JP2689110B2 - 石炭ノズルバーナのためのディフューザー - Google Patents

石炭ノズルバーナのためのディフューザー

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    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D1/00Burners for combustion of pulverulent fuel

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】バーナの石炭ノズルでは慣例
的にコニカルディフーザーを取付け、石炭をその周囲に
分配している。石炭粒子を石炭パイプの内面に沿って均
等に分配することが出来れば燃焼効率も改善されること
は経験の教えるところである。燃焼効率が改善されれば
未燃焼カーボン損失は低下し、放出される窒素酸化物量
は減少するであろう。
【0002】
【従来の技術】米国特許第4,380,202号には2
重レジスタバーナのミキサーが例示され、ディフューザ
ーが、“横長−菱形プラグ”として識別される面積減少
型コーン(reducing area cone)
と、このプラグを同軸的に包囲する切頭円錐形シュラウ
ドとを有している。プラグ支持体がこのプラグをシュラ
ウドの内側に剛着させる。プラグ支持体は、微粉化され
空気伴出される燃料に対する流れ抵抗を最小化する形状
を有している。プラグ支持体の数に関する記載は無く、
図面にはディフューザーの軸線と平行なただ2つの支持
体を示す。米国特許第4,479,442号は微粉炭の
ためのベンチュリノズルに関するものであり、拡大混合
部には複数の旋回ベーンが設けられている。米国特許第
2,912,942号は、周囲方向にベーンを隔設した
微粉化燃料のバーナを示している。これらのベーンは断
面が三角形状であり、その頂部がバーナ軸線に面してお
り、各ベーンは切頭円錐形状のシュラウドの内面に位置
付けられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】軸線及び内面を有する
石炭ノズルを有する石炭バーナのためのディフューザー
であって、石炭ノズル内で該石炭ノズルの軸線位置に位
置決めするための面積減少型コーンにして、上流側及び
下流側の各傾斜端部を有する面積減少型コーンと、小径
の上流側端部と大径の下流側端部とを有し、前記面積減
少型コーンの周囲に位置決めされる切頭円錐形状のシュ
ラウドと、面積減少型コーンに結合された、プレート状
の複数の支持脚にして、シュラウドを貫いて半径方向外
側に伸延して石炭ノズルと結合し、各支持脚が石炭ノズ
ルの軸線に対して10度の角度で傾斜しそれにより、石
炭ノズルを貫きディフューザーを通過して供給される微
粉炭を均等に拡散させる支持脚と、を有するディフュー
ザーを提供することである。
【0004】更には、4つの支持脚を使用し、各支持脚
が平坦なプレートの形態を有し且つ石炭ノズルの軸線に
対して約10度傾斜した支持脚を使用するディフューザ
ーを提供することであり、シンプルな形状を有し、堅牢
でありながら製造費用の安価な、石炭ノズルのための改
良されたディフューザーを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、軸線及
び内面を有する石炭ノズルを有する石炭バーナのための
ディフューザーであって、石炭ノズル内で該石炭ノズル
の軸線位置に位置決めするための、上流側及び下流側の
各傾斜端部を有する面積減少型コーンと、小径の上流側
端部と大径の下流側端部とを有し前記面積減少型コーン
の周囲に位置決めされる切頭円錐形状のシュラウドと、
面積減少型コーンに結合された複数の支持脚にして、シ
ュラウドを貫いて半径方向外側に伸延して石炭ノズルと
結合し、各支持脚が石炭ノズルの軸線に対して鋭角を為
す状態で傾斜してなる支持脚とを有しそれにより、石炭
ノズルを貫きディフューザーを通過して供給される微粉
炭を均等に拡散させてなるディフューザーが提供され
る。本発明は石炭バーナに於ける石炭ノズルの周囲に沿
っての微粉炭の分配を改善するための、コニカルディフ
ューザーに於ける支持脚の配列構成に関わるものであ
り、本発明によれば、面積減少型コーンには4つの支持
脚が、このコーンとシュラウドとの間でコーンの周囲に
等間隔で設けられる。全ての支持脚はバーナ軸線に対し
鋭角、詳しく言うと10度の各度を付けて取付けられ
る。4つの支持脚を使用することで本発明のディフュー
ザーは、ノズル軸線と平行な2つの支持脚を使用する従
来製品に比べ、極めて有益且つ予想外の流れ模様を創出
する。
【0006】
【発明の実施の形態】図1には、本発明のコニカルディ
フューザー(以下、単にディフューザーとも称する)を
有する代表的なバーナを例示する。ディフューザー10
は上流側のエルボ14の出口端12付近に位置付けら
れ、石炭を再配分するようになっている。面積減少型コ
ーン或は切頭円錐形状のシュラウド16が石炭の幾分か
を捕捉し、捕捉した石炭を石炭ノズル20の内面18に
向けて押し出す。本発明のディフューザーは4つの支持
脚22を有し、各々の支持脚はノズル軸線24に対して
一定の角度が付けられている。
【0007】本発明のディフューザーは石炭ノズル周囲
に沿っての石炭配分を改善するべく開発されたものであ
る。ディフューザー10は従来設計の面積減少型コーン
11を有してはいるが、追加的な支持脚を有している。
合計で4つの支持脚22は、図2に示すようにディフュ
ーザーの軸線に対し10度の角度が付けられている。支
持脚を4つとしたことにより、本発明のディフューザー
は従来設計のものでは得られない石炭配分を可能とし、
石炭ノズルの上流側での石炭のローピング(ropin
g:以下に説明する)に対する許容度も大きい。
【0008】本発明のディフューザーを、代表的な石炭
−空気負荷での既存の石炭パイプ配列構成を使用して定
量試験を実施した。それによると、本発明のディフュー
ザーでの、バーナノズル端部位置に於ける空気速度プロ
フィールが、石炭を均等に分配させる上で実質的な改善
をもたらすことが示された。ディフューザーを通してノ
ズル端部に進む石炭粒子の速度も向上した。本発明の新
規な設計形状によれば石炭粒子は、中心部に従来設計の
ものを使用した場合よりも低速のコアを生じる状態で、
この低速のコアの周囲に沿って従来設計のものよりもず
っと良好に分配される。本発明によれば、前記配列構成
及び負荷に対する分配の改善を達成する上で追加された
水面計通風損失は1/3インチ(約8.46cm)であ
った。
【0009】石炭のローピングは、空気によって搬送さ
れる(石炭)粒子の移行プロセス中に発生する。石炭粒
子は流動する媒体に引張られて進むことから、配管形状
による流れ模様の変化に対し遅延を生ずる。これにより
石炭は集中し、配管断面の小部分を移動するようにな
る。この、石炭の“ロープ”は配管を通ってバーナノズ
ルに達する。本発明のディフューザーでは角度を付した
4つの支持脚がこのロープを破壊するので、石炭は良好
に分配される。
【0010】こうした改善による効果は石炭炊きボイラ
ーに於ては、未燃焼カーボン損失の低下や窒素酸化物排
出量低減という形で現れる。図1を再度参照するに、本
発明のディフューザーを組み込むバーナが全体を番号4
0で示され、炉の内壁32と外壁34との間に画定され
るウィンドボックス30内に取付けられている。エルボ
14が一次エア及び微粉炭或はそうでない場合には粒子
状の石炭の供給源に結合される。石炭は石炭ノズル20
を通して供給され、図1に記号A、B、C、Dで示す異
なる帯域を有する火炎を創出する。
【0011】内側二次エア帯域36としての環状空間
が、石炭ノズル20の下流側端部或はノズル出口の周囲
に画定される。この内側二次エア帯域36から火炎の基
部に供給される二次エアが、高温で燃料リッチな脱蔵帯
域Aを形成する。二次エアの幾分かは番号35の位置で
火炎の基部に再循環する。
【0012】内側環状空間の周囲には外側二次エア帯域
38が画定される。この外側二次エア帯域からは外側二
次エア混合物39が供給され、この外側二次エア混合物
39が火炎と混合すると帯域Bは還元炎となり、帯域C
ではNOx が分解され、帯域Dではチャー(char)
が酸化される。スライドダンパ42が、外側二次エア帯
域に送るエア量を調節する。この調節はエア計量装置4
4でエアを計量することで行う。調節可能なスピンベー
ン46を、内側二次エア帯域36と外側二次エア混合物
39との間に設け、また石炭ノズル20の出口位置にも
設けて火炎を付形すると共にエア流れを方向付けする。
外側二次エア帯域の上流側端部にスピンベーン50を設
け、火炎の特性を更に改変させても良い。以上、本発明
を具体例を参照して説明したが、本発明の内で多くの変
更を成し得ることを理解されたい。
【0013】
【発明の効果】軸線及び内面を有する石炭ノズルを有す
る石炭バーナのためのディフューザーであって、石炭ノ
ズル内で該石炭ノズルの軸線位置に位置決めするための
面積減少型コーンにして、上流側及び下流側の各傾斜端
部を有する面積減少型コーンと、小径の上流側端部と大
径の下流側端部とを有し、前記面積減少型コーンの周囲
に位置決めされる切頭円錐形状のシュラウドと、面積減
少型コーンに結合された、プレート状の複数の支持脚に
して、シュラウドを貫いて半径方向外側に伸延して石炭
ノズルと結合し、各支持脚が石炭ノズルの軸線に対して
10度の角度で傾斜しそれにより、石炭ノズルを貫きデ
ィフューザーを通過して供給される微粉炭を均等に拡散
させる支持脚と、を有するディフューザーが提供され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のディフューザーを組み込んでなる石炭
バーナの軸線方向での断面図である。
【図2】本発明のディフューザーの後面図である。
【図3】図2を線3−3で切断した断面図である。
【符号の説明】
10 ディフューザー 11 面積減少型コーン 12 出口端 14 エルボ 16 シュラウド 20 石炭ノズル 22 支持脚 30 ウィンドボックス 32 内壁 34 外壁 36 内側二次エア帯域 38 外側二次エア帯域 39 外側二次エア混合物 40 バーナ 42 スライドダンパ 44 エア計量装置 46、50 スピンベーン

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸線及び内面を有する石炭ノズルを有す
    る石炭バーナのためのディフューザーであって、 石炭ノズル内で該石炭ノズルの軸線位置に位置決めする
    ための面積減少型コーン面積減少型コーンにして、上流
    側及び下流側の各傾斜端部を有する面積減少型コーン
    と、 小径の上流側端部と大径の下流側端部とを有し、前記面
    積減少型コーンの周囲に位置決めされる切頭円錐形状の
    シュラウドと、 面積減少型コーンに結合された、プレート状の複数の支
    持脚にして、シュラウドを貫いて半径方向外側に伸延し
    て石炭ノズルと結合し、各支持脚が石炭ノズルの軸線に
    対して10度の角度で傾斜しそれにより、石炭ノズルを
    貫きディフューザーを通過して供給される微粉炭を均等
    に拡散させる支持脚と、 を有するディフューザー。
  2. 【請求項2】 面積減少型コーンに結合され且つ石炭ノ
    ズルの軸線を中心として等間隔で位置決めされた4つの
    支持脚を有してなる請求項1に記載のディフューザー。
  3. 【請求項3】 粒子状の石炭をたくためのバーナであっ
    て、 ウィンドボックスを画定する手段と、 該ウィンドボックスを貫き、ノズル軸線に沿って伸延す
    る石炭ノズルと、 ノズルに於けるディフューザーにして、面積減少型コー
    ンを有し、該面積減少型コーンが、石炭ノズルの軸線位
    置で石炭ノズル内に位置決めされるための、上流側及び
    下流側の各傾斜端部を有してなるディフューザーと、 小径の上流側端部と大径の下流側端部とを有し、前記面
    積減少型コーンの周囲に位置決めされる切頭円錐形状の
    シュラウドと、 面積減少型コーンに結合された、プレート状の複数の支
    持脚にして、シュラウドを貫いて半径方向外側に伸延し
    て石炭ノズルと結合し、各支持脚が石炭ノズルの軸線に
    対して10度の角度で傾斜しそれにより、石炭ノズルを
    貫きディフューザーを通過して供給される微粉炭を均等
    に拡散させる支持脚と、 石炭ノズルの出口端部の周囲に内側二次エア帯域と外側
    二次エア帯域とを画定し、ウィンドボックスからの二次
    エアをノズルの出口端部の周囲領域に供給するための手
    段と、 粒子状の石炭と一次エアとを石炭ノズルに提供するため
    の手段と、 により構成されるバーナ。
  4. 【請求項4】 内側二次エア帯域と外側二次エア帯域と
    の夫々にスピンベーンを有している請求項3に記載のバ
    ーナ。
  5. 【請求項5】 面積減少型コーンに結合され且つ石炭ノ
    ズルの軸線を中心として等間隔に位置決めされた4つの
    支持脚を有する請求項4に記載のバーナ。
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