブリ内の第１の曲りベーン（図９−図１１の符号１５１）にわたってトレースする。この弧Ａ_１Ｌは、曲率半径ｒ_１Ｌを有する円Ｃ_１Ｌを描くように延ばして示されている。

このケースにおいて、曲りベーンの曲率はヘッドアセンブリ１５２の曲率と同軸である。これは、流れを複数の部分に有効に分割し、各流れ部分を曲り部のまわりに向けて、石炭ロープを粉砕すると共にヘッドアセンブリ１５２を通しての空気流れ及び空気流れ中に乗せられている固体燃料粒子の分散を均等にする。

代替的な実施形態において、図１１に実線でまた図１２に点線で示されている端板２５１，２５３を曲りベーンの後縁に取り付けることができる。これらの端板の典型的な長さは、１２インチ（３０．５ｃｍ）の直径の導管で約３インチ（７．６ｃｍ）の長さである。これらの端板は、空気流れを出口１６２で弧Ａ_１Ｌ，Ａ_２Ｌの方向から１３度もの角度だけ下向きに向ける。これらの弧は９０度の弧であるので、出口１６２での弧Ａ_１Ｌ，Ａ_２Ｌの方向は水平である。

図１３は、本発明によるヘッドアセンブリの正面図であって、曲りベーンの横曲率を示す。

曲りベーン１５１，１５３は二次元に曲っているので、また、第２の寸法又は横寸法の曲率を明確にする。出口１６２の内面は、円Ｃ_Ｓである。この円Ｃ_Ｓは、ｒ_Ｓの半径を有する。

第１の曲りベーン１５１の曲率は、横方向の曲率半径ｒ_１Ｓを有する円Ｃ_１Ｓを描くように延ばして示されている。同様に、第２の曲りベーン１５３の曲率は、横方向の曲率半径ｒ_２Ｓを有する円Ｃ_２Ｓを描くように延ばして示されている。

ｒ_１Ｌ＝ｒ_１Ｓのとき、曲りベーン１５１は球面の一部分の形状を有する。同様に、ｒ_２Ｌ＝ｒ_２Ｓのとき、曲りベーン１５３は球面の一部分の形状を有する。

より一層均等な空気流れがｒ_２Ｓ<ｒ_１Ｓ<ｒ_Ｓを選択することから生じることがわかった。これは、外側表面との接触の量を最小にした。同様に、より一層均等な空気流れがｒ_２Ｌ<ｒ_１Ｌ<ｒ_Ｌを選択することから生じることがわかった。これは、また、外側表面との接触の量を最小にした。

ベーンの最良の厚さは、背圧を最小にするために０．２５インチ（０．６ｃｍ）の厚さと１インチ（２．５ｃｍ）の厚さとの間である。典型的な導管半径は、６インチ（１５．２ｃｍ）から４０インチ（１０１．６ｃｍ）の範囲である。

この設計は、流れを運ぶ数本の同心のパイプに近い。しかしながら、本発明はこのような同心パイプと比較して著しく小さい背圧を有する。

幾つかのテストが本発明について行なわれた。

図１４は、先行技術によるヘッドアセンブリにおける微粉固体燃料粒子の濃度分布のシミュレーションを示す。

図１５は、本発明によるヘッドアセンブリにおける微粉固体燃料粒子の濃度分布のシミュレーションを示す。

図１４及び図１５の両方は、ポンド毎立方フートで測定した、ノズル（図８の符号１５０）の出口での微粉燃料粒子の濃度を示す。フローシミュレーションプログラムＦＬＵＥＮＴバージョン６．３が、図１４及び図１５を作成するために用いられた。

これらの図に見ることができるように、図１４の先行技術によるノズルの右側壁における固体燃料粒子流れの濃度は高い。高濃度は先行技術によるヘッドアセンブリの内側の頂面に続くものと考える。旋回作用は、流れがヘッドアセンブリからノズル出口に進むにしたがって、この高濃度を右側壁に移動させることを生じせしめる。

本発明の固体燃料粒子の濃度のシミュレーションが、図１５に示されている。濃度全体が、いっそう均等に分散されている。最も高い濃度は、２つの細長い領域の壁から離れている。これらの２つの細長い領域の各々は、曲りベーンに属する。２つの曲りベーンは、流れをノズルの壁から離れるように向け直すのに最適である。これは、ノズルの壁の摩耗及び腐食を最少にする。シミュレーションは、図１５の本発明によれば、図１４の先行技術の装置と比較して、ノズルのエロージョンが９５％も減少されていることを示した。これは、また、部品の寿命が先行技術の部品よりも約２０倍も長いことを示す。
濃度が一層均等に分散されるので、微粉固体燃料の清浄でかついっそう有効な燃焼を導く。

本明細書に記載されていなくても、本明細書に記載した特定の実施形態に関する特徴、代替又は変形は、また、本明細書に記載した他の実施形態と一緒に適用、使用又は結合することができることを理解すべきである。また、図面は一定の比率に縮小して描かれていない。

本発明は種々の変形及び代替をなすことができるものであるので、本発明は本明細書に開示した特定の実施形態に限定されるものではないことを理解すべきである。したがって、本発明の範囲には、特許請求の範囲に記載されている本発明の精神内にあるすべての変形、等価及び代替が含まれるものである。

Claims (7)

1. 微粉炭ノズルのためのヘッドアセンブリ（１５２）であって、入口ポート（１６０）を有する下方ケーシング（１８０）を包含するヘッドアセンブリ（１５２）において、
   前記下方ケーシング（１８０）に取り付けられて内部空どう（１８３）及び出口ポート（１６２）を形成する、取外し可能なカバー（１７０）であって、前記内部空どう（１８３）が曲率半径（Ｒ）を有して前記入口ポート（１６０）を前記出口ポート（１６２）に流体連通せしめる管状の曲り流路である、取外し可能なカバー（１７０）と、
   前記内部空どう（１８３）内に設けられて少なくともひとつの曲りベーン（１５１，１５３）を有する耐摩耗性の取外し可能なケーシングライナー（１８５）であって、前記曲りベーン（１５１，１５３）が、前記入口ポート（１６０）の近くの前縁（１５５）から前記出口ポート（１６２）の近くの後縁（１５６）にまで進む縦曲率半径（ｒ_１Ｌ，ｒ_２Ｌ）と、空気及び微粉炭粒子の流れを前記入口ポート（１６０）から前記出口ポート（１６２）に向かって前記内部空どう（１８３）のまわりの表面から離れるように向ける横曲率半径（ｒ_１Ｓ，ｒ_２Ｓ）とをもつ曲面を有している、取外し可能なケーシングライナー（１８５）と、
   を包含することを特徴とするヘッドアセンブリ。
2. 請求項１記載のヘッドアセンブリ（１５２）において、更に、前記取外し可能なカバー（１７０）を摩耗から防止するために、前記取外し可能なカバー（１７０）内に設けられている耐摩耗性の交換可能なカバーライナー（１７５）を包含することを特徴とするヘッドアセンブリ。
3. 請求項１記載のヘッドアセンブリ（１５２）において、前記曲りベーン（１５１，１５３）の縦曲率（ｒ_１Ｌ）が前記内部空どう（１８３）の縦曲率半径（ｒ_Ｌ）とほぼ等しい曲率半径を有することを特徴とするヘッドアセンブリ。
4. 請求項１記載のヘッドアセンブリ（１５２）において、前記取外し可能なケーシングライナー（１８５）が、互いに分離して挿入することができる耐摩耗性の交換可能な上方ケーシングライナー（１８７）と耐摩耗性の交換可能な下方ケーシングライナー（１８９）とから成っていることを特徴とするヘッドアセンブリ。
5. 請求項４記載のヘッドアセンブリ（１５２）において、前記曲りベーン（１５１，１５３）が、前記上方ケーシングライナー（１８７）に設けられている、少なくともひとつの曲りベーンの上方部分（１５１ａ，１５３ａ）と、前記下方ケーシングライナー（１８９）に設けられ、前記曲りベーンの上方部分（１５１ａ，１５３ａ）と接触して連続する曲げベーンとして機能する、少なくともひとつの曲りベーンの下方部分（１５１ｂ，１５３ｂ）とから成っていることを特徴とするヘッドアセンブリ。
6. 請求項１又は４記載のヘッドアセンブリ（１５２）において、前記曲りベーン（１５１，１５３）が前記ケーシングライナー（１８５，１８７，１８９）に関して固定されて、追加の強さを与えると共にこれらの曲りベーン（１５１，１５３）の好ましくない動きを最少にすることを特徴とするヘッドアセンブリ。
7. 請求項１記載のヘッドアセンブリ（１５２）において、更に、前記内部空どう（１８３）内へ貫通してその内面を点検できるようにしたポート（１６８）を包含することを特徴とするヘッドアセンブリ。

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