JP5678598B2 - バーナ及び油噴霧チップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラ火炉の壁面に設けられ、微粉炭、石油等の燃料を燃焼させるバーナ、特にオイルバーナの先端に油噴霧チップが設けられたバーナ及び油噴霧チップの製造方法に関するものである。

多くのバーナは、ボイラ起動時に於いて火炉の温度を上昇させるオイルバーナを有しており、該オイルバーナの先端には、水蒸気等の噴霧媒体を混合させて燃料油を微細化し、燃料油を効率よく燃焼させる為の油噴霧チップが設けられている。

油噴霧チップには、油噴霧チップを貫通し水蒸気等の噴霧媒体が供給される噴霧媒体供給流路と、噴霧媒体供給流路と連通し燃料油が供給される燃料油供給流路が形成され、噴霧媒体供給流路の下流側開口が燃料油噴出口を形成している。

又、燃料油供給流路は下流側で噴霧媒体供給流路と合流しており、噴霧媒体供給流路と燃料油供給流路とでＹ字状の噴霧流路を形成するＹジェット構造となっている。

オイルバーナにより火炎を形成する際には、噴霧媒体供給流路から噴霧媒体を供給し、燃料油供給流路から燃料油を供給し、噴霧媒体供給流路を流れる噴霧媒体に対して燃料油供給流路から燃料油を流入させることで、噴霧媒体の膨張により燃料油が微細化され、前記燃料油噴出口より霧状の燃料油が噴出され、該燃料油に点火することで火炎が形成される。

然し乍ら、Ｙジェット構造の油噴霧チップの場合、前記噴霧媒体供給流路に対して交差する１方向から燃料油を流入させるので、前記燃料油供給流路から流入した燃料油は径方向の運動エネルギを維持した状態で噴霧媒体と混合される。その結果、燃料が前記燃料油供給流路の反対側に偏ることで粒径が大きくなり、前記燃料油供給流路側は噴霧粒径が小さくなる為、前記燃料油噴出口より噴出される燃料油は均一に噴霧されず、燃料油が偏った分布となる。従って、噴出される燃料油は噴霧粒径の大きな燃料油が偏在する形となり、燃料油の良好な噴霧粒径を維持することが難しく、煤塵やＮＯx の増加に繋がるという問題があった。

尚、特許文献１には、油ノズル管の先端に取付けられたアトマイザの噴射ノズルと蒸気通路が蒸気注入口に連結され、噴射ノズルと油通路が燃料油注入口に連結され、蒸気注入口と燃料油注入口とが途中でＹ字型に出会う液体燃料用バーナ及び舶用ボイラが開示されている。

又、特許文献２には、噴射孔内周面の相対向する２位置から燃料油を供給することで燃料油を噴射孔内で旋回させ、旋回流に対して水蒸気が噴射され、燃料油と水蒸気とが混合されて噴射孔から噴霧される液体燃料燃焼用バーナが開示されている。

特開２００９−１１５３８８号公報 特開平１１−３７４１３号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、噴霧される燃料油の粒径を均一とし、又噴霧分布を均一とすることで、煤塵及びＮＯx の発生を低減させるバーナ及び油噴霧チップの製造方法を提供するものである。

本発明は、炉壁に設けられるバーナスロートの中心軸心上に設けられると共に先端に油噴霧チップが設けられたオイルバーナを具備し、前記油噴霧チップに少なくとも１つの噴霧流路が穿設され、該噴霧流路は中央の主噴霧流路と該主噴霧流路に連通する２つの分岐噴霧流路とを有し、該２つの分岐噴霧流路は前記主噴霧流路に対して対称位置に設けられ、前記主噴霧流路からは噴霧媒体が噴出され、前記２つの分岐噴霧流路からは燃料油が噴出される様にしたバーナに係るものである。

又本発明は、前記油噴霧チップは複数のブロック嵌合孔が穿設されたチップ本体部と、前記ブロック嵌合孔に嵌設された複数の噴霧ブロック部とで構成され、該噴霧ブロック部に前記噴霧流路が穿設されたバーナに係るものである。

更に又本発明は、チップ本体部に先端が閉塞された第１の油供給穴を穿設すると共に前記チップ本体部を貫通する複数のブロック嵌合孔を穿設する工程と、該ブロック嵌合孔と同形状の噴霧ブロック部に噴霧流路を穿設すると共に該噴霧流路と連通する先端が閉塞された第２の油供給穴を穿設する工程と、前記第１の油供給穴と前記噴霧流路とが連通する様前記噴霧ブロック部を前記ブロック嵌合孔に嵌設する工程とを有する油噴霧チップの製造方法に係るものである。

本発明によれば、炉壁に設けられるバーナスロートの中心軸心上に設けられると共に先端に油噴霧チップが設けられたオイルバーナを具備し、前記油噴霧チップに少なくとも１つの噴霧流路が穿設され、該噴霧流路は中央の主噴霧流路と該主噴霧流路に連通する２つの分岐噴霧流路とを有し、該２つの分岐噴霧流路は前記主噴霧流路に対して対称位置に設けられ、前記主噴霧流路からは噴霧媒体が噴出され、前記２つの分岐噴霧流路からは燃料油が噴出される様にしたので、燃料油を前記中央の流路で衝突させることで微細化された燃料油の粒径を均一とし、火炎を広範囲に形成することができ、又噴霧される燃料油の分布の均一化が図れ、燃料油による火炎の低煤塵化、低ＮＯx 化を図ることができる。

又本発明によれば、チップ本体部に先端が閉塞された第１の油供給穴を穿設すると共に前記チップ本体部を貫通する複数のブロック嵌合孔を穿設する工程と、該ブロック嵌合孔と同形状の噴霧ブロック部に噴霧流路を穿設すると共に該噴霧流路と連通する先端が閉塞された第２の油供給穴を穿設する工程と、前記第１の油供給穴と前記噴霧流路とが連通する様前記噴霧ブロック部を前記ブロック嵌合孔に嵌設する工程とを有するので、噴霧流路を穿設する前記噴霧ブロック部を別部材として製造でき、加工が容易になり、油噴霧チップの大きさに関係なく前記噴霧流路を容易に形成することができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る油噴霧チップが使用される微粉炭バーナを示す概略立断面図である。 本発明の実施例に係る油噴霧チップを示し、（Ａ）は該油噴霧チップの下面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 本発明の実施例に係る油噴霧チップを示し、（Ａ）は該油噴霧チップの組立てを説明する立断面図であり、（Ｂ）は該油噴霧チップの上面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明に係るバーナが用いられる微粉炭バーナの一例について説明する。

図１中、１は火炉、２は該火炉１の炉壁を示している。５に示される微粉炭バーナはボイラの火炉１下部の壁面に沿って水平方向に所要数配設される様になっている。

該炉壁２にスロート３が設けられ、前記炉壁２の反火炉１側にウインドボックス４が取付けられ、該ウインドボックス４の内部に前記微粉炭バーナ５が前記スロート３と同心に設けられている。又、前記ウインドボックス４には燃焼用空気供給路６が接続されている。

前記微粉炭バーナ５は、ノズル本体７と該ノズル本体７の先端部（炉内側の端部）を囲む様に設けられた２次空気調整装置８とを具備している。

前記ノズル本体７は、同心に設けられた外筒ノズル９、内筒ノズル１１、該内筒ノズル１１の中心線上に配設されたオイルバーナ１２を具備している。該オイルバーナ１２の先端には油噴霧チップ１３が設けられる。前記外筒ノズル９、前記内筒ノズル１１の断面形状はそれぞれ円形であり、前記外筒ノズル９と前記内筒ノズル１１間には中空筒状の空間で前記火炉１側端が開放された燃料導通空間１４が形成される。

前記外筒ノズル９の基部（前記反火炉１側の端部）には１次空気導入管１５が、前記外筒ノズル９に接続方向から連通され、前記１次空気導入管１５は微粉炭機（図示せず）に接続されている。該１次空気導入管１５を介して１次空気１６及び該１次空気１６に運搬された微粉炭が、前記燃料導通空間１４に接続方向から流入し、該燃料導通空間１４内部を旋回しながら該燃料導通空間１４の先端から噴出される。

又、前記内筒ノズル１１の基部には３次空気導入管１７の一端が開口し、該３次空気導入管１７の他端は前記ウインドボックス４に開口し、該ウインドボックス４に供給される燃焼用空気を取入れ、燃焼用補助空気即ち３次燃焼用空気として前記内筒ノズル１１に導いている。

前記２次空気調整装置８は、前記ノズル本体７の先端部を収納する補助空気調整機構１８と、該補助空気調整機構１８の外側に同心多重に設けられた主空気調整機構１９から構成されている。

前記補助空気調整機構１８は、先端に向って縮径する第１空気ガイドダクト２１と回転自在に多数設けられたインナ空気ベーン２２とを有し、該インナ空気ベーン２２はリンク機構（図示せず）を介して同期回動可能であり、空気流れに対する傾斜角を変更可能となっている。又、前記主空気調整機構１９は先端に向って縮径する第２空気ガイドダクト２３と、円周等間隔で回転可能に多数設けられたアウタ空気ベーン２４とを有し、該アウタ空気ベーン２４は、前記インナ空気ベーン２２と同様にリンク機構（図示せず）を介して同期回動可能であり、空気流れに対する傾斜角を変更可能となっている。

尚、前記第２空気ガイドダクト２３の先端は、前記スロート３に連続し、前記第１空気ガイドダクト２１の先端は前記炉壁２の内壁面から後退した位置にあり、前記外筒ノズル９、前記内筒ノズル１１の先端は前記第１空気ガイドダクト２１の先端より更に後退した位置となっている。

次に、上記した微粉炭バーナ５の燃焼について説明する。

ボイラを起動した段階では前記火炉１内の温度が低く、該火炉１内からの輻射熱により微粉炭を加熱することができない為、前記オイルバーナ１２により前記火炉１内の温度を十分に上げる必要がある。図示しない燃料油供給手段により前記オイルバーナ１２に重油等の燃料油が供給され、供給された燃料油は前記油噴霧チップ１３により前記オイルバーナ１２の先端より霧状に噴出される。噴出された燃料油は、前記３次空気導入管１７より導入された３次空気２５と共に前記内筒ノズル１１の先端より前記火炉１内に噴出され、プラズマトーチ等の図示しない点火手段により点火され、前記火炉１内に火炎が形成される。

前記オイルバーナ１２の火炎により前記火炉１内が十分に加熱された後、前記１次空気１６と共に微粉炭が前記１次空気導入管１５より前記燃料導通空間１４の基部に供給される。前記１次空気１６は、前記燃料導通空間１４を旋回しながら前記火炉１に向って流動し、又前記燃料導通空間１４を通過する過程で縮流され、前記外筒ノズル９の先端より噴出される。前記ウインドボックス４には燃焼用補助空気である２次空気２６が所要温度に昇温されて供給される。該２次空気２６は前記アウタ空気ベーン２４により旋回流が与えられ、前記第２空気ガイドダクト２３を介して前記１次空気、前記微粉炭と共に前記火炉１に噴出される。

前記微粉炭は、前記火炉１に噴出される過程で、前記燃料導通空間１４で旋回することで均一化され、２次空気２６により昇温され、更に前記火炉１内からの輻射熱を受けて加熱される。加熱によって微粉炭から揮発分が放出され、該揮発分に点火し、微粉炭により火炎が形成され、形成された火炎が安定した後、図示しない燃料油供給手段による燃料油の供給が停止され、微粉炭のみにより火炎が連続的に維持される。

尚、前記第２空気ガイドダクト２３に取込まれた２次空気２６の一部は前記インナ空気ベーン２２を介して前記第１空気ガイドダクト２１内部に取込まれ、２次補助空気として噴出される。又、前記インナ空気ベーン２２は、空気流れに対して傾斜しており、取込んだ一部の２次空気２６に旋回流を与える。

前記アウタ空気ベーン２４の風量調整、前記インナ空気ベーン２２による旋回流の強さの調整、風量調整で２次空気２６の供給量及び流れの状態が変化し、微粉炭の燃焼状態が調整される。

又、２次空気２６の一部は３次空気２５として前記３次空気導入管１７を介して前記内筒ノズル１１に導かれ、該内筒ノズル１１より噴出される。前記３次空気２５が噴出されることで、微粉炭の燃焼状態が調整される。従って、２次空気２６の調整、前記３次空気２５の調整等により微粉炭の燃焼状態が最適となる様に調整される。

次に、図２、図３に於いて、本実施例で使用される前記油噴霧チップ１３の詳細について説明する。

該油噴霧チップ１３は、全体形状が円柱と円錐台とを組合わせた形状となっており、円錐台が先端側となっている。又、前記油噴霧チップ１３は、チップ本体部２７と該チップ本体部２７に嵌合される複数の噴霧ブロック部２８により構成されている。

前記チップ本体部２７の中心には、基端側より盲穴である第１の油供給穴２９が穿設され、該第１の油供給穴２９の周囲には所定の間隔で所定数、例えば４箇所に平面形状が略扇形であり、前記チップ本体部２７を軸心方向に貫通するブロック嵌合孔３１が穿設されており、該ブロック嵌合孔３１に前記噴霧ブロック部２８が嵌合固定される。

尚、図３（Ｂ）中では、前記ブロック嵌合孔３１が前記チップ本体部２７に４箇所穿設されているが、前記ブロック嵌合孔３１は５箇所以上、例えば８箇所穿設されていてもよい。

前記噴霧ブロック部２８は前記ブロック嵌合孔３１に嵌合する形状であり、前記噴霧ブロック部２８が前記ブロック嵌合孔３１に嵌合した状態で先端側に前記油噴霧チップ１３先端の円錐台の一部を構成し、円錐曲面の一部である斜面が形成されている。各噴霧ブロック部２８の基端面には、盲穴である第２の油供給穴３２が穿設されると共に、基端面から前記斜面に向って貫通する噴霧媒体供給流路３３が穿設され、該噴霧媒体供給流路３３は基端から先端に向って前記油噴霧チップ１３の軸心から離反する様に傾斜している。又、前記噴霧媒体供給流路３３は斜面側に開口し、該開口により噴霧媒体供給口３４が形成されている。

前記噴霧ブロック部２８には、該噴霧ブロック部２８の中心側側面から前記噴霧媒体供給流路３３迄貫通する第１の油供給流路３５が穿設されると共に、前記第２の油供給穴３２と前記噴霧媒体供給流路３３とを連通させる第２の油供給流路３６が穿設され、前記噴霧ブロック部２８を前記ブロック嵌合孔３１に挿入することで、前記第１の油供給穴２９と前記噴霧媒体供給流路３３とが前記第１の油供給流路３５を介して連通し、前記油噴霧チップ１３が組立てられる。

尚、前記第１の油供給流路３５と前記第２の油供給流路３６は前記噴霧媒体供給流路３３の軸心に対して傾斜し、同等の流路長、同等の流路抵抗であることが望ましい。

尚、前記噴霧媒体供給流路３３、前記第１の油供給流路３５、前記第２の油供給流路３６は同一平面内に設けられ、前記第１の油供給流路３５と前記第２の油供給流路３６の前記噴霧媒体供給流路３３との連通位置は、該噴霧媒体供給流路３３の軸心に関して対称であり、前記第１の油供給流路３５と前記第２の油供給流路３６の延長線が前記噴霧媒体供給流路３３の軸心上で交差する様になっている。前記噴霧媒体供給流路３３、前記第１の油供給流路３５、前記第２の油供給流路３６の３つの流路がΨ状の噴霧流路を形成している。

ボイラが起動され、前記オイルバーナ１２（図１参照）により火炎が形成される際には、図示しない噴霧媒体供給手段より水蒸気等の噴霧媒体が前記噴霧媒体供給流路３３に供給されると共に、図示しない燃料油供給手段より重油等の燃料油が前記第１の油供給穴２９及び前記第２の油供給穴３２に供給され、前記第１の油供給穴２９に供給された燃料油が前記第１の油供給流路３５を通って前記噴霧媒体供給流路３３に流入し、前記第２の油供給穴３２に供給された燃料油が前記第２の油供給流路３６を通って前記噴霧媒体供給流路３３に流入する。

前記第１の油供給流路３５を通った燃料油と、前記第２の油供給流路３６を通った燃料油は、前記噴霧媒体供給流路３３内で径方向の運動エネルギが相殺され、該噴霧媒体供給流路３３の壁面に貼付くことなく噴霧媒体に混合され、更に該噴霧媒体供給流路３３から噴出される噴霧媒体による剪断や噴霧媒体の膨張により微細化され、微細化された燃料油が前記燃料油噴出口３４より広範囲に噴出される。又、燃料油は前記燃料油噴出口３４に対して対称に噴出されるので、分布むらを生じない。

該燃料油噴出口３４より噴出された燃料油に、プラズマトーチ等の図示しない点火手段により点火することで、前記オイルバーナ１２による火炎が形成される。

上述の様に、前記噴霧媒体供給流路３３、前記第１の油供給流路３５、前記第２の油供給流路３６の３つの噴霧流路をΨ状とし、前記第１の油供給流路３５及び前記第２の油供給流路３６から供給された燃料油を前記噴霧媒体供給流路３３内で衝突させる様にし、噴霧媒体に対して燃料油を対称に供給する様にしたので、噴霧分布の均一性を向上させることができ、粒径が不均一になるのを防止できる。

従って、粒径の大きい燃料油の発生を防止し、微細化された燃料油の粒径を均一とすることで広範囲に燃料油を噴霧することができるので、火炎の温度が低下すると共に、燃料油の良好な噴霧粒径を維持することが可能となり、煤塵やＮＯx の発生を抑制し、低煤塵化、低ＮＯx 化を図ることができる。

又、本実施例の前記油噴霧チップ１３は、前記チップ本体部２７に穿設された前記ブロック嵌合孔３１に、Ψ状の流路が形成された前記噴霧ブロック部２８が嵌合されることで構成されているので、該噴霧ブロック部２８を別部材として加工でき、前記油噴霧チップ１３に対してΨ状の流路を容易に形成することができる。

尚、前記噴霧媒体供給流路３３を前記油噴霧チップ１３の軸心上に穿設し、前記第１の油供給流路３５、前記第２の油供給流路３６を前記油噴霧チップ１３の基端面から前記噴霧媒体供給流路３３に連通する様に穿設する等、前記油噴霧チップ１３に１組のΨ状流路を形成してもよい。この場合、該油噴霧チップ１３を前記チップ本体部２７と前記噴霧ブロック部２８とに分けることなく一体に成形することができる。

５ 微粉炭バーナ
１２ オイルバーナ
１３ 油噴霧チップ
２７ チップ本体部
２８ 噴霧ブロック部
２９ 第１の油供給穴
３２ 第２の油供給穴
３３ 噴霧媒体供給流路
３５ 第１の油供給流路
３６ 第２の油供給流路

Claims (2)

1. 炉壁に設けられるバーナスロートの中心軸心上に設けられると共に先端に油噴霧チップが設けられたオイルバーナを具備し、前記油噴霧チップは複数のブロック嵌合孔が穿設されたチップ本体部と、前記ブロック嵌合孔に嵌設された複数の噴霧ブロック部とで構成され、該噴霧ブロック部に噴霧流路が穿設され、該噴霧流路は中央の主噴霧流路と該主噴霧流路に連通する２つの分岐噴霧流路とを有し、該２つの分岐噴霧流路は前記主噴霧流路に対して対称位置に設けられ、前記主噴霧流路からは噴霧媒体が噴出され、前記２つの分岐噴霧流路からは燃料油が噴出される様にしたことを特徴とするバーナ。
2. チップ本体部に先端が閉塞された第１の油供給穴を穿設すると共に前記チップ本体部を貫通する複数のブロック嵌合孔を穿設する工程と、該ブロック嵌合孔と同形状の噴霧ブロック部に噴霧流路を穿設すると共に該噴霧流路と連通する先端が閉塞された第２の油供給穴を穿設する工程と、前記第１の油供給穴と前記噴霧流路とが連通する様前記噴霧ブロック部を前記ブロック嵌合孔に嵌設する工程とを有することを特徴とする油噴霧チップの製造方法。

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