JPH0216111Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案はスラリー燃料を燃焼する装置におい
て、該スラリーを噴霧するノズルの構造に関する
ものであり、特にその耐摩耗性を向上するノズル
構造に関する。

〔従来技術〕

液体燃料を燃焼する装置において、燃料を霧化
し微小粒径の液滴となし、燃料と空気の接触面積
を増大することは、燃焼速度を大きくし燃焼効率
の向上を図る上で有効であるため、該燃焼装置に
おいては、噴霧ノズルにより燃料を霧化する方法
が一般に用いられている。このような噴霧ノズル
には１流体噴霧ノズルと２流体噴霧ノズルがある
が、燃焼装置においては２流体噴霧ノズルが一般
に用いられる。２流体噴霧ノズルは以上のように
重油、軽油、灯油やその他の液体燃料を燃焼する
装置で広く用いられている。

近年、安価な石油代替燃料として石炭が注目さ
れ、その利用技術の開発が活発に行なわれてい
る。その中で、石炭を粉砕し、粉砕炭の粒径分布
を調整した後水と混合することにより、石炭を約
70重量％以上含有し、しかも流体として輸送出来
る程度に流動性のある高濃度石炭水スラリを製造
する技術が注目を集めている。高濃度石炭水スラ
リの特徴は、まず流体として取り扱うことが出来
るためパイプライン輸送が可能となり、石炭が固
体であることに起因する粉塵飛散や自然発火等の
輸送上の難点を解決し石炭輸送を容易ならしめる
ことである。また、高濃度石炭水スラリは水の含
有量が30重量％以下と低いため、何らかの方法で
噴霧することが出来ればスラリのままで燃焼する
ことが可能であり、現状の油燃焼ボイラに多少改
造を加えるだけで高濃度石炭水スラリを燃焼する
ことが出来ると言う特徴を有するため、その利用
面からも特に注目されている。

高濃度石炭水スラリの製造技術に関しては、す
でに開示されており、上記の特徴を有する高濃度
石炭水スラリの製造が出来ることが確認されてい
る。本考案者らは、高濃度石炭水スラリの製造技
術の開発と同時にその利用技術、特に燃焼技術に
ついて鋭意研究を重ねて来た。高濃度石炭水スラ
リは固体である石炭を流体として取り扱えるよう
にすることが最大の特徴であり、その利用面での
最大の利点は直接燃焼が可能なため、従来の油燃
焼ボイラに適用出来ることである。従つて高濃度
石炭水スラリの燃焼方法は油の燃焼法と同様で、
前記のように噴霧ノズルによりスラリを霧化した
後燃焼することになる。しかし、この噴霧する過
程を従来の油燃焼と全く同一にすることは以下の
理由により出来ない。まず、高濃度石炭水スラリ
では、すでに開示されているように、石炭に第１
図に示すような広い粒径分布を持たせなければな
らず、含有される大粒径の石炭をも効率良く燃焼
させるためには、噴霧過程でこれらの粒子が凝集
しないようにする必要がある。また、高濃度石炭
水スラリの粘度は1000〜2000cpであり、溶媒が
水であるためスラリの温度を上げることにより粘
度を下げることが出来ないため、このような高粘
度のスラリをそのまま噴霧し微粒化を行う必要が
ある。以上の理由により、高濃度石炭水スラリを
燃焼する場合には、従来の油燃焼の場合に比べ非
常に厳しい条件で噴霧を行う必要がある。

以上のように厳しい条件下で粒子を含有するス
ラリを噴霧微粒化する必要があるため、高濃度石
炭水スラリ燃焼においては、噴霧ノズルは非常に
苛酷な状況で使用されることになり、従来の油燃
焼用に用いられているような金属性のノズルでは
摩耗が激しく使用に耐えることが出来ない。従来
このような摩耗の発生する装置においては、硬度
の高いセラミツクス等の材料を用いる方法が取ら
れているが、このような高硬度材料は整形性が悪
く、上述のような燃焼器用の噴霧ノズルのように
複雑な構造を有するものを製造するのは困難であ
り、不可能ではないまでも非常にコストがかかり
経済的に不利であつた。

〔考案の目的〕

本考案は、構造が簡単で製造が容易な耐摩耗性
の高い噴霧ノズルの構造に関り、高濃度石炭水ス
ラリ燃焼における上記の問題を解決し噴霧ノズル
の長寿命化を図ることを目的とする。

〔考案の概要〕

本考案者らは、高濃度石炭水スラリの燃焼技術
について研究を行い、上記のような問題点のある
ことを見出した。その後、この問題解決のために
研究を行い、詳細に現象を観察した結果本考案に
到つた。以下順を追つて説明する。

まず、摩耗の様子を調べるために第２図に示し
たような噴霧ノズルをステンレススチールで作製
し、高濃度石炭水スラリの噴霧試験を行つた。試
験では第１図に示した粒径分布に粉砕した石炭を
70重量％含有するスラリを用いた。このスラリに
は粘度を下げるために陰イオン系界面活性剤を石
炭に対して0.5重量％添加してあり、その粘度は
20℃において1800cpであつた。このスラリを第
２図１より毎時5lで供給し、２より高速度で噴霧
した噴霧用空気で霧化した。噴霧用空気は細孔２
の背後より３Kg／cm²の圧力で圧送し、その流量は
毎時約５m³であつた。以上の条件で高濃度石炭水
スラリの噴霧試験を行つた結果、ノズルは短時間
の内に摩耗し、約20時間試験後には第３図に示す
ような形に摩耗し、微粒化性能は大巾に低下し
た。なお、比較のために第２図に示したものと同
一のノズルを用いてＡ重油の噴霧試験を行つた結
果、噴霧用空気の背圧１Kg／cm²、流量は毎時約
1.5m³で充分微粒化した噴霧とすることが出来た
が、高濃度石炭水スラリの噴霧においては、上記
の噴霧空気量が最低限度で、これより背圧を低下
させると噴霧粒径が大きくなり微粒化性能は低下
した。このことから、高濃度石炭水スラリの噴霧
には、油の場合に比べノズルにとつてより苛酷な
運転条件の必要なことがわかる。

ここで、ノズルの摩耗状態をより詳細に検討す
るために、第３図に示したスラリ噴霧試験後のノ
ズルをダイアモンドカツタにより切断し、その断
面を調べてみると第４図に示したような形に摩耗
していることがわかつた。ここで重要なことは、
第４図において、噴霧空気用細孔の中心線の延長
線１よりも手前の、噴霧空気用細孔の出口直下よ
り摩耗が始まつていることである。これは、圧縮
された噴霧用空気が細孔３より流出する際、圧力
が急激に大気圧まで低下するため細孔３の出口か
ら円錐状に広がつて噴出するためである。また、
ノズルの摩耗は、噴霧空気用細孔３以後の部分の
みで起こつており、他の部分は全く摩耗していな
い。

以上の観察結果からわかるように、高濃度石炭
水スラリを燃焼するために用いる噴霧用ノズルに
おいて摩耗が問題になるのは、スラリと噴霧空気
とが混合した後のごく小部分であり、この部分の
摩耗が低減するだけで噴霧ノズルの寿命を大巾に
増大させ得ることが出来ると考えられる。

従来技術においては、この様な摩耗を低減する
ための対策としてノズル全体を硬度の高いセラミ
ツクス等で製作する方法が取られていた。これは
耐摩耗性の一流体ノズルの製作方法から来たもの
である。一流体ノズルにおいては、噴霧流体を高
圧下でノズルまで圧送し、流体自身の速度でもつ
て霧化を行うものであり、流体の速度が大きいた
めノズル先端のみならず、流体の通路全体の摩耗
が問題となる。しかし、以上の試験結果からもわ
かるように、燃焼装置等に用いる２流体ノズルの
場合には、スラリの粒子の流速が大きくなるノズ
ル先端部のみの摩耗が問題であり、他の部分につ
いては大きな問題とはならないことがわかつた。
従つて、燃焼装置等に用いる２流体ノズルの場合
には、噴霧ノズル全体を整形性の悪い耐摩耗材料
で製作する必要はなく、本考案者らは以下に述べ
る方法により、製作が容易でしかも耐摩耗性の高
い２流体ノズルについての提案を行うものであ
る。

第５図は本考案者らの提案するスラリ燃料噴霧
用２流体ノズルの構造を示す。円環状に成形した
硬度の高い材料を、第４図に示したノズルの摩耗
の激しい部分に第５図１のようにうめ込む。即
ち、噴霧空気用細孔２の先端部３の直下より上記
耐摩耗性材料となるように固定する。このように
することにより、ノズル全体を高硬度材料で製作
しなくとも、第４図に示したようなノズルの摩耗
を防止出来ると考えた。また、第５図のようなノ
ズルの構造とするためには、高硬度材料をノズル
本体に固定するに際し、接着材等で固定するので
はなく、ある程度の間隙を持たせて固定する必要
がある。これは、本考案になるノズルは燃焼器を
主たる対象としているため、使用時においてノズ
ル先端が加熱されるが、その際ノズル本体の材質
と高硬度材料の熱膨張係数が異なるため、接着材
等で固定すると、高硬度材料がノズル本体から脱
落したり、あるいは砕損したりするためである。
本考案では、高硬度材料をノズル本体に固定する
に当たり、第５図４に示したようなツメ付のホル
ダーを用いることにより、高硬度材料とノズル本
体の材質の熱膨張係数の違いによる砕損あるいは
脱落を防止し、スラリ燃料燃焼用の長寿命ノズル
を安定して使用出来るようにするものである。ツ
メ付きホルダーは第５図に示すようにノズル本体
にねじ込み等によつて固着する。なお、ノズル孔
面にセラミツクスをケイ酸バリウスガラス等を用
いて被着することが知られている（実開昭56−
33430号公報）が、前述の接着の場合と同様の問
題がある。

以下本考案になるスラリ燃料燃焼用耐摩耗性ノ
ズルの効果について、実施例により更に詳細に説
明する。

〔考案の実施例〕

〈実施例 １〉 第６図にそのフローシートを示したような高濃
度石炭水スラリ燃焼装置を用いてスラリ燃焼実験
を行つた。燃焼炉は内径300mm、長さ2500mmで石
炭燃焼容量は毎時５Kgである。スラリタンク１を
石炭を74重量％含有し、粘度約1500cpの高濃度
石炭水スラリを保持し、スラリポンプ２により毎
時５で燃焼炉３にスラリを送る。燃焼炉は予め
プロパン燃焼により炉壁温度で800〜1000℃に予
熱しておく。燃焼炉バーナーまで送られたスラリ
は、コンプレツサー４により圧送された噴霧用空
気により噴霧する。本実施例に用いたノズルは第
５図に示したものであり、高硬度材料としてシリ
コンカーバイドを用いた。噴霧用空気の背圧は３
Kg／cm²、流量約5Nm³／ｈで噴霧した。また燃焼
用空気はブロア５によりバーナーまで送られる。
燃焼排ガスはブロア６により吸引され、煙突７よ
り排出した。

以上の条件下で約80時間燃焼試験を行つた後、
ノズルを取り出しその摩耗状況を調べた結果、第
５図１の高硬度材料の摩耗は全く認められず、ス
ラリの燃焼特性も試験初期と後期で全く変化はな
かつた。また、第５図１以外のスラリ通路の摩耗
も認められなかつた。

〈実施例 ２〉 実施例１と全く同じ装置と同じ条件下で、高硬
度材料としてアルミナを成形したものを用いて第
５図に示したノズルを製作し試験を行つた。その
結果、実施例１と同様、約80時間燃焼試験後のノ
ズルには摩耗は認められなかつた。

〈実施例 ３〉 実施例１と全く同じ装置と同じ条件下で、高硬
度材料としてシリコンナイトライドを成形したも
のを用いて第５図に示したノズルを製作し試験を
行つた。その結果、実施例１と同様、約80時間燃
焼試験のノズルには摩耗は認められなかつた。

〔考案の効果〕

以上述べて来たように、高硬度材料を用いて成
形の容易な円環状の部品を製作し、これをスラリ
燃焼用ノズル先端の摩耗の激しい部分にツメ付き
のホルダーを用いて設置することにより、耐摩耗
性の高いノズルを製作することが可能となつた。

また、本考案になる構造とすることにより、ノ
ズル全体を耐摩耗性材料で製造する必要がなく、
耐摩耗性ノズルの製作が大巾に簡単化され、経済
性の優れた耐摩耗性ノズルの製作が可能なつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は高硬度石炭水スラリに用いられる石炭
の粒径分布の一例を示す線図、第２図は高硬度石
炭水スラリ燃焼に用いたノズルの形状図、第３図
はノズルの摩耗状況を示す側面図、第４図は第３
図の正断面図、第５図は本考案の一実施例の耐摩
耗ノズルの構造図、第６図は同じく実施例に用い
た燃焼装置のフローシートである。 １……耐摩耗材料、２……噴霧空気流路、３…
…噴霧空気噴霧口、４……耐摩耗材料固定用部
品。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 石炭水スラリ燃料を燃焼する装置における燃料
   噴霧用の２流体ノズルにおいて、該ノズルの中央
   部に前記石炭水スラリ燃料の流路を有し、該流路
   内を流れる前記石炭水スラリ燃料に噴霧微粒化用
   空気を吹き込む細孔を該ノズル先端近傍の該流路
   周囲に有し、該石炭水スラリ燃料と該空気とが混
   合するノズル先端部分に硬度の高い円筒状の材質
   をうめ込み、ノズル本体に固着されたツメ付きホ
   ルダーによつて該ノズル本体と固定したことを特
   徴とするスラリ燃料噴霧用２流体ノズル。