JP3162716B2 - 流動床にペースト状燃料を供給するための方法およびノズル - Google Patents

流動床にペースト状燃料を供給するための方法およびノズル

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流動床にペースト状燃料を供給するための
方法およびノズルに関する。
本発明は特に、ノズルから流動床に供給されるペース
ト状燃料を細かく砕く方法であって、ノズル内の燃料は
ノズル出口に向けて次第に細くなるテーパが付けられた
環状の端部表面に押し付けられており、かつこのノズル
内の燃料は、ノズル出口の上流でかつ燃料流の中央に配
置されたノズルから噴出される分割空気のジェットによ
って分配される、ペースト状燃料を細かく砕く方法に関
する。
欧州特許EP−Ａ−0,182,545号に、このようにして作
動するスラリ噴霧装置が開示されている。
流動床付きの炉内で満足すべき燃焼を確保するため
に、ペースト状燃料はこのようにして粗い小滴として燃
焼室内に分散される。この分散は、一次分割空気ジェッ
トと称される上述の分割空気ジェットによって達成さ
れ、この分割空気ジェットは上述のテーパ付き端部表面
を形成するセラミック製円錐体に向けられる。一次分割
空気ジェットは、ノズル出口の周りの環状スリットから
供給される二次分割空気ジェットによって補足される。
環状スリットが部分的に詰まることにより問題が発生し
得ることが経験から知られている。このように環状スリ
ットが部分的に詰まることによって二次分割空気の不均
一な分布の流れが引き起こされ、これにより燃料のした
たりが生じせしめられると共に、ノズルの前方で渦が発
生するために、環状スリットを形成するノズル部分の侵
食が生じせしめられる。更に、セラミック製円錐体の冷
却が不十分または不均一であり、これはセラミック製円
錐体内に熱引張力（thermal tension）が形成される一
因となり、このような引張力によって亀裂が生じせしめ
られる。しかしながら、もしセラミック製円錐体が金属
のようなより柔かい材料からなる円錐体によって置き換
えられたならば、この円錐体は侵食によって急速に破壊
されてしまうであろう。
燃料のしたたりは集塊の形成を引き起こし、これらの
集塊は燃焼室の底部に落ち、次いで燃焼室の底部に焼結
されることになる。従来技術のノズルでは、小滴サイズ
の分布がかなり広く、かつ小滴の形成が、上述の二次分
割空気用の環状スリットの詰まりによって乱される。今
日使用されているノズルは、強度に関する限りでは繊細
であり、かつ低流量の分割空気という今日の要求に耐え
ることができない。
上述の関係する問題は、請求項１の特徴部分を達成し
た本発明の方法によって回避される。
本発明の利点はとりわけ、ノズルが比較的単純な構造
を有することができるという点と、小滴サイズの狭い分
布および少いしたたりが得られるという点とである。分
割空気の流量（flow）が変化されることによって、標準
的な分布に関して大きな又は小さな比率の細かい小滴を
得るように小滴サイズの分布が影響を受けることができ
る。更に、燃料ノズル内部の摩耗および詰まりが回避さ
れると共に、集塊が形成される傾向が完全に排除され
る。これは、分割空気の二次流れ用のスリットがもはや
必要とされないという事実によるものである。なぜなら
ば、このような二次流れが省略されることができるから
である。このことは、分割空気の消費量が低減されるこ
とを意味する。
流動床にペースト状燃料を供給するためのノズルであ
って、このペースト状燃料が細かく砕かれるノズルは、
欧州特許EP−Ａ−0,182,545号に記載されているノズル
と同様に、ペースト状燃料供給用導管を具備し、このペ
ースト状燃料供給用導管にはノズルの出口に近傍内でノ
ズルの出口に向けて次第に細くなるテーパが付けられ、
更に、分割空気供給用の噴出口を具備し、この噴出口
は、上述の導管の中央に配置されると共にノズルの出口
に向かって延びており、上述の噴出口の開口はノズルの
出口の上流に位置する。本発明によれば、このノズルは
請求項４の特徴部分を達成した。このようなノズルは、
現在使用されているノズルよりも単純な構造を有する。
なぜならば、なかんずく、消耗され且つしばしば交換さ
れなければならないセラミック材料からなる高価な円錐
体が必要とされないからであり、またノズルが二次分割
空気を流すためのスリットを有することが必要ないから
である。
本発明をより詳細に説明するために添付図面を参照す
る。
図１は、流動床にペースト状燃料を供給するためのノ
ズルの軸線方向断面図である。
図２は、従来技術のノズルの出口部分の拡大軸線方向
断面図である。
図３は、図２に示すノズルを改造した本発明によるノ
ズルの実施例の出口部分を示す拡大軸線方向断面図であ
る。
図４は、本発明によるノズルの別の実施例を示す軸線
方向断面図である。
図１は、PFBCプラントの圧力容器に取り付けるための
フランジ11と、燃焼室の壁に取り付けるためのフランジ
12とが設けられた燃料ノズル10を示しており、このノズ
ルの出口部分10Aは、二点鎖線13によって表わされる床
容器ボックスの流動床内に突出している。ペースト状燃
料供給用の導管15の連結部14がノズルの外側端部に設け
られ、圧力センサ用のソケット16および温度センサ用の
ソケット17がこの導管上に設けられる。一次分割空気供
給用の導管18が、適切なスペーサによって心出しされて
導管15の内側に同軸状に取り付けられ、この導管は、導
管15から横方向に延出する接続ソケット19を有する。二
次分割空気用の入口20がフランジ11内に設けられ、この
入口20は、外側ジャケットとしてノズル上に取り付けら
れた導管21と連通する。流入してくる冷却水用のジャケ
ット22が導管15の周りに設けられ、このジャケットは連
結部23と連通する。ジャケット22の外側には流出してい
く冷却水用のジャケット24が、上述のジャケット22と、
二次分割空気用のジャケット21との間に設けられ、ジャ
ケット24は導管25と連通する。
従来技術のノズルの出口部分10Aを示す図２を参照す
ると、冷却用ジャケット22と冷却用ジャケット24とが出
口部分の前方端部内における箇所26において互いに連通
することがわかると共に、流出していく冷却水に回転運
動を与えるために螺旋状の案内レール27が流出していく
冷却水用のジャケット24内に設けられることがわかる。
セラミック材料からなる内側摩耗円錐体29を有する円錐
状ソケット28がノズルの出口を形成する。この円錐状ソ
ケットは、円錐状ソケットを取り付けるねじ31によって
円錐状リング30に対してクランプされる。斯くして摩耗
円錐体29はペースト状燃料用の導管15内の端部壁を形成
し、この端部壁はノズルの出口32に向けて次第に細くな
るテーパが付けられている。一次分割空気用の導管18は
出口の方を向いた噴出口33を形成し、この噴出口33は一
点鎖線34によって表わされる中実の（solid）円錐状の
空気ジェットを供給し、このジェットは摩耗円錐体29に
衝突する。一次分割空気は、ノズル出口32において環状
スリット36を通して供給される二次分割空気によって補
足される。このスリットは、円錐状ソケット28と、ねじ
31′によって取り付けられた支持フランジ35との間に形
成される。環状スリットは二次分割空気供給用のジャケ
ット21と連通し、二次分割空気は環状スリットからノズ
ル出口の軸線の方に向けられる。
この従来技術のノズルの欠点については既に上述した
通りである。本発明によれば、これらの欠点は図３に示
すように構成されたノズルによって克服され、図３に示
すノズルは図２に示すノズルを改造したものである。
図３を参照すると、支持フランジが変更されており、
従ってこの図では支持フランジが参照符号35′によって
表わされている。この場合には支持フランジは二次分割
空気用の環状スリットを形成しない。従ってジャケット
21は、支持フランジによって取り付けられた密封リング
37によってノズルの出口端部内で閉鎖される。本発明に
よる方法が実施されるときには二次分割空気は供給され
るべきではない。ノズル挿入体38が支持フランジによっ
て取り付けられ、このノズル挿入体38は、ノズル出口に
向けて約45゜の角度をなして次第に細くなるテーパが付
けられた内側表面39を有する。この内側表面39は導管15
内の端部壁を形成し、かつ内側表面39はノズル出口32を
形成する短い円筒状通路40内に通じる。この場合の噴出
口33は図２における噴出口よりも狭く形成され、かつノ
ズル出口32に向けて延長されている。この噴出口は、噴
出口が軸線に対して角度αを有する中実の円錐として分
割空気を供給するように構成され、角度αは好ましくは
14゜から15゜の範囲内にある。円錐状の分割空気は出口
32においてノズル挿入体38に接線を形成するようにさ
れ、従ってこの円錐状の分割空気は低い侵食圧力を生成
する。分割空気の高い相対速度のために、細かく砕かれ
るペースト状燃料によって発生された粒子により集塊が
形成される傾向は解消される。このため、補足的な二次
分割空気は必要とされない。更に、小滴サイズの狭い分
布が得られる。分割空気は燃料を分割するだけでなく、
燃料を床内に進入させる。空気は出口においてペースト
状燃料を切断し、従って燃料のしたたりが低減され又は
防止される。もし最初からノズル挿入体の軸線と空気噴
出口の軸線との間に差異があった場合には、分割空気に
よってノズル挿入体上に生じせしめられる侵食によりこ
のような不一致が補償され、その結果初期の作動期間の
後に、流出する円錐状空気に対するノズル挿入体のノズ
ル出口32の最適な調節が得られる。また図３から、ノズ
ル挿入体のかなり多くの部分が冷却用ジャケット22によ
って包囲されるようにノズル挿入体38が導管15内に軸線
方向に延ばされていることがわかり、その結果ノズル挿
入体が冷却され、これにより、焼結された材料がノズル
挿入体に付着する危険性が解消されることがわかった。
図３に示す実施例では、セラミック製の摩耗円錐体は
必要とされない。ノズル挿入体38は耐熱性ステンレス鋼
で形成されることができる。このノズル挿入体は円錐状
空気34によって引き起こされる侵食により或る程度の摩
耗を受ける。しかしながら、この摩耗は、標準的な作動
条件下でノズル挿入体が一年に一度のオーダの頻度で交
換される必要があるということが予想されることができ
る程度の量である。
図３に示すノズルは丈夫な構造を有する。しかしなが
ら、ノズルが最初から本発明による方法を実施するため
に設計される場合には、ノズルは更に単純化されること
ができる。このタイプのノズルを図４に示す。図４に示
す実施例では、ノズル挿入体の改良された幾何形状およ
び改良された冷却作用が得られ、この実施例におけるノ
ズル挿入体は参照符号38′によって表わされる。ノズル
挿入体は、挿入体に適合されたノズルの前方部分内にね
じ部41によってねじ込まれ、ノズル挿入体はフランジ42
においてノズルの前方端部表面に当接する。斯くしてこ
の場合には、ねじによって取り付けられる支持フランジ
は必要とされない。ジャケット21が残っているが、この
ジャケット21から二次分割空気を供給する必要はなく、
ノズルを更に単純化するためにこのジャケット21を省略
することができる。ノズルの前方端部内で二つの冷却用
ジャケット22および24を相互に連結する冷却水キャビテ
ィ26がノズル挿入体38′の主要部分を包囲し、その結果
ノズル挿入体38′が効果的に冷却され、その結果材料が
ノズル挿入体に付着する危険性が解消される。ノズルと
ノズル挿入体間のねじ連結部の他にはねじ連結部は設け
られておらず、これは、コストが大幅に低減されること
ができるということを意味する。図２および図３に示す
実施例と比較することによってわかるように、この積極
的な実施例は明らかにより単純である。しかしながら、
ねじ、例えばフランジ42を通過するねじによってノズル
挿入体を取り付けること、及び更に別の方法でノズル挿
入体を取り付けることは本発明の範囲内に入る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23K 3/02 B01J 4/00 F23C 10/22 F23D 21/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ノズルから流動床に供給されるペースト状
    燃料を細かく砕く方法であって、ノズル内の燃料はノズ
    ル出口に向けて次第に細くなるテーパが付けられた環状
    の端部表面に押し付けられており、かつ該ノズル内の燃
    料は、ノズル出口の上流でかつ燃料流の中央に配置され
    たノズルから噴出される分割空気のジェットによって分
    配される、ペースト状燃料を細かく砕く方法において、
    上記分割空気のジェットに、ノズル出口に対して接線を
    形成する円錐形状が付与されることを特徴とする、ペー
    スト状燃料を細かく砕く方法。
  2. 【請求項２】円錐状空気がノズル軸線に対して14゜から
    15゜のオーダの角度を形成することを特徴とする、請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】細かく砕かれた燃料の小滴サイズの分布を
    変化させるために分割空気の流量が変化されることを特
    徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】流動床にペースト状燃料を供給するための
    ノズルであって、該ペースト状燃料は細かく砕かれ、該
    ノズルは、ペースト状燃料供給用導管（15）を具備し、
    該ペースト状燃料供給用導管（15）にはノズルの出口の
    近傍内でノズルの出口に向けて次第に細くなるテーパが
    付けられ、更に、分割空気供給用の噴出口（33）を具備
    し、該噴出口（33）は、上記導管の中央に位置されると
    共にノズルの出口（32）に向かって延びており、該噴出
    口の開口はノズルの出口の上流に位置する、流動床にペ
    ースト状燃料を供給するためのノズルにおいて、分割空
    気用の該噴出口（33）は、該噴出口から送り出される分
    割空気に、ノズル出口に対して接線を形成する円錐形状
    （34）を付与するように構成されることを特徴とする、
    流動床にペースト状燃料を供給するためのノズル。
  5. 【請求項５】上記噴出口（33）は円錐状空気に、ノズル
    軸線に対して15゜のオーダの角度を与えるように構成さ
    れることを特徴とする、請求項４に記載のノズル。
  6. 【請求項６】ペースト状燃料供給用導管（15）のテーパ
    付き部分（39）が、ノズル出口（32）を形成する短い円
    筒状通路（40）内に通じていることを特徴とする、請求
    項４に記載のノズル。
  7. 【請求項７】ペースト状燃料供給用導管（15）のテーパ
    付き部分（39）と、上記円筒状通路（40）とが、ノズル
    内に取り付けられた別個のノズル挿入体（38;38′）内
    に設けられることを特徴とする、請求項６に記載のノズ
    ル。
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