JP6615461B2 - イグナイタランスおよびイグナイタランスを有するバーナを作動させる方法 - Google Patents

Description

本開示は、イグナイタランスおよびイグナイタランスを有するバーナを作動させる方法に関する。

矩形のジェットバーナの他に、円形のバーナ（すなわち同心状の流れを形成するバーナ）は、例えば、微粉砕された化石燃料および／またはバイオマスを燃焼させる大型の発電プラントの炉において最も頻繁に使用される（例えば主バーナおよび／または始動バーナとして）バーナである。

円形のバーナには、主燃料として微粉砕された燃料（例えば微粉炭）が供給される。主燃料の点火のためには、油またはガスの使用が必要であり、油またはガスは、通常、電気火花によって点火される。始動時、油またはガスは、火炎を発生させるために使用され、火炎自体は、主燃料（微粉砕された化石燃料および／またはバイオマス）を点火する。主燃料の点火後、油またはガスは通常、スイッチオフされる。

この概念は、二次燃料としての油またはガスによって発生された火炎によって補助されることなく主燃料による燃焼が自立することができるようになる前に、大量の高価な油またはガスが消費されるという欠点を有する。

さらに、微粉砕された主燃料用の設備に加え、油またはガスの貯蔵、準備、搬送および供給のための複雑な設備が設置および維持されなければならない。

主燃料を点火するために油またはガスを使用する補助的な燃焼システムを作動させる必要性を排除するために、独国特許第１０２０１１０５６６５５号明細書には、主燃料としての微粉砕された燃料（例えば乾燥亜炭）によって作動されかつ主燃料の直接点火のために使用される少なくとも１つのプラズマランスを有する円形または矩形の主バーナが記載されている。

プラズマランスは、小さな火炎を発生することができるので、しばしば、微粉砕された燃料を点火するために複数のプラズマランスが必要とされ、それに加え、プラズマランスの位置決めが、微粉砕された燃料の正確な点火のために関係している。

開示の態様は、従来のように、微粉砕された主燃料の点火のために油および／またはガスを必要としない、微粉砕された燃料（例えば化石燃料、バイオマスおよびその他）によって作動する工業規模のバーナの始動のための装置および方法を提供することを含む。この装置は、以下、イグナイタランスと呼称する。

この態様および別の態様は、添付の請求項に係るイグナイタランスおよび方法を提供することによって達成される。

特徴および利点は、添付の図面における非制限的な例によって例示された、イグナイタランスおよび前記ランスを有するバーナを作動させる方法の好適な、しかし非排他的な実施の形態の説明から明らかになる。

イグナイタランスの末端部分の例を示している。 イグナイタランスの末端部分の例を示している。 イグナイタランスを備えるバーナの一例を示している。

図１は、微粉砕された化石燃料および／またはバイオマス燃料（例えば石炭、亜炭、乾燥亜炭、バイオマス、瀝青炭およびその他）用のランス燃料ダクト２と、ランス燃料ダクト２を通過する微粉砕された燃料の点火用の電気イグナイタ３とを有する、イグナイタランス１を示している。

電気イグナイタ３は、様々なタイプのものであることができ、例えば、以下のものを有することができる：
−プラズマ火炎を発生するマイクロ波システム
−１つまたは複数のアークを発生するための電気回路に接続された電極を実現するシステム
−電気火花を発生するための電気回路に接続された電極を実現するシステム
−イオン化および／または電界または放電を発生するその他のシステム。

電気イグナイタ３の周囲にまたは電気イグナイタ３を通って（提供された適切な開口によって可能となる）、あらゆる酸化または不活性ガス（好適には空気）が流れ、電気イグナイタ３は、ランス燃料ダクト２を通じて供給される微粉砕された燃料を点火するのに十分なプラズマ４を形成するために必要なエネルギを提供する。

イグナイタランス１は、作動のために油またはガスを必要とせず、電力と、空気および／またはその他の酸化媒体によって搬送される微粉砕された燃料とが供給されるだけである。

好適には、ランス燃料ダクト２の末端部分には、開口６に面したデフレクタ５が設けられている。デフレクタ５の目的は、ランス燃料ダクト２を通過する微粉砕された燃料の一部を、イグナイタランス１に面した領域７において電気イグナイタ３によって形成されたプラズマ４に向かって変向させることである。

デフレクタ５は、壁部９および／または壁部１０から延びた突出部８を有しており、図１に示された例では、デフレクタ５は、壁部９から延びた、歯形リングを形成する突出部８を有する。

図１に示された例における突出部８は、壁部９の周囲にわたって、好適にはランス燃料ダクト２の全周にわたって延びており、互いに等間隔で配置されている。突出部８は、互いに等間隔でなくてもよい。

突出部８は、傾斜面１１を有しており、開口６から遠い方のより薄い部分１２と、開口６に近い方のより厚い部分１３とを有する。傾斜面１１は、壁部９に対して角度Ａを規定しており、この壁部９から傾斜面１１が延びている。この角度Ａは、５度〜９０度であり、好適には１０度〜４５度である。例えば、幾つかの実施の形態では、ランス燃料ダクト２における微粉砕された燃料の速度を減じ、プラズマ４における微粉砕された燃料の粒子の滞留時間を増加するために、約９０度を適用することができる。

有利には、デフレクタ５は、ランス燃料ダクト２を通過する流れＡ１の約５０体積％、好適には１０〜３０体積％、より好適には約２０体積％までを変向させることができる。

デフレクタ５の付加的な例は、平坦な形または円錐形の連続したリング（すなわち歯形リング構造を有さない）である。デフレクタ５は、ランス燃料ダクト２内に存在しなくてもよい。

壁部９（すなわちランス燃料ダクト２の外壁）は、壁部９の外側、ひいてはイグナイタランス１の周囲を通過する流れＢ１の一部を変向させるように拡開した末端部分１４を有する。流れＢ１は、空気および／またはその他の酸化媒体であってよく、幾つかの実施の形態では、微粉砕された化石燃料および／または微粉砕されたバイオマスと混合される空気および／または別の酸化媒体であってよい。

様々な例において、必要に応じて、電気イグナイタ３は、拡開した末端部分１４において延びていないか（図１）、拡開した末端部分１４内へ延びているか（図２）、または、拡開した末端部分１４に位置決めされるかまたはさらに領域７内へ（すなわち炉内へ）突出させられるように可動であってもよい。

図３に示された例において、拡開した末端部分１４は、バーナ１５のコア空気ダクト１６を通過する流れＢ１の一部を変向させ、例えば、流れの８０体積％まで、好適には３０〜７０体積％がコア空気ダクト１６を通過する。拡開した末端部分１４は、０〜９０度、好適には３０〜７５度の開放角度Ｂを有する円錐を規定している。この設計は、火炎付着および安定化を補助する。拡開した末端部分１４は、壁部９の末端部分内に存在していなくてもよい。

好適には、図３に示したように、バーナ１５は、この例のように、コア空気ダクト１６内にイグナイタランス１を収容しており、コア空気ダクト１６自体は、外側においてバーナ燃料ダクト１７によって包囲されている。これは、ランス燃料ダクト２を通ってくる微粉砕された燃料を、電気イグナイタ３によって形成されたプラズマによって点火させることによって対称的な主バーナ火炎を発生し、この主バーナ火炎自体は、バーナ燃料ダクト１７を通ってくる微粉砕された燃料を点火する。この方法により、コンパクトで確実な点火反応を得ることができる。

さらに、バーナは、どのように異なっていてもよい。例えば、
−コア空気ダクトを有さない、または
−バーナ中心を通る微粉砕された主燃料供給を有する、または
−ノズルを通る微粉砕された燃料供給を有する、および／または
−同心状の流れを形成しない矩形のバーナ。

幾つかの実施の形態では、１つまたは複数のイグナイタランス１を、１つまたは複数のバーナ主燃料ダクト内、または１つまたは複数の燃焼空気ダクト内に収容することができる。このようにして、様々な種類のバーナタイプ（例えば円形のバーナ、矩形のバーナ、およびその他の工業規模のバーナ）のためにコンパクトで確実な点火反応を得ることができる。

好適には、バーナ１５のバーナ燃料ダクト１７およびイグナイタランス１のランス燃料ダクト２を通って供給される微粉砕された主燃料は、燃料の種類および品質が同じものである（例えば、瀝青炭、乾燥亜炭、バイオマスまたはその他の化石燃料）。微粉砕された主燃料は、どのように異なっていてもよい（例えば瀝青炭と乾燥亜炭、瀝青炭とバイオマス、またはその他の化石燃料および／またはバイオマスの組合せ）またはあらゆるその他の微粉砕された燃料の組合せまたはそれとの組合せであってよい。

ランス燃料ダクト２は、例えばＥＮ１２９５２、ＮＦＰＡおよびＧＢコードなどの安全コードおよび規格によって要求されるような工業規模のバーナの安全かつ確実な点火のための十分なエネルギを供給する。

バーナ１５には、空気または酸素などの別の酸化剤を供給するための１つまたは複数の付加的な空気ダクトを設けることもできる。図３は、例えば、コア空気ダクト１６内に収容されたイグナイタランス１を備えるバーナ１５を示しており、コア空気ダクト１６自体はバーナ燃料ダクト１７内に収容されている。さらに、渦流発生器２０を有する２つの付加的な空気ダクト１８および１９が設けられている。

以下には、バーナの幾つかの例が説明されている。
（１）バーナ１５は、コア空気ダクト１６内に収容されたイグナイタランス１を有し、コア空気ダクト１６自体はバーナ燃料ダクト１７内に収容されている。さらに、バーナ燃料ダクト１７は、外側において１つまたは複数の空気ダクト１８，１９によって包囲されている。
（２）バーナ１５は、バーナ燃料ダクト１７内に収容されたイグナイタランス１を有する。さらに、バーナ燃料ダクト１７は、外側において１つまたは複数の空気ダクト１８，１９によって包囲されている。
（３）バーナ１５は、少なくとも１つの空気ダクト１８，１９のうちの一方に収容されたイグナイタランス１を有する。
（４）バーナ１５は、各空気ダクト１８，１９に収容されたイグナイタランス１を有する。

作動は、以下では、イグナイタランス１と組み合わされたバーナ１５について説明される。この説明は、イグナイタランス１と組み合わされたその他のバーナシステムに容易に当てはめることができる。

始動時、まず、微粉砕された燃料が、流れＡ１を形成する搬送空気および／または別の酸化媒体によってランス燃料ダクト２を通じて供給される。流れＡ１によって搬送することができる燃料の最大量は、有効なボイラ安全性コードおよび規格にしたがって制限される。この例では、燃料の最大量は、全負荷においてバーナ１５によって供給される微粉砕された燃料の総量の最大１０質量％に制限することができる。流れＡ１の一部である部分流Ａ２は、デフレクタ５によって、領域７において予め形成されているプラズマ４に向かって変向され、これにより、微粉砕された燃料の点火を向上させる。流れＡ１の別の部分である部分流Ａ３は、変向されずに突出部８（デフレクタ５を形成している）を通過し、領域７に向かって流れる。

プラズマ４を通過しながら、微粉砕された燃料は点火され、炉内の領域７において点火火炎２１を発生する。点火火炎２１は、バーナ１５の安全かつ確実な点火のための十分なエネルギを提供するために、十分な量の微粉砕された燃料によって発生される。

拡開した末端部分１４によって領域７に向かって変向される部分流Ｂ２（この例においてはコア空気）は、燃焼プロセスを補助し、点火火炎２１を領域７におけるその位置に保持する再循環ゾーンを発生する。

点火火炎２１が安定し、バーナ１５の点火のための十分なエネルギを有すると、バーナ１５の燃料供給が作動させられ、微粉砕された燃料がバーナ燃料ダクト１７を通じて送られ、点火火炎２１によって点火される。

主燃料（すなわちバーナ燃料ダクト１７を通じて供給される微粉砕された燃料）の点火、および安定した燃焼の確立の後、ランス燃料ダクト２を通る燃料流を必要に応じて停止させるまたは継続することができる。さらに、電気イグナイタ３の作動も必要に応じて停止させるまたは継続することができる。

本開示は、イグナイタランス１を有するバーナ（例えば発電プラント用の工業規模のバーナ）を作動させる方法にも関する。

この方法は、
電気イグナイタ３によってプラズマ４を提供し、
微粉砕された燃料を、ランス燃料ダクト２を通じて供給し、
ランス燃料ダクト２を通じて供給された微粉砕された燃料を、電気イグナイタ３によって提供されたプラズマ４によって点火し、
点火火炎２１を発生させ、
微粉砕された燃料を、バーナ燃料ダクト１７を通じて供給し、
バーナ燃料ダクト１７を通じて供給された微粉砕された燃料を点火火炎２１によって点火することを含む。

この方法は、工業規模のバーナ１５の安全かつ確実な点火のための安定した燃焼および十分なエネルギを提供する。

好適には、デフレクタ５は、開口６に面しており、少なくとも、ランス燃料ダクト２を流過する微粉砕された燃料の２５体積％までの部分を、プラズマ４に向かって変向させる。

当然、前記特徴は互いに独立して提供されてもよい。

実際には、使用される材料および寸法は、必要条件および最新技術に応じて任意に選択することができる。

１ イグナイタランス
２ ランス燃料ダクト
３ 電気イグナイタ
４ プラズマ
５ デフレクタ
６ 開口
７ 領域
８ 突出部
９ 壁部
１０ 壁部
１１ 傾斜面
１２ より薄い部分
１３ より厚い部分
１４ 拡開した末端部分
１５ バーナ
１６ コア空気ダクト
１７ バーナ燃料ダクト
１８ 空気ダクト
１９ 空気ダクト
２０ 渦流発生器
２１ 点火火炎
Ａ 角度
Ｂ 角度
Ａ１ 流れ
Ａ２ 部分流
Ａ３ 部分流
Ｂ１ 流れ
Ｂ２ 部分流

Claims (15)

1. バーナ（１５）であって、
   微粉砕された燃料用のランス燃料ダクト（２）と、該ランス燃料ダクト（２）を通過する前記微粉砕された燃料の点火のための電気イグナイタ（３）とを備えるイグナイタランス（１）と、
   空気および／またはその他の酸化媒体の流れを供給するコア空気ダクト（１６）であって、前記イグナイタランス（１）がコア空気ダクト（１６）内に収容される、前記コア空気ダクト（１６）と、
   を備え、
   前記ランス燃料ダクト（２）は、拡開した末端部分（１４）を有し、
   前記電気イグナイタ（３）は、前記ランス燃料ダクト（２）の末端部分において該ランス燃料ダクト（２）内に収容され、
   前記電気イグナイタ（３）は、前記イグナイタランス（１）の前方の領域（７）にプラズマ（４）を提供するように配置され、
   前記拡開した末端部分（１４）によって前記前方の領域（７）に向かって変向される前記酸化媒体の流れの部分流（Ｂ２）が再循環ゾーンを発生する、バーナ（１５）。
2. 前記ランス燃料ダクト（２）の前記拡開した末端部分（１４）は、前記コア空気ダクト（１６）の端部よりも前方に配置される、請求項１に記載のバーナ（１５）。
3. 前記ランス燃料ダクト（２）の前記拡開した末端部分（１４）は、前記電気イグナイタ（３）の端部よりも前方に配置される、請求項１または２に記載のバーナ（１５）。
4. 前記イグナイタランス（１）が、前記ランス燃料ダクト（２）を流過する微粉砕された燃料の少なくとも一部を、形成されたプラズマ（４）に向かって変向させる少なくとも１つのデフレクタ（５）を備える、請求項１から３までのいずれか１項記載のバーナ（１５）。
5. 前記少なくとも１つのデフレクタ（５）は、前記ランス燃料ダクト（２）の壁部（９，１０）から延びた少なくとも１つの突出部（８）を含む、請求項４記載のバーナ（１５）。
6. 前記少なくとも１つの突出部（８）は、第１の壁部（９）および／または第２の壁部（１０）の周囲にわたって延びている、請求項５記載のバーナ（１５）。
7. 前記少なくとも１つの突出部（８）は、傾斜面（１１）を有し、開口（６）から遠い方のより薄い部分（１２）と、前記開口（６）に近い方のより厚い部分（１３）とを備え、前記傾斜面（１１）は、壁部に対して角度（Ａ）を形成しており、該壁部から前記傾斜面（１１）が延びており、前記角度（Ａ）は、１０乃至４５度である、請求項５または６記載のバーナ（１５）。
8. 少なくとも１つの空気ダクト（１８，１９）と、該少なくとも１つの空気ダクト（１８，１９）内に収容される、微粉砕された燃料用の少なくとも１つのバーナ燃料ダクト（１７）とを備え、前記コア空気ダクト（１６）が、前記少なくとも１つのバーナ燃料ダクト（１７）内に収容される、請求項１乃至７のいずれかに記載のバーナ（１５）。
9. 前記拡開した末端部分（１４）は、３０乃至７５度の開放角度（Ｂ）を有する円錐を形成している、請求項８記載のバーナ（１５）。
10. 前記デフレクタ（５）は、前記拡開した末端部分（１４）において延びていない、請求項４乃至７のいずれかに記載のバーナ（１５）。
11. 前記デフレクタ（５）は、前記拡開した末端部分（１４）において延びている、請求項４乃至７のいずれかに記載のバーナ（１５）。
12. 前記電気イグナイタ（３）は、前記拡開した末端部分（１４）において延びていない、請求項８記載のバーナ（１５）。
13. 前記電気イグナイタ（３）は、前記拡開した末端部分（１４）において延びているまたは前記拡開した末端部分（１４）に面した領域（７）内へさらに突出している、請求項８記載のバーナ（１５）。
14. 微粉砕された燃料用の少なくとも１つのバーナ燃料ダクト（１７）と、少なくとも１つの空気ダクト（１８，１９）とを備える、請求項１から１３までのいずれか１項記載のバーナ（１５）において、
    前記イグナイタランス（１）自体は、前記バーナ燃料ダクト（１７）内に収容されており、該バーナ燃料ダクト（１７）は、外側で１つまたは複数の空気ダクト（１８，１９）によって包囲されている、または
    前記バーナ（１５）は、前記バーナ燃料ダクト（１７）内に収容されたイグナイタランス（１）を有しており、さらに、前記バーナ燃料ダクト（１７）は、外側で１つまたは複数の空気ダクト（１８，１９）によって包囲されている、または
    前記バーナ（１５）は、少なくとも１つの空気ダクト（１８，１９）のうちの１つに収容されたイグナイタランス（１）を有している、または
    前記バーナ（１５）は、各空気ダクト（１８，１９）内に収容されたイグナイタランス（１）を有していることを特徴とする、バーナ（１５）。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載のバーナ（１５）を作動させる方法であって、
    前記バーナ（１５）は、微粉砕された燃料用の少なくとも１つまたは複数のバーナ燃料
    ダクト（１７）と、少なくとも１つまたは複数の空気ダクト（１８，１９）と、請求項１から１３までのいずれか１項記載の少なくとも１つのイグナイタランス（１）とを備える、方法において、
    電気イグナイタ（３）によってプラズマ（４）を提供し、
    微粉砕された燃料を、ランス燃料ダクト（２）を通じて供給し、
    該ランス燃料ダクト（２）を通じて供給された前記微粉砕された燃料を、前記電気イグナイタ（３）によって提供されたプラズマ（４）によって点火し、
    点火火炎（２１）を発生し、
    前記微粉砕された燃料を、バーナ燃料ダクト（１７）を通じて供給し、
    該バーナ燃料ダクト（１７）を通じて供給された前記微粉砕された燃料を前記点火火炎（２１）によって点火することを含むことを特徴とする、バーナ（１５）を作動させる方法。