Richard Monro-1992-Flame Stabilizer for Solid Fuel Burner

8/12/2019 Richard Monro-1992-Flame Stabilizer for Solid Fuel Burner

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USOO5365865AUmted States Patent [ 1 9 ] [ 1 1 ] P a t e n t N u m b e r : 5 , 3 6 5 , 8 6 5

*Monro [ 4 5 ] D a t e o f P a t e n t : N o v . 2 2 , 1 9 9 4[ 5 4 ] FLANIE STABILIZER FOR SOLID FUEL 4 , 6 2 6 , 2 0 4 1 2 / 1 9 8 6 S t . J u l i a n e t a l . .BURNER 4 , 6 8 1 , 5 3 2 7 / 1 9 8 7 Chung .

4,690,074 9/1987 Norton[ 7 6 ] I n v e n t o r : R i c h a r d J . Monro, 1 0 2 Ramapoo R d . , 4 , 7 0 2 , 1 3 0 1 o / 1 9 3 7 K i g a _Ridge?eld, Conn. 0 6 8 7 7 4 , 7 4 1 , 2 7 9 5/1988 Azuhata e t a 1 . . . . . . . . . . . . . . . 110/264 X

. . . 4,768,446 9/1988 Wilkes e t a 1 . .[ * ] N o t i c e : The p o r t 1 o n o f t h e term o f t h i s p a t e n t 4 , 7 7 6 , 2 8 9 1 O / 1 9 8 8 p e t e p H o y l y n Isubsequent t o J u l . 2 1 , 2 009 h a s been 4 , 7 9 0 , 7 4 3 1 2 / 1 9 3 8 L e i k e r t _disclaimed. 4 , 9 0 2 , 2 2 1 l / 1 9 9 0 C o l l i n s , J r . e t a 1 ,

[ 2 1 ] App] No_ 9 0 9 0 42 5 , 9 3 0 , 4 3 0 6 / 1 9 9 0 A l l e n e t a l . .. .. , Primary Examiner-Edward G. Favors[ 2 2 ] F ? e d : J u l 6 1 9 9 2 A t t o r n e y , A g e n t , o r F i r m S t . Onge S t e w a r d J o h n s t o n &

ReensR e l a t e d US. A p p l i c a t i o n D a t a ABS CT[ 6 3 ] C o n t i n u a t i o n - i m p a r t o f e r , N o . 7 8 5 , 7 4 4 , O c t . 3 1 , 1 9 9 1 , [ 5 7 ] umP a t . N o . 5 , 1 3 1 , 3 3 4 . A ?a m e s t a b i l i z e r f o r a b u r n e r o f s o l i d f u e l , s u c h a s

p u l v e r i z e d c o a l o r s a n d e r wood d u s t , i s d e s c r i b e d[ 2 ; ] ( a s w h e r e b y t h e s w i r l n u m b e r i s v a r i e d r a d i a l l y t o e n h a n c e[ ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431/18 2 3 9 / 4 0 5 , S w i r l inducement towards t h e periphery of the ?ame[ 5 8 ] E o f S e a r c h 1 1 0 / 2 6 4 2 6 3 3 4 7 , s t a b i l i z e r w h i l e more a x i a l f l o w o c c u r s n e a r t h e c e n t r a l conduit through whi c h f u e l i s s u p p l i e d . The a m o un t of431/182, 183, 239/399, 4 0 3 , 405 . . . .s w i r l and t h e amount o f combustion a i r b e i n g s e l e c t e d[ 5 6 ] R e f e r e n c e s C i t e d s o a s t o p r o v i d e an i n t e g r a t e d s w i r l number f o r t h e

us PATENT DOCUMENTS ? a m e s t a b i l i z e r i n t h e r a n g e f r o m a b o u t 0 . 6 t o a b o u t 2 . 0 ._ ressure control nng 5 described with which the

3 7 2 3 7 9 2 i / gnpf?e t a 1 s t a t i c p r e s s u r e i n t h e w i n d b o x i s i n c r e a s e d t o a l e v e l2 ; 4 9 1 . 1 7 0 2 2 9 8 1 V i a ; w h e r e ? a m e p u l s a t i o n s a t t r i b u t a b l e t o l o w s t a t i c p r e s4 2 7 O 8 9 5 6 / 1 9 8 1 v a t s k y s u r e i n t h e windbox a r e r e d u c e d w h i l e t h e v o r t e x i s4 : 3 3 3 : 4 0 5 6 / 1 9 3 2 M i c h e l f e l d e r e t a 1 , _ m a i n t ai n e d . { k n e n h a n c e d a x i a l c o m b u s t i o n a i r f l o w4 , 4 5 7 , 2 4 1 7 / 1 9 8 4 I t s e e t a 1 . . around t h e d i s c h a r g e end o f t h e f u e l s u p p l y c o n d u i t i s4 , 4 6 6 , 3 6 3 8 / 1 9 8 4 K e i k e r t e t a l . . d e s c r i b e d t o modify t h e p o s i t i o n o f t h e a d v e r s e p r e s s u r e4 , 4 7 5 , 4 7 2 1 0 / 1 9 3 4 Adrian 6 a 1 ~ gradient boundary i n a downstream d i r e c t i o n . In one4 , 4 7 9 , 4 4 2 l 0 / 1 9 8 4 I t s e e t a 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 0 / 2 6 4 X embodiment the ?ame S t a b i l i z e r employs vanes with

g i g z t z t e z l a l s u c h o r i e n t a t i o n and s h a p e a s t o d e s w i r l a n e x c e s s i v e l y4 : 5 4 5 : 3 0 ? 1 0 / 1 9 8 5 M o r i t a e t a 1 . . h 1 g 1 swulmgww4 , 5 6 9 , 2 9 5 2/1986 Skoog _ .4 , 6 1 4 , 1 5 9 9 / 1 9 8 6 S u g i u r a e t a l . . 14 C l a i m s , 2 Drawing S h e e t s


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US. Pat ent N o v . 2 2 , 1 9 9 4 S h e e t 1 o f 2 5, 365, 865

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F / G . 7( P R I O R ART


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US. Patent N o v . 2 2 , 1 9 9 4 S h e e t 2 o f 2 5,365,865


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5 , 3 6 5 , 8 6 51FLAME TABILIZER FOR OL I D FUEL BURNER

T h i s a p p l i c a t i o n i s a c o n t i n u a t i o n - i n - p a r t a p p l i c a t i o no f S e r . No. 0 7 / 7 8 5 , 7 4 4 ? l e d on O c t . 3 1 , 1 9 9 1 US. P a t .N o . 5 , 1 3 1 , 3 3 4 a n d i s i n c o r p o r a t e d h e r e i n b y r e f e r e n c et h e r e t o .

FIELD OF THE INVENTIONT h i s i n v e n t i o n r e l a t e s t o s o l i d f u e l b u r n e r s g e n e r a l l y

and more s p e c i ? c a l l y t o c o a l b u r n e r s f o r u s e i n u t i l i t yb o i l e r s .BACKGROUND OF THE INVENTION

C o a l b u r n e r s w i t h s w i r l - i n d u c i n g d e v i c e s a r e w e l lknown i n t h e a r t . For e x a m p l e , i n Us. P a t . Nos,4 , 2 4 9 , 4 7 0 a n d 4 , 2 7 0 , 8 9 5 t o V a t s k y , a c o a l b u r n e r i sshown and d e s c r i b e d wherein a m i x t u r e o f c o a l powderw i t h s t e a m and/or i r i s d e l i v e r e d through two c o n c e n t r i c a l l y - a r r a n g e d t u b e s t o a d i s c h a r g e e n d . A w i r l e r i sl o c a t e d a t t h i s end and s u r r o u n d s t h e t u b e s t o i n d u c es w i r l i n g m o t i o n t o s e c o n d a r y c o m b u s t i o n a i r t h a t i sd e l i v e r e d t h r o u g h a n a n n u l a r passageway around t h eo u t e r c o a l - d e l i v e r i n g t u b e . US. P a t . No. 4 , 6 9 0 , 0 7 4t e a c h e s a c o a l b u r n e r wherein t h e c e n t r a l f u e l f e e d t u b ei s s u r r o u n d e d by a s w i r l i n g a i r s t r e a m . A n o t h e r a x i a l l yd i r e c t e d a i r s t r e a m s u r r o u n d s t h e s w i r l i n g a i r s t r e a m .The volumes of t h e s e l a t t e r streams a r e s t a t e d a s cont r o l l a b l e . U . S . P a t . No. 4 , 7 9 0 , 7 43 t e a c h e s a n o t h e r c o a lb u r n e r u s i n g a s w i r l e r t h at i s a d j u s t a b l e . I n US. P a t . No.4 , 5 6 9 , 2 9 5 p r i m a r y a i r s u r r o u n d i n g t h e f u e l s u p p l y t u b ei s s e t i n r o t a t i o n by a s w i r l e r formed o f g u i d e b l a d e s .e m p l o y v a r i e s i n t h e p a t h o f t h e g a s e o u s f u e l t o p r o d u c ea v o r t e x t o s t a b i l i z e t h e ?a m e p o s i t i o n . The vanes a r eshaped s o a s t o p r o v i d e l e s s s w i r l inducement towardst h e c e n t e r o r r o o t s of t h e vanes and g r e a t e r s w i r l i nducement r a d i a l l y outward from t h e vane r o o t s . Asr e s u l t , t h e r e i s more a x i a l f u e l ?ow n e a r t h e c e n t e r .However, t h e g a s f e e d e i t h e r i s l o c a t e d i n a s m a l l f e e dt u b e i n t h e c e n t e r o r s p r e a d p e r i p h e r a l l y around t h es w i r l e r . The v o r t e x g e n e r a t e d b y t h e s w i r l e r t y p i c a l l ye x t e n d s t o t h e c e n t e r a x i s o f t h e g a s b u r n e r .

S w i r l i n g i s c o n t r o l l e d w i t h t h e d e s i g n o r s h a p e o f t h ev a n e s . w i r l number i s used t o de?ne c r i t i c a l flowc h a r a c t e r i s t i c s of a b u r n e r . Th e s w i r l number i s a r a t i ot h a t d e ? n e s how much o f t h e c o m b u s t i o n a i r g o i n gt h r o u g h a b u r n e r i s r o t a t i n g v e r s u s how much o f t h ecombustion a i r e x i t i n g a burner s i n an a x i a l ?ow ondit i o n . M a t h e m a t i c a l l y , s w i r l number S i s de?ned by t h eequation:

1 r h u b

t u b

The n u m e r a t o r r e p r e s e n t s t h e p r o d u c t o f t h e r a d i u s Rand t h e t a n g e n t i a l momentum o f t h e c o m b u s t i o n a i r .The d e n o m i n a t o r r e p r e s e n t s t h e a x i a l momentum o f t h ea i r and R , i s t h e b u r n e r t h r o a t r a d i u s which v a r i e s f o rt h e i n t e g r a l f r o m t h e minimum r a d i u s R h u b t h e o u t e rp e r i p h e r y R u b . V; s t h e a x i a l v e l o c i t y ; V , , t h e t a n g e n t i a lv e l o c i t y a n d p i s t h e d e n s i t y o f t h e a i r .

For b u r n e r s , an i m p o r t a n t s w i r l number s 0 . 6 . S w i r le r s w i t h c o m b u s t i o n a i r ? o w s h a v i n g s w i r l numbers e s st h a n 0 . 6 a r e u n s t a b l e and e x h i b i t poor f u e l / a i r m i x i n g .An n a l o g y would b e t h e v o r t e x g e n e r a t e d when w a t e r

1 5

2 0

2 5

3 5

45

5 5

60

6 5

2b e g i n s t o flow c u t o f a s i n k . The water b e g i n s t o r o t a t eand w h i l e t h e w a t e r i s s m o o t h , b u t c l e a r l y r o t a t i n g , nod e p r e s s i o n s form n t h e s u r f a c e . Water n t h i s c o n d i t i o nh a s a s w i r l number l e s s t h a n 0 . 6 . I n burner t e r m s , nos t a b i l i z i n g i n t e r n a l r e c i r c u l a t i o n v o r t i c e s e x i s t .

However, a s t h e water p i c k s up r o t a t i o n a l moment u m , i t b e g i n s t o d e v e l o p a d e p r e s s i o n i n t h e s u r f a c e . Att h i s p o i n t , i t c r o s s e s t h e c r i t i c a l boundary o f s w i r l numb e r 0 . 6 , c r e a t i n g a n i n t e r n a l r e c i r c u l a t i n g r i n g v o r t e x . I na burner and i t s combustion p r o c e s s , t h e v o r t e x s t a b il i z e s t h e ?ame i n f r o n t o f t h e b u r n e r .

A s t h e water c o n t i n u e s t o r o t a t e f a s t e r and f a s t e r , t h ed e p r e s s i o n e x t e n d s d e e p e r i n t h e w a te r . E v e n t u a l l y , t h ed e p r e s s i o n r e a c h e s down i n t o t h e d r a i n , a s p i r a t i n g a i ra l o n g w i t h t h e w a t e r . The s w i r l number i n t h i s l a s tc o n d i t i o n i s s i g n i ? c a n t l y g r e a t e r t h a n 0 . 6 . W h i l e h i g hs w i r l number c o m b u s t i o n i s v e r y s t a b l e , b u r n e r damagecan and u s u a l l y d o e s o c c u r b e c a u s e h i g h t e m p e r a t u r ef u r n a c e g a s e s a r e a s p i r a t e d i n t o t h e b u r n e r .

FIG. 1 i l l u s t r a t e s t h e r e s u l t o f s o - c a l l e d b u r n b a c kp r o b l e m s f r e q u e n t l y e n c o u n t e r e d w i t h c o n v e n t i o n a lb u r n e r s h a v i n g s w i r l n u m b e r s . I n FIG. 1 , a n e x c e s s i v el y - s w i r l e d b u r n e r 8 i s shown h a v i n g f u e l s u p p l i e dthrough a f u e l f e e d t u b e 1 0 t o a d i s c h a r g e end 1 2 l o c a t e di n t h e t h r o a t 1 4 o f t h e b o i l e r w a l l 1 6 . A w i r l e r 1 8 i sl o c a t e d i n t h e v i c i n i t y o f t h e d i s c h a r g e e n d 1 2 and s u rr o u n d s i t i n t h e p a t h o f s e c o n d a r y a i r 2 0 . As a r e s u l t o ft h e e x c e s s i v e s w i r l , a r o t a t i n g hollow cone 2 2 , formedby t h e c o m b u s t i o n a i r a n d f u e l ?owing o u t o f t h eb u r n e r , i s r e s i d e n t i n t h e b u r n e r . Hot f u r n a c e g a s e smove u p s t r e a m toward t h e b u r n e r a l o n g t h e b u r n e rc e n t e r l i n e a s i l l u s t r a t e d b y arrows 2 3 .

E v e n t u a l l y , t h e a d v e r s e s t a t i c p r e s s u r e o f f u r n a c eg a s e s moving u p s t r e a m f r o m t h e f u r n a c e e q u a l s t h es t a t i c p r e s s u r e o f t h e c o m b u s t i o n a i r a n d f u e l ?owingo u t f r o m t h e b u r n e r . The b o u n d a r y r e g i o n 2 4 where h i so c c u r s i s known a s t h e a d v e r s e p r e s s u r e g r a d i e n tb o u n d a r y a n d r e p r e s e n t s t h e b o u n d a r y a t which t h ef u r n a c e g a s e s r e v e r s e d i r e c t i o n and ?ow ack towardst h e f u r n a c e 2 6 . T h i s r e v e r s e d flow p a t t e r n r e s u l t s i n a ni n t e r n a l r e c i r c u l a t i n g r i n g v o r t e x 2 8 t h a t s t a b i l i z e s ?amef r o n t s . A i r , f u e l , and h i g h t e m p e r a t u r e g a s e s a r e e nt r a i n e d i n t h e r i n g v o r t e x 2 8 . T h i s t h e n f o r m s a s t a b l ei g n i t i o n z o n e which r e m a i n s ?xed n p o s i t i o n r e g a r d l e s so f l o a d a s l o n g a s t h e s w i r l number does n o t change f o rt h e b u r n e r .

S i n g l e - z o n e a n d m u l t i - z o n e d p u l v e r i z e d c o a l b u r n e r sf r e q u e n t l y e n c o u n t e r h i g h s w i r l c o n d i t i o n s a t t r i b u t a b l et o s w i r l d e s i g n a i r s t r e a m f l o w v a r i a t i o n s and underv a r i o u s l o a d i n g . W h en e x c e s s i v e s w i r l i n g o c c u r s t h ea d v e r s e p r e s s u r e g r a d i e n t boundary 2 4 moves u p s t r e a ma s shown i n FIG. 1 p e n e t r a t i n g b u r n e r 8 .

S i n c e t e m p e r a t u r e s above 2 5 0 0 e x i s t i n t h e ?owregime on t h e f u r n a c e s i d e o f t h e a d v e r s e p r e s s u r e g r ad i e n t b o u n d a r y 2 4 , b u r n e r components which ?ndt h e m s e l v e s i n t h i s r e g i m e e x p e r i e n c e s e v e r e o v e r h e a ti n g , m e c h a n i c a l d i s t o r t i o n , a n d t h e r m a l d e s t r u c t i o n .A l s o , f u e l e n t r a i n e d i n t h e f u r n a c e g a s e s c e n t r i f u g e o u to f t h e ?ue g a s s t r e a m a t t h e apex 32 o f t h e a d v e r s ep r e s s u r e g r a d i e n t b o u n d a r y 2 4 . The b u r n i n g f u e l d e p o si t s i n t h e b u r n e r 8 o r t h e windbox 3 4 , a c c e l e r a t i n g t h e rmal d a m a g e . S e v e r e b u r n e r d e s t r u c t i o n p r o b l e m s c a noccur.

There e x i s t b u r n e r i n s t a l l a t i o n s i n which t h e combust i o n a i r i s i n d u c e d i n t o a h i g h d e g r e e o f s w i r l a s a r e s u l to f t h e in?uence o r e f f e c t from t h e windbox. T h i s s w i r lcan b e s o l a r g e t h a t t h e a d v e r s e p r e s s u r e g r a d i e n t


5/7

5 , 3 6 5 , 8 6 53boundary t e n d s t o mov e upstream l e a d i n g t o a burnbackc o n d i t i o n and c a u s e t h e r m a l d e s t r u c t i o n of t h e b u r n e r .I t i s , t h e r e f o r e a n o b j e c t o f t h e i n v e n t i o n t o p r o v i d e amethod f o r s t a b i l i z i n g a s o l i d f u e l b u r n e r ? am e and as w i r l ?ame s t a b i l i z e d s o l i d f u e l b u r n e r which a v o i d sbum-back p r o b l e m s y e t p r o v i d e s a w e l l - s t a b i l i z e d ?amet h r o u g h o u t b u r n e r l o a d v a r i a t i o n s . I t i s a f u r t h e r o b j e c tof h e i n v e n t i o n t o p r o v i d e a ? am e t a b i l i z e r with whichimproved s o l i d f u e l b u r n e r p e r f o r m a n c e c a n b e obt a i n e d w i t h o u t ?ame i n s t a b i l i t y , a v o i d a n c e o f windbox? r e s , and o t h e r bum-back p r o b l e m s . I t i s s t i l l f u r t h e r a no b j e c t o f t h e i n v e n t i o n t o p r o v i d e s u c h ?ame t a b i l i z e rw h e r e b y i n a d e q u a t e w i n d b o x - t o - f u r n a c e d i f f e r e n t i a lp r e s s u r e , f u r n a c e p u l s a t i o n s , a n d b u r n e r w a r p i n g c a n b ea v o i d e d .

SUMMARY OF THE INVENTIONThe p r o b l e m s a s s o c i a t e d w i t h t h e s e c o n v e n t i o n a l

s w i r l - t y p e p u l v e r i z e d c o al b u r n e r s a r e a v o i d e d b y t h euse of a ? a m e s t a b i l i z e r i n accordance with t h e invent i o n . The ?ame s t a b i l i z e r can be provided a s a r e t r o ? t t oe x i s t i n g s o l i d f u e l b u r n e r s o r become a n i n t e g r a l p a r t o fa burner.On e ?ame t a b i l i z e r i n a c c o r d a n c e w i t h t h e i n v e n t i o nh a s a d e s w i r l e r formed by a p l u r a l i t y o f r a d i a l v a n e s .The vanes a r e so shaped a s t o r e d i r e c t a s w i r l i n g a i r?ow o a more a x i a l ?ow. T h e vane shapes a r e f u r t h e rs o s e l e c t e d t h a t t h e r a d i a l l y - i n w a r d r e g i o n h a s a r e l at i v e l y low s w i r l number w h i l e t h e p e r i p h e r y o f t h e?ame t a b i l i z e r h a s a r e l a t i v e l y h i g h s w i r l n u m b e r . Thes i z e of t h e d e s w i r l e r i s a l s o s o s e l e c t e d s o t h a t i t i n t e rc e p t s a s u f ? c i e n t amount o f c o m b u s t i o n a i r (20% t o4 0 % o f o t a l c o m b u s t i o n a i r ) t o y i e l d a n i n t e g r a t e d s w i r lnumber f o r t h e e n t i r e ?ame t a b i l i z e r i n t h e r a n g e f r o mabout 0 . 6 t o about 2 . 0 .With a ?a m e s ta b i l i z e r i n acc ordance with t h e i n v e nt i o n , t h e o v e r a l l s w i r l number f o r a c o a l burner can b emade l e s s t h a n 1 . 0 t h r o u g h o u t v a r i o u s l o a d c o n d i t i o n sand a n i d e a l i n t e g r a t e d s w i r l n u m b e r , i n t h e r a n g e fromabout 0 . 7 t o about 1 . 0 , f o r t h e burner can be achieved s oa s t o p r e v e n t burn-back problems w h i l e p r e s e r v i n g aw e l l - s t a b i l i z e d ?ame f r o n t .

I n a n o t h e r a s p e c t of a ?ame s t a b i l i z e r i n accordancew i t h t h e i n v e n t i o n , t h e s t a t i c p r e s s u r e on t h e u p s t r e a ms i d e o f a v o r t e x c o n t r o l a p p a r a t u s i s m a i n t a i n e d p o s i t i v e ,i . e . , h i g h e r , t h a n t h e s t a t i c p r e s s u r e on t h e downstreams i d e . T h i s p r e s s u r e d i f f e r e n t i a l n e e d n o t b e h i g h , b u ts h o u l d be s u f ? c i e n t t o a v o i d t h e p e n e t r a ti o n o f t h e a dv e r s e p r e s s u r e g r a d i e n t b o u n d a r y i n t o t h e w i n d b o x .One t e c h n i q u e f o r a c h i e v i n g t h i s p o s i t i v e p r e s s u r e d i ff e r e n t i a l i s t h e i n s e r t i o n o f a s m a l l o c c l u s i o n i n t o t h er a d i a l r e g i o n where s e c o n d a r y c o m b u s t i o n a i r p a s s e sbetween t h e e x i t t h r o a t o f t h e windbox and t h e d es w i r l e r or vortex c o n t r o l a p p a r a t u s . The o c c l u s i o n canb e a c h i e v e d by r e d u c i n g t h e s i z e o f t h e e x i t t h r o a t w i t ha n i n s e r t , b u t p r e f e r a b l y b y e x t e n d i n g t h e r a d i a l p e r i p he r y o f t h e d e s w i r l e r . The o c c l u s i o n r e d u c e s N o , byd i v e r t i n g a n d d e l a y i n g e n t r y o f c o m b u s t i o n a i r i n t o t h e?ame e n v e l o p e , a n d t h u s , r e d u c i n g t h e p e a k ?ame t e mp e r a t u r e .A s d e s c r i b e d h e r e i n f o r one ? am e s t a b i l i z e r i n accord a n c e w i t h t h e i n v e n t i o n , t h e p e r i p h e r y o f t h e v o r t e xc o n t r o l a p p a r a t u s i s r a d i a l l y e x t e n d e d w i t h a n a p e r t u r e dp r e s s u r e c o n t r o l r i n g . The i n g s r a d i a l w i d t h i s s e l e c t e dt o a s s u r e a p o s i t i v e s t a t i c p r e s s u r e d i f f e r e n t i a l s u f f i c i e n tt o a v o i d u p s t r e a m p e n e t r a t i o n o f t h e a d v e r s e p r e s s u r eg r a d i e n t b o u n d a r y . The p r e s s u r e c o n t r o l r i n g i s a p e rtured with h o l e s or s l o t s s o a s t o avoid e x c e s s i v e d i s t o r

5

1 5

2 5

30

3 5

45

5 5

60

6 5

4t i o n o f t h e ?ow h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s e c o n d a r y c o mb u s t i o n a i r a s i t e n t e r s t h e f u r n a c e downstream o f t h ee x i t t h r o a t .

I n a n o t h e r a s p e c t o f t h e i n v e n t i o n , t h e a d v e r s e p r e ss u r e g r a d i e n t boundary f o r a c o a l burner with a v o r t e x?ame s t a b i l i z e r i s i n t e n t i o n a l l y m o d i ? e d b y p r o v i d i n ga d d i t i o n a l a x i a l c o m b u s t i o n a i r ?ow a d j a c e n t t h e f u e lf e e d t u b e c o n t a i n i n g p u l v e r i z e d c o a l . T h i s i s o b t a i n e dby n c o r p o r a t i n g a n a n n u l a r p a s s a g e w a y f o r c o m b u s t i o na i r from t h e windbox t o t h e f u r n a c e between t h e cyc l o n e g e n e r a t o r and t h e f u e l f e e d t u b e . T h i s p a s s a g e w a ycan p r o v i d e s u f ? c i e n t a d d i t i o n a l a x i a l ?ow o bene?c i a l l y m o d i f y , i n a d o w n s t r e a m d i r e c t i o n , t h e a d v e r s ep r e s s u r e g r a d i e n t b o u n d a r y a n d e n h a n c e t h e amount o fa i r n e a r t h e f u e l t o more q u i c k l y achieve a d e s i r e d ?amm a b i l i t y .

T h e s e a n d o t h e r a d v a n t a g e s a n d o b j e c t s o f t h e i n v e nt i o n c a n b e u n d e r s t o o d from t h e f o l l o w i n g d e t a i l e dd e s c r i p t i o n of an embodiment a s d e s c r i b e d w i t h r e f e rence t o and shown i n t h e d r a w i n g s .

BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGSFIG. 1 i s a schematic i l l u s t r a t i o n of a c o n v e n t i o n a l

s i n g l e z o n e b u r n e r e n c o u n t e r i n g a bum-back p r o b l e m ;FIG. 2 i s a s i m i l a r s c h e m a t i c i l l u s t r a t i o n a s FIG. 1 ,

b u t f o r a c o a l burner having a ?a m e s t a b i l i z e r i n accord a n c e w i t h t h e i n v e n t i o n ;

FIG. 3 i s a p a r t i a l upstream view o f a c o a l b u r n e r and?ame s t a b i l i z e r i n a c c o r d a n c e w i t h t h e i n v e n t i o n t a k e nfrom i n s i d e a f u r n a c e i n which t h e b u r n e r i s t o o p e r a t e ;FIG. 4 i s a n e n l a r g e d s i d e s e c t i o n a n d p a r t i a l l y b r o ke n - a w a y view o f t h e c o a l b u r n e r ;

FIG. 5 i s a p a r t i a l p e r s p e c t i v e view o f a p a i r o f v a n e semployed i n a ?ame s t a b i l i z e r i n a c c o r d a n c e w i t h t h ei n v e n t i o n ; a n dFIGS. 6 and 7 a r e s e c t i o n a l r e s p e c t i v e l y r o o t and t i pviews o f a t y p i c a l vane u s e d i n t h e ?ame s t a b i l i z e r o fFIG. 4 a n d r e s p e c t i v e l y t a k e n a l o n g t h e l i n e s 66 and7-7 h e r e i n .DETAILED DESCRIPTION OF DRAWINGSWith r e f e r e n c e t o FIG. 2 , a s o l i d f u e l b u r n e r 40 i s

shown mounted i n or near the e x i t t h r o a t 42 of a windbox 44 t o burn p u l v e r i z e d f u e l , s u c h a s s a n d e r woodd u s t o r p u l v e r i z e d c o a l , d e l i v e r e d t h r o u g h a c e n t r a l f u e lf e e d c o n d u i t 46 t o a f u r n a c e 48 a t t h e d i s c h a r g e end 50of u e l s u p p l y c o n d u i t 4 6 . The c o n d u i t h as a s u b s t a n t i a ld i a m e t e r i n o r d e r t o d e l i v e r t h e d e s i r e d amount o f p u lv e r i z e d c o a l and p r i m a r y a i r . The c o n d u i t h a s a diamet e r which i s a b o u t 20 o 3 0 % o f t h e d i a m e t e r o f t h ee x i t t h r o a t 4 2 . Coal b u r n e r 40 i s p r o v i d e d w i t h a ?ames t a b i l i z e r 5 2 t h a t s u r r o u n d s t h e f u e l f e e d c o n d u i t 46 i nt h e e x i t t h r o a t 4 2 . Combustion a i r r e p r e s e n t e d b y a rrows 4 3 i s s u p p l i e d t o windbox 44 t h r o u g h c o n t r o l l a b l ed a m p e r s 5 4 , 5 6 t o e n t e r f u r n a c e 4 8 , p a r t l y t h r o u g h t h e?ame s t a b i l i z e r 5 2 a n d p a r t l y t h r o u g h t h e a r m u l a r g a p60 between t h e ?ame s t a b i l i z e r 5 2 and e x i t b u r n e r t h r o a t4 2 .

I n many b u r n e r s , t h e c o m b u s t i o n a i r ?ow d e v e l o p s as t r o n g s w i r l i n g a c t i o n , a s s u g g e s t e d b y a i r l i n e s 6 1 , 6 3which l l u s t r a t e t h a t by t h e t i m e t h e a i r ?ow a p p r o a c h e st h e e x i t t h r o a t , t h e a i r v e c t o r a n g l e r e l a t i v e t o b u r n e ra x i s 6 5 can r e a c h a s h i g h a s a b o u t e i g h t y d e g r e e s . Thee f f e c t o f t h e s w i r l i n g a i r ?ow s t o i n d u c e a n e x c e s s i v e l ys t r o n g v o r t e x s u f ? c i e n t t o b r i n g t h e a d v e r s e p r e s s u r eg r a d i e n t b o u n d a r y 2 4 o f F I G . 1 u p s t r e a m i n t o t h eb u r n e r . With a ?ame t a b i l i z e r S 2 , h o w e v e r , ' a s u f ? c i e n t


6/7

5 , 3 6 5 , 8 6 55amount o f d e s w i r l i n g a c ti o n i s i n t r o d u c e d t o p r e v e n t aburn b a c k .The ?ame s t a b i l i z e r 5 2 h a s a v o r t e x c o n t r o l a p p a r a t u s6 2 which i s formed b y a p l u r a l i t y o f v a n e s 6 4 . Theseh a v e c u r v e d c r o s s e c t i o n s i n o r d e r t o d e s w i r l t h e a i r?ow o an e x t e n t a s t o e s t a b l i s h a vortex 66 with ani n t e r n a l r e c i r c u l a t i o n p a t t e r n o r r i n g 6 8 s i m i l a r t o 2 8 i nFIG. 1 . The ?ame s t a b i l i z e r 6 2 i s d e s i g n e d w i t h a des i r e d s w i r l number d i s t r i b u t i o n a n d i n t e r c e p t s a p o r t i o no f t h e s e c o n d a r y combustion a i r 4 3 t o produce a s w i r lc a p ab l e o f s t a b i l i z i n g t h e ?ame n f r o n t , o r downstreamo f t h e p u l v e r i z e d c o a l f u e l d i s c h a r g e p o r t 5 0 w i t h o u tt h e r m a l d e s t r u c t i o n o f b u r n e r c o m p o n e n t s .

I n a n e x c e s s i v e l y h i g h s w i r l i n g a i r ?ow, t h e v e c t o ra n g l e , a l p h a , a s measured r e l a t i v e t o t h e a x i s 6 5 , s e eFIGS. 6 a n d 7 , t e n d s t o b e q u i t e l a r g e a n d may a p p r o a c he i g h t y d e g r e e s o r e v e n s o m e w h a t h i g h e r . T y p i c a l l y ,s u c h h i g h s wi r l c o n d i t i o n s i n v o l v e a i r v e c t o r a n g l e s i nt h e r a n g e f r o m a b o u t f o r t y t o a b o u t e i g h t y d e g r e e s .

The vanes 64 f u r t h e r a r e s o shaped t h a t t h e i r e n t r a n c ea n g l e s t h e t a , a s m e a s u r e d r e l a t i v e t o a x i s 6 5 , g e n e r a l l ym a t c h e s t h e h i g h a i r v e c t o r a n g l e a l p h a . T h i s w i l l d i f f e rf o r d i f f e r e n t b u r n e r s a n d f o r a h i g h l y s w i r l i n g a i r ?ow4 3 i s l i k e l y t o be n t h e r a n g e from a b o u t f o r t y t o a b o u te i g h t y d e g r e e s .

With a ?ame s t a b i l i z e r o f t h i s i n v e n t i o n , t h e d e s w i r li n g v a n e s 64 produce a d e s i r e d s w i r l number d i s t r i b ut i o n whereby a h i g h e r s w i r l n u m b e r , which can be a sh i g h a s a b o u t 2 . 0 , o c c u r s i n a r a d i a l l y p e r i p h e r a l r e g i o n7 0 s e e F I G . 4 ) t o w a r d s t h e t i p s 7 1 , a n d a l o w e r s w i r lnumber, which can be a s low a s z e r o , a t t h e r o o t 73 oft h e v a n e s 6 4 , o c c u r s i n a r a d i a l l y inward r e g i o n 7 2 . T h i si n v o l v e s r a d i a l l y v a r y i n g t h e c u r v a t u r e o f t h e v a n e s s ot h a t t h e e x i t ?ow a n g l e s 7 5 f o r t h e v a n e s v a r i e s , i . e . , t h ee x i t ?ow n g l e o f an a x i a l segment o f t h e vane r e l a t i v et o t h e l o n g i t u d i n a l a x i s 6 5 o f t h e b u r n e r , i n c r e a s e s r a d ia l l y from r o o t 7 3 t o t i p 7 1 . For e x a m p l e , a s i l l u s t r a t e d i nFIGS. 4 and , t h e e x i t ?ow a n g l e 7 5 i s s m a l l e r n e a r t h er o o t s 73 of t h e vanes where t h e s e a r e a t t a c h e d t o t h ei n n e r w a l l 7 6 o f t h e ?ame t a b i l i z e r 6 2 t h a n t h e e x i t ?owa n g l e 7 5 a t t h e i r t i p s 7 1 a d j a c e n t t h e p e r i p h e r a l w a l l 7 8 ,with i n t e r m e d i a t e v a l u e s i n - b e t w e e n . I n a d e s w i r l e ra p p l i c a t i o n f o r t h e ?ame t a b i l i z e r , t h e e x i t ?ow a n g l e s7 5 a t t h e r o o t s of t h e vanes a r e l e s s than t h e entrancea n g l e s t h e t a a n d u s u a l l y l e s s t h a n a b o u t f o r t y d e g r e e s .A t t h e t i p s o f t h e v a n e s t h e e x i t ?ow a n g l e 7 5 g e n e r a l l yi s t h e same o r l e s s t h a n t h e e n t r a n c e a n g l e s t h e t a . Between t h e r o o t s a n d t h e t i p s t h e e x i t ?ow a n g l e g r a d ua l l y i n c r e a s e s t o p r e s e r v e t h e d e s i r e d s w i r l i n g a c ti o n o ft h e combustion a i r i n t h e r a d i a l l y outward zone 7 0 .The s w i r l number v a r i e s a c r o s s t h e ? am e s t a b i l i z e r i na g r a d u a l m a n n e r . For i l l u s t r a t i v e p u r p o s e s , t h e r e g i o n72 can be c h a r a c t e r i z e d b y a r e l a t i v e l y low s w i r l numb e r , t h a t c a n b e somewhat e s s t h a n 0 . 6 and t h e r a d i a l l yo u t e r r e g i o n 7 0 c a n b e c h a r a c t e r i z e d b y a h i g h e r s w i r ln u m b e r , s o t h a t t h e i n t e g r a t e d s w i r l number f o r a l l t h eh i g h a n d low s w i r l r e g i o n s i s i n t h e r a n g e from a t l e a s ta b o u t 0 . 6 t o a b o u t 2 . 0 , a n d p r e f e r a b l y i n t h e r a n g e fromabout 0 . 8 t o about 0 . 9 . T h e vane curvatures and r a d i a lv a r i a t i o n s t h e r e o f a r e s e l e c t e d t o a c h i e v e t h e d e s i r e ds w i r l n u m b e r . S i n c e t h e a p p l i c a t i o n o f a ?ame t a b i l i z e ri n a c c o r d a n c e w i t h t h e i n v e n t i o n may r e q u i r e d i f f e r e n tv a n e s and c u r v a t u r e s t h e r e o f , w e l l known d e s i g n t e c hn i q u e s c a n b e employed t o o b t a i n optimum v a n e d eS 1 s.g l l h e s w i r l e f f e c t f o r r a d i a l l y d i f f e r e n t r e g i o n s i n t h ev o r t e x c o n t r o l a p p ar a t u s 6 2 w i l l depend upon t h e c h a ra c t e r i s t i c s o f t h e p a r t i c u l a r b u r n e r on which t h e ?ame

1 5

20

2 5

30

40

45

50

5 5

6 5

6s t a b i l i z e r i s t o b e i n s t a l l e d . One i n ? u e n c i n g f a c t o r i s t h ei n t e g r a t e d s w i r l number f o r t h e b u r n e r ( u s u a l l y a b o u t0 . 3 f o r very v o l a t i l e f u e l s such a s n a t u r a l g a s t o 1 . 5 f o rlow v o l a t i l e f u e l s such a s h i g h ?xed carbon c o n t e n tc o a l s ) . The i n t e g r a t e d b u r n e r s w i r l n u m b e r i n c l u d e s a l lhigh and low s w i r l z o n e s i n t h e burner such a s t h e zonei n f r o n t o f t h e f u e l d i s c h a r g e e n d 5 0 a n d t h e r a d i a l l youtward zone 6 0 . Other f a c t o r s i n ? u e n c i n g t h e d e s i r e damount o f s w i r l i n c l u d e t h e most e f f e c t i v e a i r i n j e c t i o nd e s i r e d t o a c h i e v e low NO, e v e l s , s t o i c h i o m e t r i c comb u s t i o n r e q u i r e m e n t s i n t h e c e n t r a l ?ame r e g i o n a n d t h en e e d t o m o d i f y t h e a d v e r s e p r e s s u r e g r a d i e n t b o u n d a r yt o a v o i d b u r n - b a c k p r o b l e m s .I t i s g e n e r a l l y r e c o g n i z e d a n d known t h a t t h e i n t eg r a t e d s w i r l number f o r a b u r n e r s h o u l d be i n t h e r a n g eo f a b o u t 0 . 3 f o r h i g h v o l a t i l e f u e l s t o 1 . 5 f o r low v o l a t i l ef u e l s . I n p r a c t i c e e v e n when h i s i s a c h i e v e d , bum-backproblems can s t i l l o c c u r . With a ?a m e s t a b i l i z e r of t h i si n v e n t i o n , t h e a d v e r s e p r e s s u r e g r a d i e n t b o u n d a r y , 8 0

s e e F I G . 2 ) i s i n t e n t i o n a l l y d i s t o r t e d w i t h m o r e a x i a l l yd i r e c t e d mass ?ow near t h e c e n t e r of t h e b u r n e r .I n t h e p a r t i c u l a r c o a l b u r n e r ?ame s t a b i l i z e r 4 0shown i n FIGS. 4 and , t h i s i s a c h i e v e d by t h e v ar i a b l e

c u r v a t u r e o f t h e c a s c a d e d v a n e s 6 4 b y which a x i a l ?owi s p r e f e r e n t i a l l y enhanced n e a r t h e inward w a l l 76 andt h e u s e of an a x i a l ?ow n a b l i n g a n n u l a r a i r c o n d u i t o rgap 8 2 a r o u n d t h e f u e l s u p p l y c o n d u i t 4 6 . The i r gap 8 2p r o v i d e s more combustion a i r t o t h e r o o t o f t h e ? r et h e r e b y e n a b l i n g t h e f u e l t o a i r r a t i o t o more q u i c k l ya t t a i n t h e ? a m m a b i l i t y r a n g e . The g a p 8 2 a l s o a i d s i nl o w e r i n g t h e s w i r l number s u f f i c i e n t l y s o a s t o d i s t o r tt h e a d v e r s e p r e s s u r e g r a d i e n t b o u n d a r y d o w n s t r e a m o ft h e d i s c h a r g e end 50 and i n a downstream d i r e c t i o n t oa v o i d b u r n - b a c k p r o b l e m s a n d ?ame u l s a t i o n s .The s i z e o f a i r gap 8 2 c a n v a r y d e p e n d i n g upon t h ec o a l b u r n e r . G e n e r a l l y , t h e gap can be up t o a s much ss e v e r a l i n c h e s i n width o r no gap b e used because s u f f ic i e n t a x i a l a i r ?ow s o b t a i n e d p a s t t h e a x i a l l y - d e ? e ct i n gvane r e g i o n s 7 2 . The e f f e c t o f gap 8 2 a n d t h e s w i r lnumber v a r i a t i o n i s t h a t t h e s w i r l d o e s n o t e x t e n d downt o t h e p r i m a r y a i r and s o l i d f u e l ?ow o c a t e d i n t h ec e n t e r o f t h e b u r n e r . Y e t , t h e ?ame s s u f f i c i e n t l y s t ab il i z e d t o burn l e s s v o l a t i l e s o l i d f u e l s .The amount o f c o m b u s t i o n a i r i n t e r c e p t e d by a ?ames t a b i l i z e r i n a c c o r d a n c e w i t h t h e i n v e n t i o n i s c o n t r o l l e dby s i z i n g t h e r a d i u s o f t h e p e r i m e t e r w a l l 7 8 . I f t o omuch i r i s s w i r l e d , t h e i n t e g r a t e d s w i r l number f o r t h eb u r n e r becomes t o o h i g h , i . e . , g o e s w e l l above 1 . 0 . Acc o r d i n g l y , t h e s i z e o f t h e ?ame s t a b i l i z e r i s s e l e c t e d s ot h a t i t i n t e r c e p t s g e n e r a l l y b e t w e e n a b o u t t w e n t y p e rc e n t ( 2 0 % ) t o a b o u t f o r t y p e r c e n t ( 4 0 % ) o f t h e s e c o n da r y c o m b u s t i o n a i r 4 3 . P r e f e r a b l y , t h e s i z e i s s u c h t h a ta b o u t t h i r t y p e r c e n t ( 3 0 % ) o f t h e c o m b u s t i o n a i r i ss u b j e c t e d t o s wi r l i n d u c e m e n t .

Within windbox 4 4 p r e s s u r e ? u c t u a t i o n s occur f o r av a r i e t y o f r e a s o n s . These t y p i c a l l y a r e s m a l l , o f t h eorder of a f r a c t i o n of an i n c h water column, but o f t e nc a n l e a d t o ?ame p u l s a t i o n s . A a r t i c u l a r l y e f f e c t i v ea s p e c t o f t h e ?ame s t a b i l i z e r shown i n FIGS. 2 and 4 st h e u s e o f a p r e s s u r e c o n t r o l r i n g 90 whereby t h e s t a t i cp r e s s u r e w i t h i n t h e windbox 44 i s r a i s e d above a m i n imum e v e l needed t o a v o i d s u c h ?ame p u l s a t i o n s . Thep r e s s u r e c o n t r o l r i n g 9 0 , w h i c h i s p r e f e r a b l y l o c a t e dt o w a r d s t h e d i s c h a r g e e n d 5 0 o f t h e b u r n e r , e f f e c t i v e l ys l i g h t l y n a r r o w s t h e g a p t h r o u g h which c o m b u s t i o n a i r4 3 b y p a s s e s t h e ?ame s t a b i l i z e r w i t h o u t i n c r e a s i n g t h es w i r l n u m b e r . The p r e s s u r e c o n t r o l r i n g 9 0 i s a p e r t u r e do r p e r f o r a te d s u c h a s w i t h h o l e s 9 2 , though s l o t s c o u l d


7/7

5 , 3 6 5 , 8 6 57be u s e d , i n o r d e r t o p r e s e r v e t h e a x i a l ?ow p a t t e r n o ft h e c o m b u s t i o n a i r . The i n c r e a s e i n s t a t i c p r e s s u r es h o u l d be s u f f i c i e n t s o t h a t t h e d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e , i . e . ,t h e s t a t i c p r e s s u r e on t h e upstream s i d e o f t h e ?ames t a b i l i z e r 4 0 r e l a t i v e t o i t s downstream s i d e , i s p o s i t i v et h r o u g h o u t t h e b u r n e r o p e r a t i o n s a t v a r i o u s l o a d i n g s .G e n e r a l l y , t h i s means a s t a t i c d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e ofp r e f e r a b l y g r e a t e r t h a n a b o u t two t o a b o u t f o u r i n c h e so f water c o l u m n . The r a d i a l width o f p r e s s u r e c o n t r o lr i n g 9 0 i s s e l e c t e d t o r a d i a l l y e x t e n d t h e p e r i p h e r a l s i z eo f t h e ?ame s t a b i l i z e r t o e s t a b l i s h t h e i n c r e a s e d s t a t i cp r e s s u r e . A l t e r n a t i v e l y , t h e e x i t t h r o a t 4 2 o f windbox 4 4c o u l d be reduced b y u s e o f an i n s e r t t o i n c r e a s e t h es t a t i c p r e s s u r e .Having t h u s d e s c r i b e d a s o l i d f u e l b u r n e r ?ame t a b il i z e r i n a c c o r d a n c e w i t h t h e i n v e n t i o n , i t s a d v a n t a g e scan be a p p r e c i a t e d . V a r i a t i o n s from t h e d e s cr i b e d emb o d i m e n t c a n b e made w i t h o u t d e p a r t i n g from t h es c o p e o f t h e i n v e n t i o n a s s e t f o r t h b y t h e f o l l o w i n gc l a i m s .Wh a t i s c l a i m e d i s :1 . A am e s t a b i l i z e r f o r a s o l i d f u e l b u r n e r which h a sa c e n t r a l a x i s with a f u e l f e e d c o n d u i t t h a t t e r m i n a t e s a ta discharge end f o r use i n or near t h e e x i t t h r o a t of ab u r n e r w i t h c o m b u s t i o n a i r b e i n g p a s s e d from a windbox a r o u n d t h e f u e l f e e d c o n d u i t , c o m p r i s i n g :

a v o r t e x c o n t r o l a p p a r a t u s h a v i n g a p e r i p h e r y andb e i n g s h a p e d t o mount a r o u n d t h e f u e l f e e d c o n d u i tn e a r i t s d i s c h a r g e e n d i n t h e p a t h o f c o m b u s t i o n a i rt o e n a b l e a v o r t e x downstream of t h e d i s c h a r g ee n d ; s a i d v o r t e x c o n t r o l a p p a r a t u s h a v i n g a p l u r a li t y o f a i r d e ? e c t i n g v a n e s s h a p e d t o r a d i a l l y v a r yt h e i r e x i t ?ow n g l e s , a s measured r e l a t i v e t o t h ec e n t r a l a x i s , a l o n g t h e i r l e n g t h s g e n e r a l l y f r o m t i p st o r o o t s of t h e vanes s o a s t o emphasize a x i a l ?owi n t h e v i c i n i t y o f t h e f u e l f e e d c o n d u i t and e n a b l es w i r l i n d u c e m e n t toward t h e p e r i p h e r y o f t h e v o rt e x c o n t r o l a p p ar a t u s; and w i t h t h e r a d i a l s i z e o ft h e v o r t e x c o n t r o l a p p ar a t u s b e i n g s e l e c t e d t o i nt e r c e p t an amount of combustion a i r , s o t h a t t h ei n t e g r a t e d s w i r l number f o r t h e ?ame t a b i l i z e r i s i nt h e r a n g e from a b o u t 0 . 6 t o a b o u t 2 . 0 .2 . The ? am e s t a b i l i z e r i n accordance w i t h c l a i m 1

wherein the vanes a r e shaped and o r i e n t e d so a s t ocause a d e s w i r l i n g e f f e c t on t h e combustion a i r aroundt h e f u e l f e e d c o n d u i t w h i l e e n a b l i n g a s w i r l i n g o f t h ecombustion i r toward t h e p e r i p h e r y o f t h e v o r t e x cont r o l a p p a r a t u s .3 . The ?ame s t a b i l i z e r i n a c c o r d a n c e w i t h c l a i m 2wherein t h e v a n e s have an e n t r a n c e a n g l e w i t h r e s p e c tt o t h e c e n t r a l a x i s t h a t i s s e l e c t e d t o s u b s t a n t i a l l y matchan a i r v e c t o r a n g l e formed a t t h e v o r t e x c o n t r o l apparat u s by a s w i r l i n g combustion a i r a s i t s w i r l s around t h ef u e l f e e d c o n d u i t p r i o r t o p a s s i n g t h r o u g h t h e v o r t e xc o n t r o l a p p a r a t u s .4 . The ?ame s t a b i l i z e r i n a c c o r d a n c e w i t h c l a i m 3wherein t h e e n t r a n c e a n g l e i s i n t h e r a n g e from a b o u tf o r t y t o a b o u t e i g h t y d e g r e e s .5 . The ?ame s t a b i l i z e r i n accordance w i t h c l a i m 3w h e r e i n t h e e x i t ?ow n g l e o f t h e v a n e s i s l e s s t h a n t h ee n t r a n c e a n g l e o f t h e v a n e s and w i t h t h e e x i t ?ow n g l eo f t h e v a n e s a t t h e t i p s o f t h e v a n e s b e i n g g r e a t e r t h a nt h e e x i t ?ow n g l e a t t h e r o o t s of t h e v a n e s .6 . The ?ame s t a b i l i z e r i n a c c o r d a n c e w i t h c l a i m 5wherein t h e e n t r a n c e a n g l e o f t h e v a n e s i s i n t h e r a n g e

20

2 5

3 5

4 0

45

5 5

6 0

6 5

8f r o m a b o u t f o r t y t o a b o u t e i g h t y d e g r e e s a n d w h e r e i nt h e e x i t ?ow a n g l e i s g e n e r a l l y l e s s t h a n a b o u t f o r t yd e g r e e s .

7 . The ?ame s t a b i l i z e r a s c l a i m e d i n c l a i m 2 whereint h e vanes have e n t r a n c e a n g l e s with r e s p e c t t o t h e cent r a l a x i s , s a i d e x i t ?ow a n g l e o f t h e v a n e s b e i n g l e s s t h a nt h e e n t r a n c e a n g l e o f t h e v a n e s and w i t h t h e e x i t ?owa n g l e a t t i p s o f t h e v a n e s b e i n g g r e a t e r t h a n t h e e x i t?ow n g l e a t t h e r o o t s of t h e v a n e s .

8 . The ?ame s t a b i l i z e r a s c l a i m e d i n c l a i m 7 whereint h e e n t r a n c e a n g l e o f t h e v a n e s i s i n t h e r a n g e froma b o u t f o r t y t o a b o u t e i g h t y d e g r e e s a n d w h e r e i n t h e e x i t?ow a n g l e i s g e n e r a l l y l e s s t h a n a b o u t f o r t y d e g r e e s a tthe r o o t s of the v a n e s .

9 . A a me t a b i l i z e r f o r a s o l i d f u e l b u r n e r which h a sa c e n t r a l a x i s with a f u e l conduit t h a t t e r m i n a t e s a t ad i s c h a r g e end f o r u s e i n or n e a r t h e e x i t t h r o a t of ab u r n e r w i t h c o m b u s t i o n a i r b e i n g p a s s e d from a windb o x a r o u n d t h e f u e l f e e d c o n d u i t , c o m p r i s i n g :

a v o r t e x c o n t r o l a p p a r a t u s h a v i n g a p e r i p h e r y andb e i n g s h a p e d t o mount a r o u n d t h e f u e l c o n d u i t n e a ri t s d i s c h a r g e e n d i n t h e p a t h o f c o m b u s t i o n a i r t oe n a b l e a v o r t e x downstream o f t h e d i s c h a r g e e n d ;s a i d v o r t e x c o n t r o l a p p a r a t u s h a v i n g a p l u r a l i t y o fa i r d e ? e c t i n g v a n e s with e x i t ?ow n g l e s , a s m e as u r e d w i t h r e s p e c t t o t h e c e n t r a l a x i s , a l o n g t h e i rl e n g t h s g e n e r a l l y f r o m r o o t s t o t i p s o f t h e v a n e s ,s a i d e x i t f l o w a n g l e s b e i n g s e l e c t e d s o a s t o d e s w i r lt h e c o m b u s t i o n a i r at l e a n t i n t h e v i c i n i t y o f t h e f u e lf e e d c o n d u i t , t o i n h i b i t a burnback c o n d i t i o n o f t h eb u r n e r ;

s a i d v a n e s having e n t r a n c e a n g l e s a s measured w i t hr e s p e c t to t h e c e n t r a l a x i s , w i t h t h e e x i t ?ow a n g l e sb e i n g g e n e r a l l y l e s s t h a n t h e e n t r a n c e a n g l e s a t t h er o o t s o f t h e v a n e s , s a i d e n t r a n c e a n g l e s b e i n g i n t h er a n g e f r o m a b o u t f o r t y d e g r e e s t o a b o u t e i g h t yd e g r e e s a n d s a i d e x i t ?ow n g l e s a t t h e r o o t s o f t h ev a n e s b e i n g g e n e r a l l y l e s s t h a n a b o u t f o r t y d e g r e e s .1 0 . The ?ame s t a b i l i z e r i n a c c o r d a n c e w i t h c l a i m 1 0

w h e r e i n t h e e x i t ?ow n g l e a t t h e t i p s o f t h e v a n e s i sg e n e r a l l y t h a t o f t h e e n t r a n c e a n g l e .

1 1 . A ethod f o r p r e v e n t i n g a burnback c o n d i t i o n o fa b u r n e r ?ame n a b u r n e r o f s o l i d f u e l s u p p l i e d t h r o u g ha f u e l f e e d c o n d u i t around which combustion a i r p l i e dwith a h i g h d e g r e e o f s w i r l t o d i s c h a r g e a t a n e x i tt h r o a t , c o m p r i s i n g t h e s t e p o f :

d e s w i r l i n g t h e s w i r l i n g c o m b u s t i o n a i r i n t h e v i c i n i t yof t h e e x i t t h r o a t i n a s u f f i c i e n t amount s o t h a t t h ea d v e r s e p r e s s u r e g r a d i e n t b o u n d a r y i n t h e b u r n e r?ame i s p r e v e n t e d f r o m moving u p s t r e a m o f t h eburner t o cause a burnb ack c o n d i t i o n .

1 2 . The method a s claimed i n c l a i m 1 1 wherein t h ed e s w i r l i n g s t e p i s s u f f i c i e n t t o a n c h o r t h e a d v e r s e p r e ss u r e g r a d i e n t boundary a t a l o c a t i o n which i s downs t r e a m o f t h e f u e l f e e d c o n d u i t .

1 3 . The method a s claimed i n c l a i m 1 2 wherein t h es t e p o f d e s w i r l i n g o f t h e c o m b u s t i o n a i r i s done i n as u f f i c i e n t amount s o a s t o produce an i n t e g r a t e d s w i r lnumber i n t h e r a n g e from a b o u t 0 . 6 t o a b o u t 2 . 0 .

1 4 . The method a s c l a i m e d i n c l a i m 1 1 wherein t h ed e s w i r l i n g s t e p i n c l u d e s t h e s t e p s o f :p r e f e r e n t i a l l y e m p h a s i z i n g t h e d e g r e e o f d e s w i r l i n g

r a d i a l l y n e a r t h e f u e l f e e d c o n d u i t .* * * * i

Richard Monro-1992-Flame Stabilizer for Solid Fuel Burner

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