JP2009300043A - 流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルカバーの形状を複雑化することなく、流動媒体の衝突によるノズルカバーの外壁と内壁の摩耗を低減し得、更に、コストアップを抑え且つセッティングに要する手間と時間の軽減をも図り得る流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造を提供する。
【解決手段】下端を開口した円筒形で且つ上部に流動用ガス噴出口７が穿設されたノズル本体５に、下端へ向け口径を漸次拡大した笠状のノズルカバー６を、前記ノズル本体５の下端部を除きその周囲を覆うよう取り付けると共に、前記ノズルカバー６内側への流動媒体の渦状循環流の侵入を阻止する鍔部材９を取り付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造に関するものである。

従来より、流動層炉としては、例えば、循環流動層燃焼炉（ＣＦＢＣ：Circulating Fluidized Bed Combustor）がよく知られているが、該循環流動層燃焼炉を備えたボイラ設備は、燃焼炉において、押込通風機から圧送される空気等の流動用ガス又は酸素等の流動用ガスにより砂等の流動媒体の流動層を形成し、ここに石炭、バイオマス、タイヤチップ等の燃料を投入して燃焼させ、前記燃焼炉からの燃焼排ガスを排ガス管を介してホットサイクロン等の媒体分離装置へ導入し、該媒体分離装置において前記排ガスより流動媒体を分離し、該分離された流動媒体をダウンカマーを介し前記燃焼炉に戻して循環させ、同時に、前記燃焼炉の炉壁管内を流れる水を燃料の燃焼に伴う熱で加熱すると共に、前記媒体分離装置で流動媒体が分離された燃焼排ガスの熱を熱交換器で回収することにより、蒸気を発生させるようになっている。

そして、前記燃焼炉の底部には、流動層とその下方の流動用ガス導入部とを仕切る分散板が配置され、該分散板の各流動用ガス供給孔にノズル本体が装着され、該ノズル本体の流動用ガス噴出口から前記流動層内に流動用ガスが供給されるようになっている。

ここで、前記流動層炉としての燃焼炉においては、ノズル本体から流動用ガス導入部へ流動媒体が落下することを防止するための一つの手法として、前記ノズル本体をノズルカバーで覆う構造が採用されている。

従来の流動層炉の空気分散ノズル構造の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１、２がある。
特開平９−２９９７８４号公報 特開２００６−１６２１６１号公報

特許文献１に示されるものは、ノズル本体に円筒状のノズルカバーを被せるシンプルな構造であるが、流動媒体が渦を巻くようにノズルカバー外壁に衝突し、該ノズルカバー外壁が摩耗するという問題があった。尚、図３は、流動層１とその下方の流動用ガス導入部２とを仕切る分散板３の各流動用ガス供給孔４にノズル本体５を装着し、該ノズル本体５に円筒状のノズルカバー６を被せ、前記ノズル本体５の流動用ガス噴出口７から円筒状のノズルカバー６を介して前記流動層１内に流動用ガスを供給する場合における流動媒体の挙動を確認するために、本発明者等が製作した透明アクリル板によるコールド二次元モデル（図面と直交する奥行方向の厚さ２０［ｍｍ］）を示すものであり、実際に流動媒体が渦を巻くように円筒状のノズルカバー６外壁に衝突することが確認されている。

又、特許文献２に示されるものは、ノズル本体に笠状のノズルカバーを被せる構造のものであって、該笠状のノズルカバーによりノズルカバー外壁への流動媒体の衝突が緩和され、該ノズルカバー外壁の摩耗の低減が可能となるが、前記ノズルカバーの裾が広がることによりノズルカバーの内側で流動媒体が渦を巻き、該ノズルカバー内壁が摩耗するという問題があった。尚、図４は、流動層１とその下方の流動用ガス導入部２とを仕切る分散板３の各流動用ガス供給孔４にノズル本体５を装着し、該ノズル本体５に笠状のノズルカバー６を被せ、前記ノズル本体５の流動用ガス噴出口７から笠状のノズルカバー６を介して前記流動層１内に流動用ガスを供給する場合における流動媒体の挙動を確認するために、本発明者等が製作した透明アクリル板によるコールド二次元モデル（図面と直交する奥行方向の厚さ２０［ｍｍ］）を示すものであり、実際に笠状のノズルカバー６の内側で流動媒体が渦を巻き、該ノズルカバー６内壁に衝突することが確認されている。因みに、このようにノズルカバー６内壁が摩耗する原因としては、笠状のノズルカバー６では、該ノズルカバー６下端部からの流動用ガスの噴出速度分布が広く、且つ笠に沿って流動用ガスの高速部が形成されるため、ノズル本体５の外壁面に沿う流動用ガスの流れが遅くなり、ノズルカバー６内側へ流動媒体が侵入しやすくなるためであると考えられる。

一方、図５〜図７に示される如く、流動層１とその下方の流動用ガス導入部２とを仕切る分散板３の各流動用ガス供給孔４にノズル本体５を装着し、該ノズル本体５に、円周方向三箇所（図６参照）に導出口８が形成された矢じり型（Arrowhead）のノズルカバー６を被せ、前記ノズル本体５の流動用ガス噴出口７から矢じり型のノズルカバー６を介して前記流動層１内に流動用ガスを供給するようにしたものもある。この場合、矢じり型のノズルカバー６の導出口８が絞られる形となっているため、該導出口８から吹き出される流動用ガスの流速が大きく、矢じり型のノズルカバー６内側へ流動媒体が侵入しにくく該ノズルカバー６内壁が摩耗する心配はない反面、ノズルカバー６の形状が複雑化してコストアップにつながると共に、矢じり型のノズルカバー６の導出口８が円周方向全周に存在しないため、図６に示される如く、その向きを規定して分散板３に対し配設する必要があり、セッティングに多大な手間と時間を要するという不具合を有していた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ノズルカバーの形状を複雑化することなく、流動媒体の衝突によるノズルカバーの外壁と内壁の摩耗を低減し得、更に、コストアップを抑え且つセッティングに要する手間と時間の軽減をも図り得る流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造を提供しようとするものである。

本発明は、流動層とその下方の流動用ガス導入部とを仕切る分散板の各流動用ガス供給孔にノズル本体を装着し、該ノズル本体の流動用ガス噴出口から前記流動層内に流動用ガスを供給する流動層炉の流動用ガスノズル構造において、
下端を開口した円筒形で且つ上部に流動用ガス噴出口が穿設されたノズル本体に、下端へ向け口径を漸次拡大した笠状のノズルカバーを、前記ノズル本体の下端部を除きその周囲を覆うよう取り付けると共に、前記ノズルカバー内側への流動媒体の渦状循環流の侵入を阻止する鍔部材を取り付けたことを特徴とする流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前述の如く構成すると、笠状のノズルカバーによりノズルカバー外壁への流動媒体の衝突が緩和され、該ノズルカバー外壁の摩耗の低減が可能となる反面、笠状のノズルカバーでは、該ノズルカバー下端部からの流動用ガスの噴出速度分布が広く、且つ笠に沿って流動用ガスの高速部が形成されるため、ノズル本体の外壁面に沿う流動用ガスの流れが遅くなり、ノズルカバー内側へ流動媒体が侵入しやすくなるが、ノズル本体に鍔部材を取り付けたことにより、ノズルカバー内側への流動媒体の渦状循環流の侵入が阻止され、流動媒体衝突によるノズルカバー内側の摩耗を低減可能となる。

又、ノズル本体に鍔部材を取り付けるだけの簡単な構造で、従来の矢じり型のノズルカバーのように導出口が絞られる形となっていないため、ノズルカバーの形状は複雑化せずコストアップが避けられると共に、矢じり型のノズルカバーとは異なり、流動用ガスの導出口が円周方向全周に存在するため、その向きを規定して分散板に対し配設する必要がなく、セッティングに多大な手間と時間を掛けなくて済む。

前記流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造においては、前記鍔部材を、ノズルカバー内周面の傾斜角度と平行な傾斜角度、若しくは下端へ向け流動用ガスの流路断面積が狭まる傾斜角度を有する円錐台形状とすることが好ましい。

又、前記流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造においては、前記ノズルカバーと鍔部材とをそれぞれ前記ノズル本体に対し着脱自在とすることもできる。

本発明の流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造によれば、ノズルカバーの形状を複雑化することなく、流動媒体の衝突によるノズルカバーの外壁と内壁の摩耗を低減し得、更に、コストアップを抑え且つセッティングに要する手間と時間の軽減をも図り得るという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図３〜図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図３〜図７に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１及び図２に示す如く、下端を開口した円筒形で且つ上部に流動用ガス噴出口７が穿設されたノズル本体５に、下端へ向け口径を漸次拡大した笠状のノズルカバー６を、前記ノズル本体５の下端部を除きその周囲を覆うよう取り付けると共に、前記ノズルカバー６内側への流動媒体の渦状循環流の侵入を阻止する鍔部材９を取り付けた点にある。

前記鍔部材９は、ノズルカバー６内周面の傾斜角度と平行な傾斜角度、若しくは下端へ向け流動用ガスの流路断面積が狭まる傾斜角度を有する円錐台形状とすることができ、その上端は、前記ノズル本体５の流動用ガス噴出口７の下に位置し、その下端は、ノズルカバー６の下端より僅かに上に位置し、該ノズルカバー６の内側に収まるようにしてある。但し、前記鍔部材９の下端は、ノズルカバー６の下端より下に位置させ、該ノズルカバー６の外側に若干張り出すようにすることもできる。

又、本図示例の場合、前記ノズルカバー６と鍔部材９は、前記ノズル本体５に対し固着するようにしてあるが、該ノズルカバー６と鍔部材９とをそれぞれ前記ノズル本体５に対しネジ込む形式とし着脱自在とすることもできる。

次に、上記図示例の作用を説明する。

前述の如く構成すると、笠状のノズルカバー６によりノズルカバー６外壁への流動媒体の衝突が緩和され、該ノズルカバー６外壁の摩耗の低減が可能となる反面、笠状のノズルカバー６では、該ノズルカバー６下端部からの流動用ガスの噴出速度分布が広く、且つ笠に沿って流動用ガスの高速部が形成されるため、ノズル本体５の外壁面に沿う流動用ガスの流れが遅くなり、ノズルカバー６内側へ流動媒体が侵入しやすくなるが、ノズル本体５に鍔部材９を取り付けたことにより、ノズルカバー６内側への流動媒体の渦状循環流の侵入が阻止され、流動媒体衝突によるノズルカバー６内側の摩耗を低減可能となる。

又、ノズル本体５に鍔部材９を取り付けるだけの簡単な構造で、従来の矢じり型のノズルカバー６（図５〜図７参照）のように導出口８が絞られる形となっていないため、ノズルカバー６の形状は複雑化せずコストアップが避けられると共に、前記矢じり型のノズルカバー６とは異なり、流動用ガスの導出口８が円周方向全周に存在するため、図２に示す如く、その向きを規定して分散板３に対し配設する必要がなく、セッティングに多大な手間と時間を掛けなくて済む。

しかも、前記鍔部材９は、ノズルカバー６内周面の傾斜角度と平行な傾斜角度、若しくは下端へ向け流動用ガスの流路断面積が狭まる傾斜角度を有する円錐台形状としてあるため、前記ノズル本体５の流動用ガス噴出口７から吹き出される流動用ガスの流れを阻害する心配もない。

更に又、前記ノズルカバー６と鍔部材９とをそれぞれ前記ノズル本体５に対しネジ込む形式とし着脱自在とすれば、該ノズルカバー６或いは鍔部材９が万一破損したりしたとしても、その交換を容易に行うことが可能となる。

こうして、ノズルカバー６の形状を複雑化することなく、流動媒体の衝突によるノズルカバー６の外壁と内壁の摩耗を低減し得、更に、コストアップを抑え且つセッティングに要する手間と時間の軽減をも図り得る。

尚、本発明の流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、循環流動層燃焼炉に限らずガス化炉等にも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す側断面図である。 本発明を実施する形態の一例におけるノズルの平面配置図である。 円筒状のノズルカバーを被せたノズル本体から流動層内に流動用ガスを供給する場合における流動媒体の挙動を確認するために、本発明者等が製作した透明アクリル板によるコールド二次元モデルを示す図である。 笠状のノズルカバーを被せたノズル本体から流動層内に流動用ガスを供給する場合における流動媒体の挙動を確認するために、本発明者等が製作した透明アクリル板によるコールド二次元モデルを示す図である。 従来の矢じり型ノズルを示す斜視図である。 従来の矢じり型ノズルの平面配置図である。 従来の矢じり型ノズルを示す側断面図であって、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面相当図である。

符号の説明

１ 流動層
２ 流動用ガス導入部
３ 分散板
４ 流動用ガス供給孔
５ ノズル本体
６ ノズルカバー
７ 流動用ガス噴出口
９ 鍔部材

Claims (3)

1. 流動層とその下方の流動用ガス導入部とを仕切る分散板の各流動用ガス供給孔にノズル本体を装着し、該ノズル本体の流動用ガス噴出口から前記流動層内に流動用ガスを供給する流動層炉の流動用ガスノズル構造において、
   下端を開口した円筒形で且つ上部に流動用ガス噴出口が穿設されたノズル本体に、下端へ向け口径を漸次拡大した笠状のノズルカバーを、前記ノズル本体の下端部を除きその周囲を覆うよう取り付けると共に、前記ノズルカバー内側への流動媒体の渦状循環流の侵入を阻止する鍔部材を取り付けたことを特徴とする流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造。
2. 前記鍔部材を、ノズルカバー内周面の傾斜角度と平行な傾斜角度、若しくは下端へ向け流動用ガスの流路断面積が狭まる傾斜角度を有する円錐台形状とした請求項１記載の流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造。
3. 前記ノズルカバーと鍔部材とをそれぞれ前記ノズル本体に対し着脱自在とした請求項１又は２記載の流動層炉の流動用ガス分散ノズル構造。

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