JP5280354B2 - 可変オリフィス黒液ノズル - Google Patents

Description

本発明は、化学回収ボイラ内で燃焼される黒液の噴射および霧化のために使用されるノズルに関する。

黒液は、パルプ化工程の副産物である液体である。この液体は、木のパルプ化の結果生じる有機および無機材料の両方を含んでいる。黒液は、特殊なボイラ内で燃焼され、そのボイラ内では、有機物による熱が蒸気を発生させるために使用され、無機物がパルプ化学物質を抽出するように還元され、次いでそのパルプ化学物質がパルプ化工程へ戻される。適切な燃焼および化学回収を確実にするために、液体は、最適なサイズに霧化されなければならない。このことは、ボイラの幾何形状、ならびに燃焼空気流、液体流速、噴射圧力および温度などの動作パラメータに依存する。

従来技術によれば、黒液は、専用のノズルを通ってボイラ内へ噴霧される。図１は、最も広く使用されているノズル、スプラッシュプレート（ｓｐｌａｓｈ ｐｌａｔｅ）１０の概略図である。使用されている他のノズル・タイプは、図２に示すＶジェット２０であり、ごく最近では、図３に示されている、ビール・カン３０である。後者は、ボイラ燃焼における新しい開発の結果として生まれた。

スプラッシュプレート・ノズルの場合には、黒液が、ノズル本体１３上の取入オリフィス１１に装着されたパイプ１４を通って移送される。液体は、排出オリフィス１２を通ってノズルから出る。取入オリフィス１１および排出オリフィス１２は共に、ノズル本体１３の一体部品である。液体は、オリフィスから出る際、スプラッシュプレート１５にあたり、そこでシート状に広がり、ついには分散し、燃焼する小滴になる。

Ｖジェット・ノズル２０については、液体が、ノズル本体２３上の取入オリフィス２１に装着されたパイプ２４を通って移送される。液体は、排出オリフィス２２を通ってノズルから出る。取入オリフィス２１および排出オリフィス２２は共に、ノズル本体２３の一体部品である。排出オリフィスを通って移動する液体は、収縮して扇のように広がり薄いシートを形成し、ついには分散し、燃焼する小滴になる。

ビール・カン・ノズル３０については、液体は、ノズル本体３３上の取入オリフィス３１に装着されたパイプ３４を通って移送される。液体は、排出オリフィス３２を通ってノズルから出る。取入オリフィス３１および排出オリフィス３２は共に、ノズル本体３３の一体部品である。取入オリフィス３１を通って移動する液体は、小さい移行チャネル３５を移動し、空洞壁に接する一点でノズル本体３３の内部空洞３６へ入る。液体は、空洞の周りを回旋し、ノズル本体の底部の排出オリフィス３２を通って最終的にノズル本体３３から出る。排出オリフィスから出る液体は、円錐のように広がり、ついには分散し、燃焼する小滴になる。

本発明によれば、ノズルの排出オリフィスが、ノズル全体を変更する必要なしに容易に変更することができる、回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズルが提供される。これにより、その時およびその場所で、特定の燃焼セットアップに対して霧化を精密調整することができる。

本発明の主題が、本明細書の結末部分で特に指摘され、明確に特許請求されている。しかし、編成も動作方法も、そのさらなる利点および目的と共に、類似の符号が類似の要素を指す添付の図面に関して以下の説明を参照すれば最も良く理解されよう。

従来技術のスプラッシュプレート・ノズルの断面図である。 従来技術のＶジェット・ノズルの断面図である。 従来技術のビール・カン・ノズルの概略図である。 可変オリフィス・ビール・カンの断面図である。 ５Ａは可変オリフィス・ビール・カンの排出端部の底面図であり、５Ｂは５Ａからのロール・ピンおよびオリフィス・ディスクの詳細図である。 可変オリフィスＶジェットの断面図である。 Ｖジェット・ノズルの別の変形形態を示す図である。

燃焼および化学還元を最適化するために、噴射圧力または流速を変化させるためにオリフィス（ｏｒｉｆｉｃｅ）・サイズを変更することが必要である。上記の従来技術ノズルのすべてについては、排出オリフィスは、ノズル本体の一体部品であり、したがってオリフィスを変更するために、ノズル本体全体を変更することを必要とすることになる。別の例では、流面積の増加および／または形状の変化を引き起こす摩耗により、オリフィスを変更することが必要であることがある。ここに開示された本発明によるノズル構成では、オリフィス・サイズを変更するために排出オリフィス用の開口を支持する単一の部品を変更するだけでよい。

図４および５は、本発明によるビール・カン・タイプ・ノズル４０の構成を示している。図４は、ノズルを通る断面図を示しており、図５Ａは、可変オリフィスについての詳細と共にノズル５０の底端部の図を示している。図５Ｂは、図５Ａの構成の断面の、より詳細な図を示している。ビール・カン・ノズル４０の場合、液体が、ノズル本体４２上の取入オリフィス４５に装着されたパイプ４１を通って移送される。図５Ａによれば、４１を通って入る液体が、通路５１を通って移動し、ノズルの内部空洞４６の上部で本体に入り、その壁に接して移動する。液体が、経路５３によって示すように、内部空洞の周りを旋回し、オリフィス４４を通って最終的に排出される。オリフィスは、オリフィス・ディスク４３（排出オリフィス・インサートに対応する）上に孔を穿孔することによって作製される。図３の従来技術３０とは違って、このディスクは、ノズル本体４２の一体部品ではない。これは、ノズルの出口端部のくぼみ内に配置された完全に独立した構成部品である。ノズルが使用中であるとき、オリフィス・ディスクは下を向いている。スナップ・リング４８が、オリフィス・ディスクがノズル本体から落ちることを防止する。ノズルの内部の旋回流を達成するために、排出オリフィスは、取入オリフィスから最も遠い四分円内に回転自在にあるべきである。この位置を維持するために、オリフィス・ディスクは、その円周の一部分がディスク４３と係合される一方、残りの部分がハウジング４２と係合されているピン４９によって、固定保持されている。ピンの代わりに、平らな面が、ディスクの周縁に切削されてもよい。対応する平らな面が同様にノズル本体内に切削される。いずれの場合も、ピンまたは平らな面とオリフィス孔は、１８０°離れて設置され、取入オリフィス５４の中心線から４５°の角度にあるライン５２に沿っている。ピンは、ハウジング内の孔へ挿入されている。孔の深さは、ピンがディスクの表面の上に突き出さないように選択される。スナップ・リングを正確に着座させるために、ピンをディスクの外部表面と同一平面にすることが、重要である。ディスクの縁部上に雄ねじを切削することによってディスクを保持することが可能であるが、腐食および熱によりねじが劣化するので、それは実用的でない。オリフィス・ディスクを入れ替えることによってオリフィス直径を変更する性能を維持しながら化学回収ボイラの環境内でノズルを操作することを可能にするために、ノズル・ハウジングは、実質上異なる熱膨張係数を有する異なる材料からなる。ディスクの熱膨張係数は、ノズル・ハウジングの熱膨張係数よりも大きい。ディスク直径およびノズル本体内のくぼみの直径は、室温（約２０°Ｃ）で、特定の隙間４７がそれら２つの間で維持されるように注意深く制御される。ノズルへ移送される黒液は、１００〜１３０°Ｃの範囲内である。そのため、高い温度では、ディスクは、ハウジングよりも大きく膨張し、したがって隙間４７を閉鎖し、内部チャンバ４６の密封を確実にする。ノズルの使用を中止し、温度が室温まで下げられたとき、ディスクが、その元のサイズに収縮することになり、このことが、これら２つの構成要素の間の隙間をさらに拡大することになり、ディスクを交換し、それによってオリフィス直径を変更することを可能にする。

図６は、本発明による方式で嵌合されたＶジェット・ノズル６０を示している。液体は、本体６２上の取入オリフィス６５に装着されたパイプ６１を通ってノズルに入る。パイプ６１とノズル本体６２の間に、オリフィス・インサート６３が挟置されている。液体は、パイプから内部空洞６６内へ通過し、次に排出オリフィス６４を通って排出される。インサートは、取入オリフィスに対向する端部に配置されたショルダ６８と衝合するショルダ６９を有する。Ｖジェットからの噴霧を特定の向きに保持するために、インサート６３はノズル本体の内部で自由に回転する。オリフィス６４の方向が最終決定された後、ノズル本体が、パイプおよびノズル本体上のねじを合わせることによりパイプに対して締付けられる。オリフィス・インサートとパイプの間の傾斜した接合部６７が、液体がノズル本体から漏出しないことを確実にする。

図７は、Ｖジェット・ノズルの別の変形形態を示している。

このようにして、本発明によれば、本体全体の交換を必要とすることなく、流れおよび噴霧パターンを調節するためのオリフィス特性の変更を可能にするようなノズル構成が提供される。これは、たとえば、より低いコストの動作およびメンテナンス作業を提供することができる。さらに、オリフィス特性が、回収ボイラ内での最適な燃焼のために噴霧内の所望の滴サイズおよび飛沫速度を提供するように変更されてもよい。

本発明の複数の実施形態が示され、説明されたが、多くの変更および修正が、そのより広い態様で本発明から逸脱することなく行われてもよいことを当業者なら理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内にあるすべてのこのような変更および修正を網羅するように意図されている。

Claims (14)

1. 同じノズル本体を使用しながら複数のオリフィス・サイズおよび形状で動作することが可能な、回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズルであって、
   ノズル本体と、
   取入オリフィスと、
   前記ノズル本体の外部の雰囲気へ直接排出する排出オリフィスがその中に画定されている取り外し可能な排出オリフィス・インサートと、
   を備え、前記ノズル本体は、前記排出オリフィスを前記取入オリフィスの中心線からオフセット角にあるラインに沿っている位置に固定する排出オリフィス固定部を有し、
   前記固定部は、円周の一部分が前記排出オリフィス・インサートの周縁と係合しており、一部分が前記ノズル本体と係合しているピンを含んでいるノズル。
2. 同じノズル本体を使用しながら複数のオリフィス・サイズおよび形状で動作することが可能な、回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズルであって、
   ノズル本体と、
   取入オリフィスと、
   前記ノズル本体の外部の雰囲気へ直接排出する排出オリフィスがその中に画定されている取り外し可能な排出オリフィス・インサートと、
   を備え、前記ノズル本体は、前記排出オリフィスを前記取入オリフィスの中心線からオフセット角にあるラインに沿っている位置に固定する排出オリフィス固定部を有し、
   前記固定部は、前記排出オリフィス・インサートの位置を前記ノズル本体に対して固定する、相互作用する形状を画定する、前記ノズル本体の幾何的形状および前記取り外し可能な排出オリフィス・インサートの対応する幾何的形状を有し、
   前記幾何学的形状は、周縁の一部に形成された平らな面であるノズル。
3. 前記オフセット角は４５°であることを含む請求項１または２に記載のノズル。
4. 前記固定部が、前記取り外し可能な排出オリフィス・インサートの排出口面近傍であって、前記排出口面と前記ノズル本体の排出開口部との間に配置されたスナップ・リング部材をさらに備えている請求項１に記載のノズル。
5. 同じノズル本体を使用しながら複数のオリフィス・サイズおよび形状で動作することが可能な、回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズルであって、
   ノズル本体と、
   取入オリフィスと、
   前記ノズル本体の外部の雰囲気へ直接排出する排出オリフィスがその中に画定されている取り外し可能な排出オリフィス・インサートと、
   を備え、前記ノズル本体は、前記排出オリフィスを前記取入オリフィスの中心線からオフセット角にあるラインに沿っている位置に固定する排出オリフィス固定部を有し、
   前記固定部と前記排出オリフィスは１８０°離れて設置されているノズル。
6. 前記ノズルを介して噴霧する物質の所定の噴霧パターンを形成するために、前記取り外し可能な排出オリフィス・インサートの中の前記排出オリフィスの開口を画定する請求項１、２、５のいずれかに記載に記載のノズル。
7. 前記排出オリフィス・インサートは、前記ノズル本体の排出口に対応して、前記ノズル本体の内側に形成された凹部に配置される請求項１、２、５のいずれかに記載のノズル。
8. 同じノズル本体を使用しながら複数のオリフィス・サイズおよび形状で動作することが可能な、回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズルであって、
   ノズル本体と、
   取入オリフィスと、
   中に画定された排出オリフィスを有する取り外し可能な排出オリフィス・インサートと、
   を備え、前記ノズル本体は、前記排出オリフィスを前記ノズル本体に対応した位置に固定する排出オリフィス固定部を有し、
   前記固定部は、一部分が前記排出オリフィス・インサートの円周部分と係合し、一部分が前記ノズル本体と係合する円周係合部を有すると共に、前記取り外し可能な排出オリフィス・インサートの排出口面近傍であって、前記排出口面と前記ノズル本体の排出開口部との間に配置されたスナップ・リング部材をさらに備え、
   前記円周係合部はピンを備えるノズル。
9. 同じノズル本体を使用しながら複数のオリフィス・サイズおよび形状で動作することが可能な、回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズルであって、
   ノズル本体と、
   取入オリフィスと、
   中に画定された排出オリフィスを有する取り外し可能な排出オリフィス・インサートと、
   を備え、前記ノズル本体は、前記排出オリフィスを前記ノズル本体に対応した位置に固定する排出オリフィス固定部を有し、
   前記固定部は、一部分が前記排出オリフィス・インサートの円周部分と係合し、一部分が前記ノズル本体と係合する円周係合部を有すると共に、前記取り外し可能な排出オリフィス・インサートの排出口面近傍であって、前記排出口面と前記ノズル本体の排出開口部との間に配置されたスナップ・リング部材をさらに備え、
   前記円周係合部は前記ノズル本体の中に画定された幾何的形状を備え、この幾何学的形状は平らな部分を備えるノズル。
10. 黒液を噴霧するためのノズルであって、前記スナップ・リング部材は前記排出口面に隣接している請求項８または９に記載のノズル。
11. 黒液を噴霧するためのノズルであって、前記取り外し可能な排出オリフィスは、前記ノズル本体の前記平らな部分と係合するために、画定された対応する幾何的な平らな部分を備える請求項９に記載のノズル。
12. 黒液を噴霧するためのノズルであって、前記取り外し可能な排出オリフィスは、前記ノズル本体の前記幾何的形状と係合するために、画定された対応する幾何的形状をさらに備える請求項９に記載のノズル。
13. 黒液を噴霧するためのノズルであって、前記固定部は、前記排出オリフィスを前記取入オリフィスの中心線からオフセット角にあるラインに沿っている位置に固定する請求項８または９に記載のノズル。
14. 黒液を噴霧するためのノズルであって、前記オフセット角は４５°であることを含む請求項１３に記載のノズル。

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