JP4831815B2 - バーナノズル、微粉状燃料焚きバーナ、および微粉状燃料燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラ火炉、化学工業炉などの微粉状燃料燃焼装置に用いられて好適なバーナノズルに関する。

固体微粉状燃料を燃焼させる微粉状燃料焚きバーナの先端には、バーナノズルが設けられている。このようなバーナノズルとして、図５のバーナノズル３０が知られている。バーナノズル３０は、風箱３３の先端部に角度可変ノズル３１が設けられた構成となっており、二重構造となっている。つまり、風箱３３内には内壁３７が設けられ、角度可変ノズル３１の内部にも内壁３６が設けられている。このような二重構造とされた流路の中心側には一次空気流路３８が形成され、外側には２次空気流路３９が形成される。一次空気流路３８には、一次空気に加えて、微粉状燃料が供給される。
角度可変ノズル３１の内壁３６の上流端が風箱３３の内壁３７の下流端に接続されるようになっている。この接続部において屈曲されることにより、角度可変ノズル３１が風箱３３に対して回動可能となっている。

特開平９−８０２０６号公報（段落［００１４］〜［００２２］，及び図１〜図５）

ところで、使用燃料の性状によって、特に難燃性の燃料を用いる場合は、通常の燃料と比較して着火性が劣ることがある。これを改善するため、２次空気量を調整するダンパを絞って、吹き込む２次空気量を大きく減少させるとよいが、運転初期又は条件変化によっては２次空気が依然として過剰に投入され、着火不良から失火にいたる可能性があった。
そこで、ノズル先端の形状を工夫することで、噴出される２次空気の流量と流速とを抑制して、難燃性燃料の着火性を改善する必要があった。

上記課題を解決するために、本発明のノズルは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる第１の形態は、内側流路に１次空気および微粉状燃料が流れ、外側流路に２次空気が流れる二重管ノズルと、該二重管ノズルの先端部に設けられ、前記内側流路および前記外側流路に対応する流路が形成された二重構造の角度可変ノズルと、該角度可変ノズルの前記外側流路内で、通過した流体が均一な流れに回復できる適正距離を確保した位置に設けられた抵抗体のベンチュリとを備えたバーナノズルを構成とする。

角度可変ノズルの外側流路に抵抗体のベンチュリを設けることにより、外側流路を流れる２次空気の流量を減らすことができる。このような抵抗体のベンチュリは、角度可変ノズルの内部に容易に取り付けることができる。
また、ノズルの先端開口部を絞り込むのではなく、外側流路内に抵抗体のベンチュリを設けるので、ベンチュリを通過した流体が速やかに均一な流れに回復できる適正距離を外側流路に確保することができる。したがって、角度可変ノズルの開口部から噴出される２次空気の流速を低下させつつ、流量を減少させることができる。また、外側流路の上流側の圧力を高めることができるので、風箱と角度可変ノズル外壁との隙間から２次空気が噴出して、角度可変ノズルを冷却することもできる。

本発明にかかる第２の形態は、内側流路に１次空気および微粉状燃料が流れ、外側流路に２次空気が流れる二重管ノズルと、該二重管ノズルの先端部に設けられ、前記内側流路および前記外側流路に対応する流路が形成された二重構造の角度可変ノズルと、該角度可変ノズルの前記外側流路内で、通過した流体が均一な流れに回復できる適正距離を確保した位置に設けられた抵抗体の多孔体とを備えたバーナノズルを構成とする。

角度可変ノズルの外側流路に抵抗体の多孔体を設けることにより、外側流路を流れる２次空気の流量を減らすことができる。このような抵抗体の多孔体は、角度可変ノズルから噴出される流体の流速分布を均一にできる。
また、ノズルの先端開口部を絞り込むのではなく、外側流路内に抵抗体の多孔体を設けるので、多孔体を通過した流体が速やかに均一な流れに回復できる適正距離を外側流路に確保することができる。したがって、角度可変ノズルの開口部から噴出される２次空気の流速を低下させつつ、流量を減少させることができる。また、外側流路の上流側の圧力を高めることができるので、風箱と角度可変ノズル外壁との隙間から２次空気が噴出して、角度可変ノズルを冷却することもできる。

本発明にかかる第３の形態は、第１又は第２の形態のバーナノズルを備えた微粉状燃料焚きバーナを構成とする。

本発明にかかる第４の形態は、第３の形態の微粉状燃料焚きバーナを備えた微粉状燃料燃焼装置を構成とする。

１次空気や２次空気を第１の形態又は第２の形態のバーナノズルを備えた微粉状燃料焚きバーナや微粉状燃料燃焼装置を用いれば、難燃性の微粉状燃料を用いる燃焼の際に、２次空気を大きく絞り込むことができる。このため難燃性の微粉状燃料の着火性を高めることができ、固体部粉状燃料燃焼装置を安定した燃焼状態とすることができる。

角度可変ノズルの外側流路に抵抗体のベンチュリまたは多孔体を設置することとしたので、抵抗体を通過した流体が速やかに均一な流れに回復できる適正距離を外側流路に確保することができる。したがって、角度可変ノズルの開口部から噴出される２次空気の流速を低下させつつ、流量を減少させることができる。また、外側流路の上流側の圧力を高めることができるので、風箱と角度可変ノズル外壁との隙間から２次空気が噴出して、角度可変ノズルを冷却することもできる。これらの効果により、外側流路を流れる２次空気を大きく絞ることができるので、難燃性燃料を安定して燃焼させることができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、本実施形態にかかる微粉状燃料焚きバーナノズルが示されている。以下、「微粉状燃料焚きバーナノズル」を単に「バーナノズル」という。
このバーナノズル１は、微粉炭焚きボイラ等の微粉状燃料燃焼装置に用いられる微粉状燃料焚きバーナに適用され、難燃性の微粉状燃料の燃焼に好適なものである。難燃性の微粉状燃料としては、例えば無煙炭、低揮発瀝青炭、石油コークスが挙げられる。

バーナノズル１は、微粉炭焚きボイラの火炉に設けられ、火炉内に微粉状燃料を供給する。バーナノズル１は、１次空気と２次空気を火炉内に噴出する二重管となっている。１次空気には、微粉状に粉砕された石炭が混合されている。１次空気と微粉炭は、バーナノズル１の上流側にて混合される。

バーナノズル１は、流体供給管となる風箱３と、風箱３に接続された角度可変ノズル２を有する。角度可変ノズル２は、内部に角度可変ノズル内部壁６を、風箱３は、内部に流体供給管内部壁７を有する。

図２には、図１のＡ−Ａ断面が示されている。角度可変ノズル外壁５の内側に抵抗体としてベンチュリ１０が設けられている。さらに角度可変ノズル内部壁６の外側に抵抗体としてベンチュリ１０が設けられている。

角度可変ノズル内部壁６と流体供給管内部壁７によって囲まれる空間により、１次空気と微粉状燃料の混合気が流れる１次空気流路（内側流路）８が形成され、その外側を取り巻くよう２次空気流路（外側流路）９が形成される。

１次空気流路８と２次空気流路９には、それぞれ上流側にダンパ（図示しない）が設けられて、１次空気と２次空気の流量を調整可能としている。

角度可変ノズル内部壁６と流体供給管内部壁７とは、その接合部は摺動可能なように曲率を持って整形され、角度可変ノズルを摺動可能としている。換言すれば、角度可変ノズル内部壁６と流体供給管内部壁７は、接続部において自在継手の形状を有する。そのため、バーナノズル１は、角度可変ノズル２の角度を変化させて、１次空気と２次空気との噴出の向きを変えることができる。

角度可変ノズル２内の２次空気流路９において、ベンチュリ１０は接合部近傍に配置する。ベンチュリ１０の材質としては、耐熱性が高い素材を用いることが好ましい。

ベンチュリ１０を設けたことにより、２次空気流路９の下流側に圧力損失が形成され、ベンチュリ１０の上流側がその下流に比べて高圧に保たれることになる。したがって、角度可変ノズル２から噴出される２次空気をダンパで絞り込んだ場合であっても、２次空気流路９の圧力の低下を抑えることができる。したがって、風箱と角度可変ノズル外壁との隙間から噴出する２次空気の角度可変ノズル２への冷却効果を維持できる。

ベンチュリ１０により２次空気流路９を流れる２次空気が絞り込まれ、その流量が減少する。その後、ベンチュリ１０から角度可変ノズル２の先端開口部にいたるまでの間に、２次空気は均一な流れになり、流速も低下する。
角度可変ノズル２の先端開口部を小さくすることによって２次空気を絞り込むのではなくベンチュリ１０を設けたことで、先端開口部で絞り込むよりも滑らかで少ない流量の遅い流速の２次空気を吹き込むことができる。また、２次空気流路９のベンチュリ１０の上流側の圧力が高まるので、風箱と角度可変ノズル外壁との隙間から２次空気が噴出して角度可変ノズル２を冷却することもできる。

したがって、難燃性の微粉状燃料を供給した場合であっても、２次空気をより絞り込んで噴出させることが可能となる。２次空気を絞ることにより難燃性の微粉状燃料の着火性が高まり、火炉内の燃焼状態を安定させることができる。

さらに、難燃性燃料の通常運転における着火性を向上させるのみならず、火炉の運転立ち上げの着火時に、２次空気流量を調整するダンパを細かく制御しなくても、２次空気の絞込みを達成でき、立ち上げ時の燃料の着火性が改善できる。

なお、図１に示すように、角度可変ノズル内部壁６と流体供給管内部壁７との間には、シール材としてシールプレート４が挟まれている。シールプレート４は風箱３と角度可変ノズル２の接合部における隙間を埋めている。シールプレート４の材質は、弾力性、耐熱性、耐久性に優れた素材を用いると気密性を高めることができ好ましい。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図３を用いて説明する。図３には、抵抗体として多孔体１１を用いた微粉状燃料焚きバーナノズルが示されている。第二実施形態のバーナノズルは、抵抗体が多孔体１１であることが第一実施形態と大きく異なる。その他の構成は、第一実施形態とほぼ同様であるから、同一の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。

多孔体１１は、角度可変ノズル２の２次空気流路９中に設けられている。この多孔体１１は、例えば、多数の穴を有する板体が用いられる。

図４には、図３のＢ−Ｂ断面が示されている。角度可変ノズル外壁５の内側と角度可変ノズル内部壁６の外側で囲まれる空間、すなわち２次空気流路９中に抵抗体として多孔体１１が設けられている。

多孔体１１を設けたことにより、多孔体１１の上流側は下流に比べて高い圧力を示す。多孔体１１の上流が高圧に保たれるから、角度可変ノズル２から噴出する２次空気の量を絞り込んで２次空気の圧力が低くなっても、２次空気側流路９側の２次空気の流れを安定させることができる。

また、抵抗体を多孔体１１とすることで、多孔体１１より下流の流速分布を均一化できる。多孔体１１により２次空気の流量を減少させ、バーナノズルから２次空気を乱れなく火炉に吹き込むことができる。その結果、火炉内の燃焼状態をより好適に保つことができる。

難燃性の微粉状燃料を供給した場合であっても、２次空気を従来のバーナノズルと比較して、２次空気を絞り込むことができる。２次空気を絞ることにより難燃性の微粉状燃料の着火性が高まり、微粉炭焚きボイラの火炉の燃焼状態をより安定させることができる。

本発明の第一実施形態にかかるバーナノズルの要部を示した縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第二実施形態にかかるバーナノズルの要部を示した縦断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図で図である。 従来のバーナノズルを示した縦断面図である。

符号の説明

１ バーナノズル
２ 角度可変ノズル
５ 角度可変ノズル外壁
６ 角度可変ノズル内部壁
７ 流体供給管内部壁
８ １次空気流路
９ ２次空気流路
１０ ベンチュリ
１１ 多孔体

Claims (4)

1. 内側流路に１次空気および微粉状燃料が流れ、外側流路に２次空気が流れる二重管ノズルと、
   該二重管ノズルの先端部に設けられ、前記内側流路および前記外側流路に対応する流路が形成された二重構造の角度可変ノズルと、
   該角度可変ノズルの前記外側流路内で、通過した流体が均一な流れに回復できる適正距離を確保した位置に設けられた抵抗体のベンチュリと、を備えたバーナノズル。
2. 内側流路に１次空気および微粉状燃料が流れ、外側流路に２次空気が流れる二重管ノズルと、
   該二重管ノズルの先端部に設けられ、前記内側流路および前記外側流路に対応する流路が形成された二重構造の角度可変ノズルと、
   該角度可変ノズルの前記外側流路内で、通過した流体が均一な流れに回復できる適正距離を確保した位置に設けられた抵抗体の多孔体と、を備えたバーナノズル。
3. 請求項１または２に記載されたバーナノズルを備えた微粉状燃料焚きバーナ。
4. 請求項３に記載の微粉状燃料焚きバーナを備えた微粉状燃料燃焼装置。

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