JPH0245615Y2

JPH0245615Y2 -

Info

Publication number: JPH0245615Y2
Application number: JP19923585U
Authority: JP
Priority date: 1985-12-26
Filing date: 1985-12-26
Publication date: 1990-12-03
Also published as: JPS62107215U

Description

【考案の詳細な説明】〔考案の利用分野〕本考案は蒸気又は圧縮空気などの液体燃料に対
する微粒化媒体を用いて液体燃料を噴霧する燃焼
用アトマイザに係り、特にスラリ状燃料の微粒化
と燃焼性の向上に好適な燃焼用アトマイザに関す
る。

〔考案の背景〕

高濃度の石炭・水系スラリ（以下CWM：Coal
Water Mixture）は、石炭に少量の水と微量の
添加剤を混入し直接燃焼可能な粒度にまで微粉砕
した燃料であり、石炭・石油系スラリ（以下
COM：Coal Oil Mixture）とは異なり、媒体と
して水を使用する脱石油燃料として経済的な面か
らの優位性があり注目されている。

微粒炭燃料に対するCWMの特徴を列挙すると
次のようである。

(イ) 液体燃料としての取扱いが可能であるため、
輸送、貯蔵に有利である。

(ロ) 脱水することなく直接燃焼が可能である。

(ハ) 燃料系としての運転操作・制御が容易であ
る。

(ニ) 貯蔵が容易で用地の節減が可能である。

(ホ) 発火・粉塵防止対策が不要で安全である。

(ヘ) 脱灰による高品質化が可能である。

CWMは液体化した燃料であり、従来のオイル
と同様にアトマイザを使用して噴霧燃焼させるこ
とができるが、微粉炭と比較した場合の問題点と
して着火性が悪いことと未燃分が増加するという
欠点があることが知られている。着火性の悪いの
は水の蒸発に熱が費やされるためであり、微粉炭
と比較して着火距離が４倍以上も長くなることが
ある。未燃分の増加に関しては未解明の点が少な
くないが、液滴内で微小な石炭粒子が凝集してい
るため微粉炭のように個々の微粒子のまま燃え切
るのと違うことおよび水分により燃焼温度が低下
するためであることは疑いない。したがつて
CWMの燃焼効率を微粉炭程度まで向上させるた
めには噴霧性能がすぐれ、CWM燃焼に適したア
トマイザを開発することが必要である。

上述のようにCWMを例示しながら、アトマイ
ザの燃焼に及ぼす影響を概述したが、Ｃ重油を使
用する油焚きボイラの高効率低公害化（低ばいじ
ん低NO_x化）やボイラ点火トーチの黒煙（すす）
防止対策に関しても、アトマイザの果す役割はき
わめて大なるものがある。

従来実機ボイラにおいては、通称Ｙジエツト式
と称する多孔式の中間混合式二流体アトマイザが
使用されている。第１１図−ａ，第１１図−ｂに
その構造を示すが、これはバーナの先端部に混合
室を設け、この混合室で予め空気または蒸気と燃
料を混合させたのち混合室先端のノズルから霧化
する方式である。

このＹジエツトアトマイザは構造が簡単で保守
点検にすぐれているが、次のような問題点があ
る。

(a) 噴出速度が大で、特にCVMのように着火性
の劣る燃料に対しては保災が困難になる。

(b) 噴霧流の一部に粒の大きい液滴からなる部分
があるため、燃料と燃焼用空気との混合が不十
分となり長炎化する。低質油の場合はばいじん
濃度が増加し、点火トーチでは黒煙が多量に排
出される。

(c) (b)とも関連するが、微粒化性能を高めようと
すると蒸気などの微粒化媒体の消費が多くな
り、結果的に補機動力の増大を招く。

(d) 微粒化特性が不十分であるために、低酸素下
での燃焼が困難でありこれに伴つて窒素酸化物
NO_xの発生を抑制できないから公害対策上問
題が残る。

第１２図は第１１図のＹジエツトアトマイザの
気液合流部と噴出孔内における液膜の分裂挙動を
模型的に図示した図である。燃料２は燃料管４か
ら供給され、噴出孔６内において燃料の進行方向
に対向する噴出孔内壁面上に衝突後燃料が液膜状
に拡がる。この液膜が蒸気などの微粒化媒体の高
速運動の影響で激しく撹乱され、微細な液滴は液
膜表面の細かな流れから分裂し、また液膜は噴出
孔出口端面で粗大な液滴となり分裂する。この粗
大な液滴の発生を抑制することがＹジエツトアト
マイザにおける性能改善の要点となつている。

これまで、Ｙジエツトアトマイザにおける燃料
の微粒化を促進するため第１３図のように噴出孔
出口に噴出孔６と同心円状のしぼり７を設ける考
案が実開昭60−12018，60−12019に記載されてい
る。この考案は微粒化媒体を加速することによ
り、液滴をより微細化することはできるが、断面
積の縮小に伴つて噴射圧力が急上昇する。噴射圧
力の上昇は、燃料配管の破裂の危険が伴うため避
けることが望ましく、また噴出速度が必要以上に
大きくなり着火の不安定を招く原因となる。

CWMの場合通常のニユートン流体とは逆に噴
出孔の断面積を縮小しすぎると、むしろ逆効果と
なつて液滴が粗大化するので、断面積の縮小率は
概略50％内外とすることが好ましいことが考案者
らの実験によつて明らかにされている。

したがつて粗大な液滴を生成する液膜部分を対
象にして微粒化対策を立てる方が合理的である。

〔考案の目的〕

本考案の目的は上記の問題点を解決するために
なされたもので、特に液体として水を使用するス
ラリ燃料の燃焼に対して、着火性と燃え切りまで
の燃焼効率のよい燃焼用アトマイザを提供するこ
とを目的とする。

〔考案の概要〕

本考案は上記の目的を達成するためになされ、
燃焼用アトマイザの噴出孔の出口の一部を覆う遮
蔽板を設けて上記噴出孔の出口形状を変形させる
ことにより、液滴の微粒化を図る点に特徴を有す
る。

〔考案の実施例〕

第１図は本考案に係る燃焼用アトマイザの縦断
面図である。燃焼用アトマイザの本体であるチツ
プ１の断面構造は第１１図に示す従来型のＹジエ
ツトアトマイザと変らないが、燃料２と蒸気など
の微粒化媒体３の進入流路を逆にしている。すな
わち、中心部分から燃料２が進入し、燃料２の進
入路を取り囲む複数個所から微粒化媒体３が供給
される。この理由については後述する。燃料２は
燃料流路４から、また微粒化媒体３は微粒化媒体
流路５から、ともに噴出孔６へ導かれ合流する。
噴出孔６の出口はチツプ１の外表面から遮蔽板８
によつて噴出孔６の出口形状の一部を塞がれて、
上記出口形状は非円形となつている。この遮蔽板
８は微粒化を促進するための邪魔板としての役割
を果すものであつて、噴出孔６内を燃料２が高速
で通過し衝突するため耐摩耗性を考慮し、セラミ
ツクス製としている。遮蔽板８は外側すなわち火
炉側から輻射熱を浴びるため熱的衝撃を受けて破
壊する危険性がある。このためセラミツクス製の
遮蔽板８の外側に覆う耐熱性金属例えばステンレ
ス製の外板９を設け、止めねじ１１によつてチツ
プ１に固定している。

噴出孔６の出口形状は遮蔽板８の取付けによつ
てさまざまな半円形または近似楕円形状に変化さ
せることが可能で、いくつかの例を第２図ａ〜ｄ
に示す。第２図は第１図Ａ矢視図による噴出孔６
の出口形状の変化を示すものである。

ａは遮蔽板８、外板９の周端部で噴出孔６の出
口を約1/2塞いだもの、ｂは遮蔽板８、外板９の
周端部が噴出孔６の出口と交わる部分の形状を直
線でカツトしたものであり、ｃはａにおいて遮蔽
板８、外板９の周端部を円弧状に切り欠いたも
の、ｄはｃにおける切り欠き円弧の中心をずらし
た形状から成るものである。ａ〜ｄのいずれも遮
蔽板８と外板９とは同形に加工し同位相に重合し
てチツプ１に止めねじ１０で固定する必要があ
り、このため位置合せピン１１を設けている。噴
出孔６は上記のように遮蔽板８、外板９を用いず
に直接非円形に加工しても差支えないが、本方法
によれば比較的安価に噴出孔６の出口形状を楕円
に近い形状のほか、種々の非円形形状とすること
が可能である。

第３図は第１図における噴出孔６の出口近傍に
おける燃料の霧化状況を模型的に図示したもので
ある。燃料２は燃料流路４内を直進し、噴出孔６
の出口に向かう。一方蒸気などの微粒化媒体３は
燃料２に対し斜め後方から供給され、燃料２を遮
蔽板８の方向に押しつけるように噴出孔６内に流
入する。このため燃料２の液膜は噴出孔６の出口
で遮蔽板８に衝突すると共に微粒化媒体３の横圧
力を受けて急速に液膜の一部を剥ぎ取られ分裂す
る。これにより第１２図に示す従来形アトマイザ
のように粗大な液滴は発生せず、噴霧による液滴
の粒径は平均的に微細化される。考案者らの実験
によれば第２図に示す噴出孔の出口形状ａ〜ｄの
なかでは噴霧の平均粒径はいずれも同等であつた
が、燃焼用空気の混合はｄが最もすぐれていた。
第４図−ａ，第４図−ｂは本考案の燃焼用アトマ
イザの正面からえ見た噴霧流の横断面模型図で、
第４図−ａは第２図ａ〜ｃの、また第４図−ｂは
第２図ｄの噴霧模型を示す。これによると１つの
噴霧形１２の横断面を示す近似楕円の長径軸と燃
焼用アトマイザの中心線とのなす角θは第４図−
ａにおいては直角であり、一方第４図−ｂにおい
てはθは直角でない。従つて燃焼用空気流を矢印
１３のように旋回させることにより、噴霧流と隣
接する別の噴霧流が第４図−ａの場合は相互に接
触し重なる場合があり得るが、第４図−ｂには長
径軸が傾斜している分だけ相互に接触または重な
りにくいために空気との混合が速やかにかつ十分
に行われやすいことによるものと思われる。

以下に本考案の燃焼用アトマイザの効果を噴霧
実験および燃焼炉における実験データをもとにし
て、従来のＹジエツトアトマイザと比較して説明
する。

実験に供したものは、口径６mmの噴出孔６の出
口形状が第２図ｃに示すもので開口面積比を50％
まで減少させたものを使用した。比較対照した第
１１図に示すＹジエツトアトマイザの噴出孔６の
口径は4.5mmである。また第１３図に示すアトマ
イザは噴出孔径６mmに対してしぼり７の口径を
4.5mm（開口面積比おおむね50％）とした。また
燃料はCWM、微粒化媒体には飽和蒸気を使用し
た。

第５図は気液比（質量比で微粒化媒体／燃料）
に対する噴霧平均粒径₃₂の変化を示したもので
ある。同一気液比条件で比較すると、本考案に係
る燃焼用アトマイザの方が₃₂が小さい。特に実
機使用条件の低気液化において₃₂の低減効果が
大きい点が有利である。このように噴霧平均粒径
が減少したのは噴出孔６内壁面上の液膜が、出口
に設けた遮蔽板８によつて液滴が分裂した効果で
ある。

第６図は燃料の噴射圧力に関して、本考案の燃
焼用アトマイザと第１１図に示す従来のＹジエツ
トアトマイザおよび従来の出口しぼりつきＹジエ
ツトアトマイザを比較した値を前記気液比に対す
る変化値として図示したものである。P_fは本考案
の燃焼用アトマイザの噴射圧力、P_f(Y1)は従来の
Ｙジエツトアトマイザ、P_f(Y2)は従来の出口しぼ
りつきＹジエツトアトマイザの噴射圧力を示す。
第６図によれば本考案の燃焼用アトマイザは、
P_f／P_f(Y1)は気液比の増加と共に上昇するが、
P_f／P_f(Y2)の上昇は開口面積比50％はほぼ同一で
あつても噴射圧力は極端に上昇することがなく、
気液比0.1近傍の実機使用範囲の条件下ではせい
ぜい1.2すなわちほぼ20％程度の圧力上昇を示す
にすぎない。

第７図はアトマイザ先端から着火位置までの距
離すなわち着火距離L_iを気液比に対する変化値と
して図示したものである。第１１図に示す従来の
Ｙジエツトアトマイザおよび第１３図に示す出口
しぼりつきＹジエツトアトマイザは実機使用範囲
の条件下ではL_iが大きく不安定な燃焼をすること
を示している。これに対し本考案の燃焼用アトマ
イザのL_iは従来のほぼ1/2内外の値を示し、著し
く着火性が改善され安定な保炎状態を示している
といつてよい。着火性は燃え切り性や未燃分の排
出状態など燃焼性の良否を左右するものであり、
また保炎状態の良化は燃焼技術の中でも重要課題
のひとつでもある。

第８図は灰中未燃分率の気液比に対する変化を
示したものである。本考案の燃焼用アトマイザは
従来のＹジエツトアトマイザ、従来の出口しぼり
つきＹジエツトアトマイザのいずれよりも灰中未
燃分率が低く、燃焼効率がすぐれていることを示
している。

第７図に関する説明で述べた通り、着火の促進
が未燃分の低減に寄与しているものと考えられ
る。

また本実験において本考案の燃焼用アトマイザ
の遮蔽板８をセラミツクスにしたことにより、長
時間に及ぶ燃焼試験においても摩耗による微粒化
特性の変化や燃焼性の低下などの問題は発生せず
信頼性の点ですぐれた結果が得られた。

次に本考案に係る燃焼用アトマイザを重質油用
および点火トーチ用に使用した場合の実験結果に
ついて記述する。

アスフアルト等の劣質残渣は安定な供給が確保
される場合には、電力事業用燃料としての利用が
期待されるが、残留固形炭素分を多く含有するこ
とから、燃焼時にばいじん排出濃度の増加が問題
点として指摘される。この問題点を克服するため
には、CWMの場合と同様の着火性を良くするこ
とと、燃焼用空気との混合を速やかにすることに
より、燃え切り性を向上させ燃焼の効率化を促進
することが必要である。

第９図は本考案の燃焼用アトマイザと、従来の
Ｙジエツトアトマイザ、従来の出口しぼりつきＹ
ジエツトアトマイザとにより、燃焼はストレート
アスフアルトを用いてそれぞれ燃焼させた場合に
おける排ガスO₂濃度に対するばいじん濃度の変
化を求めて記録した図である。同図によれば同一
O₂濃度ならば従来のＹジエツトアトマイザを使
用した場合よりもばいじん濃度は低い値を示して
いるが、これは液滴の粒径の減少による効果と考
えられる。また本実験の過程で遮蔽板８がセラミ
ツクスであることにより、アスフアルト中の残留
炭分による摩耗やＳ，ＶおよびNa等による腐食
がなく信頼性の高いことが確認された。

次に第１０図は本考案の燃焼用アトマイザと、
従来のＹジエツトアトマイザ、従来の出口しぼり
つきＹジエツトアトマイザとを点火トーチとして
利用した場合において、気液比の変化に対して発
生するすす濃度の値を求めて記録した図である。
燃料としては軽油を用いた。同図に示す通り、本
考案の燃焼用アトマイザのすす濃度は従来のいず
れよりも低く実機ボイラの運転条件の気液比0.1
近傍において、少なくとも1/2以下になることを
示している。上記の通り本考案の燃焼用アトマイ
ザによれば燃料の微粒化の促進と、燃料と微粒化
媒体との噴霧混合様式の改善により、燃焼空気と
の混合が十分になされるようになつたことによる
作用が大きい。

〔考案の効果〕

本考案の実施により下記の効果が得られる。

(1) 着火が促進され火炎の保持が安定する。

(2) 着火の促進に関連し、灰中未燃分率が低減す
るための燃焼効率が高まる。Ｃ重油やアスフア
ルトなど劣質残渣の燃焼に対してもばいじん量
を低減することができる。

(3) (1)，(2)により高燃料比炭（燃料比：固定炭
素／揮発分）を使用したスラリ燃料の燃焼に対
し特に有利である。

(4) 微粒化媒体の消費量を低減できるため補機動
力の節減が可能である。

(5) 点火トーチ用に利用した場合は燃焼用空気と
の混合が促進されすすの発生が抑制される。

上記の通り本考案の実施により、難燃性各種液
体燃料の燃焼性と燃焼効率を高めることにより、
省エネルギ及び環境保全対策上有利な効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の燃焼用アトマイザの一実施例
の軸方向断面図、第２図ａ〜ｄは噴出孔出口形状
の変化を示す第１図Ａ矢視図、第３図は第１図実
施例における液滴分裂模型図、第４図は第３図に
おける各噴出孔からの噴霧拡散状態を示す模型
図、第５図〜１０図は本考案実施例と従来のＹジ
エツトアトマイザの比較実験における各種特性比
較図、第１１図−ａは従来のＹジエツトアトマイ
ザの平面図、第１１図−ｂは第１１図のＢ−Ｂ断
面図、第１２図は第１１図−ｂにおける液滴分裂
模型図、第１３図は第１１図−ｂにおける噴出孔
出口にしぼりを設けた部分断面図である。１……チツプ、２……燃料、３……微粒化媒
体、４……燃料流路、５……微粒化媒体流路、６
……噴出孔、８……遮蔽板、９……外板、１０…
…止めねじ、１１……位置ぎめピン。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 液体燃料と、該液体燃料を微粒化する媒体と
を放射状に配列した複数の噴出孔内で加圧混合
し、上記噴出孔の出口部から噴出させる燃焼用
アトマイザにおいて、上記噴出孔の各出口部を
局部的に覆う帽子状の遮蔽板を上記燃焼用アト
マイザ本体に取付け、上記噴出孔の出口形状が
非円形をなすように構成することを特徴とする
燃焼用アトマイザ。 (2) 上記遮蔽板の一部または全部をセラミツクス
材で構成したことを特徴とする実用新案登録請
求の範囲第１項記載の燃焼用アトマイザ。 (3) 上記遮蔽板の外側面に上記遮蔽板と同形の耐
熱金属製外板を重合して、上記燃焼用アトマイ
ザ本体に取付けることを特徴とする実用新案登
録請求の範囲第１項または第２項記載の燃焼用
アトマイザ。 (4) 上記遮蔽板および上記外板の、上記噴出孔の
出口部を覆う部分に切欠きまたは溝入れを施す
ことにより上記出口形状が近似楕円形または半
円形となるように構成することを特徴とする実
用新案登録請求の範囲第１項〜第３項の何れか
の項に記載の燃焼用アトマイザ。 (5) 上記遮蔽板と上記外板とを重合して上記燃焼
用本体に取付ける位置合せ手段としてピンもし
くは止めねじを使用することを特徴とする実用
新案登録請求の範囲第１項〜第４項の何れかの
項に記載の燃焼用アトマイザ。