サイクロン炉

サイクロン炉は、大型の工業用ボイラーで一般的に使用されている石炭 燃焼装置の一種です。^[1]

サイクロン炉は、1942年初頭にバブコック・アンド・ウィルコックス社によって、微粉炭燃焼に適さない石炭の等級を利用するために開発され、石炭を螺旋状に燃焼室に送り込み、燃焼効率を最大化します。^[2]

炉内で石炭を燃焼させると、揮発性成分は容易に燃焼します。燃料の炭素「チャー」粒子（より重く、揮発性の低い石炭成分）は、はるかに高い温度と継続的な酸素供給を必要とします。サイクロン炉は、石炭粒子と空気を十分な乱流で完全に混合し、石炭粒子の表面に新鮮な空気を供給することができます。

サイクロン炉はもともと4つの利点を活用するように設計されました

1. 燃料準備時間とコストの削減
2. より小型でコンパクトな炉
3. フライアッシュと対流パススラッギングの低減
4. 燃料の種類の柔軟性

サイクロン炉は、ボイラー炉の側面に取り付けられた水平円筒形のバレルで構成されています。サイクロンバレルは、水冷式の接線方向のチューブ構造で作られています。サイクロンバレルの内側には、短く密集したピンスタッドがチューブの外側に溶接されています。スタッドは、通常はシリカまたはアルミニウムベースの耐火材でコーティングされており、これによりサイクロンが十分に高い温度で動作してスラグを溶融状態に保ち、タップから除去することができます。^[1]

粉砕された石炭と少量の一次空気がサイクロンの前部からバーナーに入ります。メインのサイクロンバーナーでは、二次空気が接線方向に導入され、循環ガスフローパターンが発生します。生成物である排気ガスと未燃焼燃料はバーナーから出て、ボイラーチューブを通過します。三次空気はさらに下流に放出され、残りの燃料を完全に燃焼させ、NOx の生成を大幅に削減します。溶融スラグの層がバーナーを覆い、バーナーの底にあるトラップを流れ、ボイラーチューブに形成されるスラグの量を減らします。

サイクロン炉は、幅広い燃料を扱うことができます。揮発性の低い瀝青炭、亜炭、鉱物を多く含む無煙炭、木材チップ、石油コークス、古タイヤなどはすべてサイクロンで使用されており、実際に使用されています。

粉砕された石炭はサイクロンバーナーに送り込まれ、高熱放出で燃焼します。高温ガスがボイラー炉に入る前に、石炭の燃焼は完了しています。粉砕された石炭はサイクロンバーナーに送り込まれます。石炭は、接線方向に入る一次空気と、同様に接線方向で高速で上部に入る二次空気、中央から入る三次空気によって与えられる遠心作用によって燃焼します。石炭と空気の旋回作用により、大量の熱（1500～1600 °C）が発生し、サイクロンの表面を覆い、灰が溶融スラグに変換されます。溶融スラグは、スラグタップを通ってボイラー炉から排出されます。