JP2655555B2 - Nozzle device for combustion furnace - Google Patents
Nozzle device for combustion furnaceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、燃焼炉用ノズル装置と燃焼炉に関するも
のである。さらに詳しくは、コアンダスパイラルフロー
方式による高効率燃焼炉用ノズルとそれを用いた燃焼炉
に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nozzle device for a combustion furnace and a combustion furnace. More specifically, the present invention relates to a nozzle for a high-efficiency combustion furnace using a Coanda spiral flow method and a combustion furnace using the nozzle.
（従来技術とその課題） 石油危機以来、省エネルギー、代替エネルギーへの関
心が高まり、産業の広範囲な分野で効率的、低コストの
エネルギーの利用についての検討が進められている。(Prior art and its problems) Since the oil crisis, interest in energy saving and alternative energy has been increasing, and studies on efficient and low-cost use of energy in a wide range of industries have been advanced.
すでに多くの分野で様々な省エネルギー、代替エネル
ギー手段が採用されており、加熱炉、燃焼炉をはじめと
して、熱エネルギーを利用する装置、設備の改善が進ん
でいる。Various energy saving and alternative energy means have already been adopted in many fields, and improvements have been made in heating furnaces, combustion furnaces, and other devices and equipment that utilize thermal energy.
また、近年、石炭の利用についても関心が高まり、CO
M（石炭・石油混合燃料）、CWM（石炭・水混合燃料）、
あるいは微粒状石炭などの利用が始められている。In recent years, interest in the use of coal has increased,
M (coal / oil blended fuel), CWM (coal / water blended fuel),
Alternatively, use of fine coal has been started.
このような省エネルギー、代替エネルギーの開発と利
用が進むに従って、燃料の熱エネルギーへの変換とその
熱エネルギーの有効利用のための燃焼炉の構造について
の改善も様々に行われている。たとえば、熱エネルギー
の損失を防止する燃焼炉の炉壁構造の改良、燃料とバー
ナー火炎との接触効率の改善のためのノズル先端部の改
良などがある。As the development and utilization of such energy saving and alternative energy have progressed, various improvements have been made to the structure of a combustion furnace for converting fuel into thermal energy and effectively utilizing the thermal energy. For example, there is an improvement in a furnace wall structure of a combustion furnace for preventing loss of heat energy, and an improvement in a nozzle tip for improving a contact efficiency between a fuel and a burner flame.
しかしながら、これらの従来の技術においては、燃料
を燃焼炉内に送入するためのノズル装置についてはあま
り大きな改善はなかった。特に、石炭の利用、COM、CWM
などの新燃料の使用という新しい状況に対応したノズル
装置は、これまでの技術では大きな問題があった。However, in these conventional techniques, there has been no significant improvement in a nozzle device for feeding fuel into a combustion furnace. In particular, coal utilization, COM, CWM
Nozzle devices that respond to new situations such as the use of new fuels have had a major problem with conventional technologies.
すなわち、石炭、コークスなどの固体状の燃料粒子、
あるいはCOM、CWMなどの固体粒子含有の流体を燃料とし
て用いる場合、従来は、いわゆるエジェクター方式など
の乱流混合輸送法が採用されていた。この方法において
は、高速の空気、あるいは液状流体が固体粒子とともに
乱流混合の状態にあるため、粒子はノズル先端の出口か
ら放出されるまでに管路の内面壁と激しく衝突し、この
内面壁の摩耗は避けられなかった。しかも、この摩耗は
管路の破壊にまで急速に進む。That is, solid fuel particles such as coal and coke,
Alternatively, when a fluid containing solid particles such as COM or CWM is used as a fuel, a turbulent mixed transport method such as a so-called ejector method has conventionally been adopted. In this method, since high-speed air or liquid fluid is in turbulent mixing state with solid particles, the particles violently collide with the inner wall of the pipe before being discharged from the outlet of the nozzle tip, and this inner wall is Wear was inevitable. Moreover, the wear rapidly progresses to the destruction of the pipeline.
このため、この摩耗を抑制し、しかも燃料の燃焼炉内
への供給を適切にコントロールするためには、管路材料
を耐衝撃性、耐久性の大きな特殊材料とするか、セラミ
ックによる内面コーティングなどの手段によって管内壁
を強化する必要があった。また、同様のことは、管路だ
けでなく、バルブ類、管接手類、流量計あるいは圧力計
などの計器測類にとっても必要とされていた。Therefore, in order to control this abrasion and properly control the supply of fuel into the combustion furnace, the pipe material must be made of a special material with high impact resistance and durability, or a ceramic inner coating must be used. It was necessary to reinforce the inner wall of the pipe by the means described above. Further, the same is required not only for pipes but also for instrument measurement such as valves, pipe fittings, flow meters, and pressure gauges.
またさらに、乱入混合による場合には圧力損失が大き
く、燃料の供給と燃焼炉の効率を上げる場合には、燃料
供給のための圧力装置などを大型化せざるを得なかっ
た。Further, in the case of turbulent mixing, the pressure loss is large, and in order to increase the efficiency of fuel supply and the combustion furnace, the pressure device and the like for fuel supply have to be increased in size.
このため、このような問題のない効率性、経済性に優
れた燃焼炉用ノズル装置とそのノズル装置を用いた燃焼
炉の実現が強く望まれていた。For this reason, there has been a strong demand for a combustion furnace nozzle device which is free from such problems and which is excellent in efficiency and economy, and a combustion furnace using the nozzle device.
（発明の目的） この発明は、このような事情を鑑みてなされたもので
あり、従来法における問題点を解決した、燃焼炉用ノズ
ル装置とこのノズル装置を用いた燃焼炉を提供すること
を目的としている。(Object of the Invention) The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a nozzle device for a combustion furnace and a combustion furnace using the nozzle device, which have solved the problems in the conventional method. The purpose is.
（発明の構成と効果） この発明の燃焼炉用ノズル装置は、燃料、特に固体粒
子を含有する燃料流体を効率的に、かつ管等の内壁の摩
耗を抑制しつつ燃焼炉内に供給するために、従来の乱流
混合による燃料供給法に変えて、コアンダスパイラルフ
ロー方式を採用することを特徴としている。(Structure and Effect of the Invention) The nozzle device for a combustion furnace of the present invention is intended to efficiently supply a fuel, particularly a fuel fluid containing solid particles, to the combustion furnace while suppressing abrasion of an inner wall of a pipe or the like. Another feature is that a Coanda spiral flow system is adopted instead of the conventional fuel supply method using turbulent mixing.
このコアンダスパイラルフローとその産業的利用のは
この発明の発明者によってはじめて見出されたもので、
管路方向の流体のベクトルに管半径方向のベクトルを加
えると流体が旋回し、この旋回流に基ずき管内壁近傍に
動的境界層が形成されるとともに、流体はスパイラル
（螺旋）を描きつつ管路方向に高速で進行するという事
実に基づいている。This Coanda spiral flow and its industrial use were first discovered by the inventor of the present invention,
When the vector in the pipe direction is added to the vector in the pipe direction, the fluid swirls. Based on the swirling flow, a dynamic boundary layer is formed near the inner wall of the pipe, and the fluid draws a spiral. It is based on the fact that it travels at high speed in the direction of the pipeline.
このスパイラルフローに固定粒子を混入すると粒子は
スパイラルを招きつつ管路方向に進行し、しかも粒子と
管内壁との接触は著しく抑制されるのである。When fixed particles are mixed into the spiral flow, the particles proceed in the pipe direction while inducing a spiral, and the contact between the particles and the inner wall of the pipe is significantly suppressed.
この発明は、このようなコアンダ効果を利用するもの
である。The present invention utilizes such a Coanda effect.
図面に沿って、この発明のノズル装置とこれを用いた
燃焼炉について説明する。A nozzle device of the present invention and a combustion furnace using the nozzle device will be described with reference to the drawings.
第１図は、この発明のノズル装置の一例を断面図とし
て示したものである。この第１図に例示したこの発明の
ノズル装置は、管路（１）の端面に管路径と等しくなる
ように接続され、該接続面と反対方向に次第に径が大き
くなっていく円筒管（２）に、加圧流体を該円筒管内に
送入するための環状の細隙（３）を形成し、該細隙
（３）から管路（１）に向って滑らかに湾曲した壁面
（４）を設け、円筒管の管路（１）の反対の端面には燃
料流体の流入口（５）を設け、さらに、細隙（３）に加
圧流体を供給する手段と、燃料流体の流入口（５）に燃
料流体を供給する手段とを設けたコアンダスパイラルフ
ロー生成部と；燃料流体をコアンダスパイラルフローに
よってノズル出口に移送する管路部と；燃料流体を燃焼
炉内に放出するノズル部とからなっている。FIG. 1 is a sectional view showing an example of the nozzle device of the present invention. The nozzle device of the present invention illustrated in FIG. 1 is connected to an end face of a pipe (1) so as to be equal to the pipe diameter, and the diameter of the cylindrical pipe (2) gradually increases in a direction opposite to the connection surface. ), An annular slot (3) for introducing a pressurized fluid into the cylindrical pipe is formed, and a wall (4) smoothly curved from the gap (3) toward the pipe (1). A fuel fluid inlet (5) at the end of the cylindrical tube opposite to the conduit (1); and a means for supplying a pressurized fluid to the slit (3); and a fuel fluid inlet. (5) a Coanda spiral flow generating section provided with a means for supplying a fuel fluid; a pipe section for transferring the fuel fluid to the nozzle outlet by the Coanda spiral flow; and a nozzle section for discharging the fuel fluid into the combustion furnace. Consists of
細隙（３）の壁面（４）と反対の側には、補助筒
（８）を接続するか、もしくは、この補助筒に相当する
部分を円筒管（２）と一体のものとしてもよい。ただ、
細隙（３）の間隔については、燃焼炉の状態をみながら
燃料供給をコントロールするためにも、調整自在とする
のまが好ましい。また、細隙（３）において湾曲面
（４）と対向する壁面（９）は、ほぼ直角状または鋭角
状に折り曲げる。An auxiliary cylinder (8) may be connected to the side of the slit (3) opposite to the wall surface (4), or a portion corresponding to the auxiliary cylinder may be integrated with the cylindrical tube (2). However,
It is preferable that the gap (3) is adjustable so that the fuel supply can be controlled while observing the state of the combustion furnace. Further, the wall surface (9) facing the curved surface (4) in the narrow space (3) is bent at a substantially right angle or an acute angle.
環状の細隙（３）に加圧流体を供給する手段（７）と
しては適宜のなものが採用できるが、円筒管（２）を囲
むように分配室（６）を設け、この分配室と細隙（３）
とを連通させることができる。As the means (7) for supplying a pressurized fluid to the annular gap (3), any suitable means can be adopted, but a distribution chamber (6) is provided so as to surround the cylindrical tube (2), and this distribution chamber and Slit (3)
Can be communicated with.
この構造においては、加圧流体、たとえば空気、水な
ど、を高速で細隙（３）から円筒管（２）内に送入す
る。細隙（３）の出口で流体はコアンダ効果により円筒
管から管路（１）側に傾いた流線（α）を描き、その結
果、反対側には負圧域を生じる。その負圧域に外部から
燃料流体が流入する（矢印β）。In this structure, a pressurized fluid, for example, air, water or the like, is fed at a high speed from the slit (3) into the cylindrical tube (2). At the outlet of the slit (3), the fluid draws a streamline (α) inclined from the cylindrical tube toward the conduit (1) due to the Coanda effect, and as a result, a negative pressure region is generated on the opposite side. The fuel fluid flows into the negative pressure region from outside (arrow β).
細隙（３）からの流体の運動ベクトルと外部からの燃
料流体の運動ベクトルとは合成されて円筒管内を管路
（１）側へ進行する流体流が形成される。The motion vector of the fluid from the narrow gap (3) and the motion vector of the fuel fluid from the outside are combined to form a fluid flow that travels in the cylindrical pipe toward the pipe (1).
流体流は、次第に径をせばめられ、その際に半径方向
のベクトルが与えられる。この半径方向のベクトルが旋
回方向のベクトルに転換し、直進ベクトルと合わせてス
パイラルモーションを生ずるに至る。The fluid flow is progressively shrunk in diameter, giving a radial vector. The vector in the radial direction is converted into a vector in the turning direction, and a spiral motion is generated together with the vector in the straight direction.
もちろん、この第１図の例に、この発明が限定される
ものではない。コアンダスパイラルフローを生成させる
ことができ、それを維持する限り、構造上に特段の限定
はない。また、この発明のノズル装置においては、加圧
流体と固体燃料粒子とは乱流混合しないので、管内壁と
の衝突も抑制される。このため、燃焼炉用に用いること
のできる耐熱性があれば、管およびその内壁に格別硬質
な材料を使用する必要はない。Of course, the present invention is not limited to the example of FIG. There is no particular structural limitation as long as a Coanda spiral flow can be generated and maintained. Further, in the nozzle device of the present invention, since the pressurized fluid and the solid fuel particles do not mix turbulently, collision with the inner wall of the pipe is suppressed. Therefore, if there is heat resistance that can be used for a combustion furnace, it is not necessary to use a particularly hard material for the tube and its inner wall.
この発明のノズル装置のコアンダスパイラルフローの
生成部としては、第１図に示したような環状の細隙
（３）側から直ちに円筒管（２）がコーン状に形成され
たものだけでなく、たとえば第２図および第３図に示す
ように環状の細隙側から円筒部分（10）を経てコーン状
に形成されたものでもよい。As the Coanda spiral flow generating portion of the nozzle device of the present invention, not only the cylindrical tube (2) formed immediately from the side of the annular gap (3) as shown in FIG. For example, as shown in FIGS. 2 and 3, it may be formed in a cone shape through the cylindrical portion (10) from the annular slit side.
また、固体燃料粒子を第３図に示したように、導入管
（11）から、流線βに沿って流入する流体とは別に送入
してもよい。Further, as shown in FIG. 3, the solid fuel particles may be sent from the inlet pipe (11) separately from the fluid flowing along the stream line β.
この発明に用いるノズル装置においては（第１図参
照）、たとえば、円筒管（２）の傾斜角θは、tanθが1
/4〜1/8程度になるようにするのが好ましい。また管路
と円筒管との内径の比率は1/2〜1/5程度とするのが好ま
しい。In the nozzle device used in the present invention (see FIG. 1), for example, the inclination angle θ of the cylindrical tube (2) is tan θ of 1
It is preferable to set it to about / 4 to 1/8. Further, the ratio of the inner diameter of the pipe to the inner diameter of the cylindrical pipe is preferably about 1/2 to 1/5.
この発明のノズル装置を用いるのにあたっては、燃焼
炉の形式、構造に格別の限定はない。In using the nozzle device of the present invention, the type and structure of the combustion furnace are not particularly limited.
垂直型または水平型のバーナー火炎方式のいずれのも
のにも用いることができる。燃焼炉の形状についても、
円筒型、立方型、その他様々なものにこの発明のノズル
装置を用いることができる。It can be used for either a vertical or horizontal burner flame type. Regarding the shape of the combustion furnace,
The nozzle device of the present invention can be used for a cylindrical type, a cubic type, and various other types.
ノズル装置は、適宜な、反射板やガス循環手段等の附
属手段とともに燃焼炉に単数または複数設置することが
できる。たとえば、円筒型の燃焼炉、もしくは加熱炉に
おいて底部よりバーナー火炎を放射し、円筒の中心線か
ら放射状に設置された複数のノズル装置より燃料流体を
円筒中心に向って放出させ、これら燃料流体が交互に衝
突するようにすることもできる。こうすることにより、
スパイラルモーションによって供給された燃料は、燃焼
域に拡散し、燃焼効率を向上させることができる。The nozzle device can be installed singly or plurally in the combustion furnace together with appropriate auxiliary means such as a reflection plate and gas circulation means. For example, in a cylindrical combustion furnace or a heating furnace, a burner flame is radiated from the bottom portion, and a plurality of nozzle devices radially installed from the center line of the cylinder discharge fuel fluid toward the center of the cylinder. It is also possible to make them collide alternately. By doing this,
The fuel supplied by the spiral motion is diffused into the combustion zone, and the combustion efficiency can be improved.
あるいはまた、この発明のノズル装置は燃焼炉に対し
て垂直方向に複数設けてもよい。Alternatively, a plurality of nozzle devices of the present invention may be provided in a direction perpendicular to the combustion furnace.
以上のようなこの発明装置とそれを用いた燃焼炉に
は、たとえば直径0.1mm以下の細かい粉体にまで粉砕さ
れた石炭と石油の混合物であるCOMや石油に代えて水を
用いたCWMをはじめ、石炭、あるいはコークスなどの固
体燃料粒子を含有した燃料流体の適宜ものを用いること
ができる。加圧流体としても、石油、水などの液体、あ
るいは空気、燃焼炉循環ガス、天然ガス、LNGなどの気
体の適宜なものを用いることができる。The above-described apparatus of the present invention and a combustion furnace using the same include, for example, COM which is a mixture of coal and petroleum crushed to a fine powder having a diameter of 0.1 mm or less or CWM using water instead of petroleum. First, an appropriate fuel fluid containing solid fuel particles such as coal or coke can be used. As the pressurized fluid, an appropriate liquid such as a liquid such as petroleum or water, or a gas such as air, circulating gas of a combustion furnace, natural gas, or LNG can be used.
燃料に用いる固体の粒子径は、燃焼炉の能力、構造に
よってもちがってくるが、コアンダスパイラルフローの
形成の上からは、ノズル装置の管路径の1/3以下とし、
固体粒子と流体の混合比は10以下とするのが好ましい。The particle size of the solid used for the fuel varies depending on the capacity and structure of the combustion furnace.However, from the viewpoint of the formation of the Coanda spiral flow, it should be 1/3 or less of the nozzle diameter of the nozzle device.
The mixing ratio between the solid particles and the fluid is preferably 10 or less.
ノズル装置の加圧流体の圧力としては、２〜10kg/cm2
G程度とするのが好ましい。The pressure of the pressurized fluid of the nozzle device is 2 to 10 kg / cm 2
It is preferably about G.
このようなノズル装置を用いることにより、燃料流体
を高速で効率的に供給することができるばかりか、燃料
固体粒子と管路等の装置内壁面との衝突を効果的に制御
することが可能となる。By using such a nozzle device, not only can the fuel fluid be supplied efficiently at high speed, but also it is possible to effectively control the collision between the solid fuel particles and the inner wall of the device such as a pipe. Become.
第１図、第２図、および第３図は、この発明のノズル装
置の一例の要部を断面図として示したものである。 図中の番号は次のものを示している。 １……管路、６……分配室 ２……円筒管、７……加圧流体供給手段 ３……細隙、８……補助筒 ４……湾曲壁面、９……壁面 ５……燃料流入口、10……ノズル装置FIGS. 1, 2 and 3 are cross-sectional views showing the main parts of an example of the nozzle device of the present invention. The numbers in the figure indicate the following. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pipe line, 6 ... Distribution chamber 2 ... Cylindrical tube, 7 ... Pressurized fluid supply means 3 ... Narrow space, 8 ... Auxiliary cylinder 4 ... Curved wall surface, 9 ... Wall surface 5 ... Fuel Inlet, 10 ... Nozzle device
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−83817（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−275599（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−71000（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−58100（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−121625（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−61500（ＪＰ，Ｕ)Continuation of the front page (56) References JP-A-61-83817 (JP, A) JP-A-61-275599 (JP, A) JP-A-57-71000 (JP, A) JP-A-62-58100 (JP, A) , A) Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-121625 (JP, A)
Claims (10)
うに接続され、該接続面と反対方向に次第に径が大きく
なっていく円筒管（２）に、加圧流体を該円筒内に送入
するための環状の細隙（３）を形成し、該細隙（３）か
ら管路（１）に向って滑らかに湾曲した壁面（４）を設
け、円筒管の管路（１）の反対の端面には燃料流体の流
入口（５）を設け、さらに、細隙（３）に加圧流体を供
給する手段と、燃料流体の流入口（５）に燃料流体を供
給する手段とを設けたコアンダスパイラルフロー生成部
と；燃料流体をコアンダスパイラルフローによってノズ
ル出口に移送する管路部と；燃料流体を燃焼炉内に放出
するノズル部とからなることを特徴とする燃焼炉用ノズ
ル装置。1. A pressurized fluid is supplied to a cylindrical pipe (2) which is connected to an end face of a pipe (1) so as to have a diameter equal to the pipe diameter and has a diameter gradually increasing in a direction opposite to the connection face. An annular slit (3) for feeding into the inside is formed, and a wall surface (4) which is smoothly curved from the slit (3) toward the pipe line (1) is provided. A fuel fluid inlet (5) is provided at the opposite end face of 1), and a means for supplying a pressurized fluid to the slit (3) and a fuel fluid to the fuel fluid inlet (5) are provided. And a nozzle for discharging the fuel fluid into the combustion furnace. Nozzle device.
求の範囲第（１）項記載の燃焼炉用ノズル装置。2. The nozzle device for a combustion furnace according to claim 1, wherein the interval between the slits (3) is adjustable.
加圧流体の分配室を設けた特許請求の範囲第（１）項記
載の燃焼炉用ノズル装置。3. A nozzle apparatus for a combustion furnace according to claim 1, wherein a pressurized fluid distribution chamber is provided between said narrow gap and said pressurized fluid supply means.
うに接続され、該接続面と反対方向に次第に径が大きく
なっていく円筒管（２）に、加圧流体を該円筒内に送入
するための環状の細隙（３）を形成し、該細隙（３）か
ら管路（１）に向って滑らかに湾曲した壁面（４）を設
け、円筒管の管路（１）の反対の端面には燃料流体の流
入口（５）を設け、さらに、細隙（３）に加圧流体を供
給する手段と、燃料流体の流入口（５）に燃料流体を供
給する手段とを設けたコアンダスパイラルフロー生成部
と；燃料流体をコアンダスパイラルフローによってノズ
ル出口に移送する管路部と；燃料流体を燃焼炉内に放出
するノズル部とからなるノズル装置を用いたことを特徴
とする燃焼炉。4. A pressurized fluid is supplied to a cylindrical pipe (2), which is connected to an end face of the pipe (1) so as to have a diameter equal to the pipe diameter and has a diameter gradually increasing in a direction opposite to the connection face. An annular slit (3) for feeding into the inside is formed, and a wall surface (4) which is smoothly curved from the slit (3) toward the pipe line (1) is provided. A fuel fluid inlet (5) is provided at the opposite end face of 1), and a means for supplying a pressurized fluid to the slit (3) and a fuel fluid to the fuel fluid inlet (5) are provided. A nozzle unit comprising: a Coanda spiral flow generating unit provided with a means; a conduit for transferring a fuel fluid to a nozzle outlet by the Coanda spiral flow; and a nozzle unit for discharging the fuel fluid into the combustion furnace. Combustion furnace characterized.
の範囲第（４）項記載の燃焼炉。5. The combustion furnace according to claim 4, wherein a plurality of nozzle devices are provided in the combustion furnace.
れた燃料流体が相互に衝突するようにノズル装置を設け
た特許請求の範囲第（５）項記載の燃焼炉。6. The combustion furnace according to claim 5, wherein the nozzle devices are provided so that the fuel fluids discharged from the nozzle portions of the plurality of nozzle devices collide with each other.
の範囲第（４）項ないし第（６）項のいずれかに記載の
燃焼炉。7. A combustion furnace according to any one of claims (4) to (6), wherein COM or CWM is used as a fuel.
求の範囲第（４）項ないし第（６）項のいずれかに記載
の燃焼炉。8. The combustion furnace according to any one of claims (4) to (6), wherein coal or coke is used as a fuel.
請求の範囲第（７）項または第（８）項に記載の燃焼
炉。9. The combustion furnace according to claim 7, wherein heavy oil or water is used as the pressurized fluid.
範囲第（７）項または第（８）項に記載の燃焼炉。10. The combustion furnace according to claim (7) or (8), wherein air is used as the pressurized fluid.
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| Publication number | Publication date |
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